Водородная энергетика

Материал из Википедии — свободной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Водородная энергетика — отрасль энергетики, основанная на использовании водорода в качестве средства для зарядки, транспортировки, производства и потребления энергии. Водород выбран как наиболее распространенный элемент в космосе, теплота сгорания водорода максимальная, а продуктом сгорания в кислороде является вода (которая также вводится в оборот водородной энергетики). Водородная энергетика относится к альтернативной энергетике, если водород производится с помощью возобновляемых источников энергии.

Общемировая структура производства водорода распределена по трём основным источникам: 18 % приходится на переработку угля, 4,3 % обеспечивается за счёт «зелёного» водорода, получаемого посредством возобновляемых источников энергии (ВИЭ), главным образом при электролизе воды. Наконец, подавляющий объём — а это 69 % — составляет переработка природного газа и нефти[1].

Производство водорода[править | править код]

Основная статья: Производство водорода

На настоящий момент наиболее экономически выгодным считается производство водорода из ископаемого сырья. Снизить уровень выбросов углерода в производственных отраслях можно за счет водорода, полученного с использованием низкоуглеродных технологий, для этого можно применять технологии улавливания и хранения углекислого газа, а также электролиза воды, «в первую очередь с помощью энергии объектов атомной, гидро-, ветряной и солнечной энергетики».
Так называемая «цветовая» градация водорода, применяемая в некоторых профессиональных сообществах, условно характеризует технологию выработки и наличие углеродного следа, то есть количества вредных выбросов. Следует иметь ввиду, что «цветовая» градация водорода, по существу, не соответствует известным законам природы, критериям Периодической таблицы Д. И. Менделеева и в определенно степени правилам русского языка. Её применение в ограниченной степени используется как «профессиональный» жаргонизм. Указанный сленг/жаргон не находит применения в нормативных документах международных организация, таких как ИСО, МЭК, ООН, не применим в российском законодательстве, деловой правительственной переписке. В этой связи, использование приведенной градации следует применять с учётом указанных особенностей:

Себестоимость «зеленого» водорода около 10 долларов за кг (что «абсолютно нерентабельно», по мнению главы Фонда национальной энергетической безопасности); «голубой» и «жёлтый» водород в несколько раз дешевле «зелёного» — от 2 долларов за килограмм.

Научно обоснованная классификация водорода/энергоносителя определена национальными стандартами: ГОСТ Р ИСО 14687-1-2012; ГОСТ Р 55466-2013; ГОСТ ISO 14687-3-2016, гармонизированными с ИСО.

Водородное топливо классифицируется по следующим типам и сортам:

a) Тип I (сорта A, B, C, D и E): газообразный водород и топливо на основе водорода.

b) Тип II (сорта C и D): жидкий водород.

c) Тип III: шугообразный водород.

В настоящее время Росстандарт проводит работы по актуализации действующей системы национальных стандартов с целью гармонизации с ISO 14687:2019 «Hydrogen fuel quality — Product specification».

В этой связи рекомендуется использовать классификацию водородного топлива (энергоносителя) в соответствии с общепринятыми нормативами правового регулирования.

В настоящее время существует множество методов промышленного производства водорода: разрабатывались технологии производства водорода из мусора, этанола, металлургического шлака[2], биомассы[3] и другие технологии.

Паровая конверсия природного газа / метана / метанола[править | править код]

Паровая конверсия природного газа / метана — по состоянию на 2015 год данным способом производится примерно 90—95 % всего водорода в США[4]. Водяной пар при температуре 700—1000 °C смешивается с метаном под давлением в присутствии катализатора. Себестоимость процесса $2–5 за килограмм водорода.

Газификация угля[править | править код]

Старейший способ получения водорода. Уголь нагревают с водяным паром при температуре 800—1300 °C без доступа воздуха. Первый газогенератор был построен в Великобритании в 40-х годах XIX века. Себестоимость процесса 2—2,5 долл. за килограмм водорода.

Используя атомную энергию[править | править код]

Использование атомной энергии для производства водорода возможно в различных процессах[уточнить]: химических, электролиз воды, высокотемпературный электролиз. Себестоимость процесса $2,33 за килограмм водорода.

Электролиз воды[править | править код]

Обратная реакция происходит в топливном элементе. Себестоимость процесса $6–7 за килограмм водорода.

Водород из биомассы[править | править код]

Водород из биомассы получается термохимическим или биохимическим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500—800 °C (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется H2, CO и CH4.

Себестоимость процесса $5–7 за килограмм водорода.

В биохимическом процессе фиксации азота водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes.

Инфраструктура производства и доставки[править | править код]

Снижение цены водорода возможно при строительстве инфраструктуры по доставке и хранению водорода. В США действует 750 километров, а в Европе — 1500 километров водородных трубопроводных систем. Трубопроводы действуют при давлении 10—20 бар, изготовлены из стальных труб диаметром 25—30 см.

Старейший водородный трубопровод действует в районе германского Рура: 210 километров трубопровода соединяют 18 производителей и потребителей водорода; трубопровод действует более 50 лет. Самый длинный трубопровод длиной 400 километров проложен между Францией и Бельгией.

После небольших изменений водород может передаваться по существующим газопроводам природного газа[источник не указан 2864 дня] (см. напр., Северный поток).

Водород в настоящее время, в основном, применяется в технологических процессах производства бензина и для производства аммиака.

Сферы применения[править | править код]

Малые стационарные применения[править | править код]

Производство электрической и тепловой энергии в топливных элементах мощностью от 0,75 кВт до 10 кВт.

Домашние энергетические станции имеют мощность 0,75—1 кВт, предназначены для выработки электроэнергии в течение 8 часов в сутки и выработки тепла и горячей воды 24 часа в сутки. Установки мощностью 5 кВт предназначаются для нескольких коттеджей. Они зачастую предназначаются только для выработки электроэнергии.

Популярность малых домашних комбинированных (электричество + тепло) установок связана с тем, что они имеют высокий КПД, малые выбросы СО2, легко могут быть встроены в существующую инфраструктуру. Такая энергетическая установка занимает размер сравнимый с домашним бойлером, может работать на природном газе.

В 2005 году во всём мире было установлено более 900 новых малых стационарных водородных энергетических установок (На 30 % больше, чем в 2004 году). За 2006 год во всём мире установлено около 1500 новых малых энергетических станций. В конце 2006 года во всём мире эксплуатировалось около 5000 малых стационарных водородных электростанций.

Технологии

Доминируют две технологии: PEM (протон-обменная) и SOFC (твёрдо-оксидная). Около 75 % установок в 2005 году были изготовлены по PEM технологии, около 25 % — SOFC.

Перспективы

В 2006, как и в 2005 году большая часть малых приложений была установлена в Японии. Японская NEF (New Energy Foundation) объявила о начале многолетнего демонстрационного проекта применения малых стационарных топливных элементов. Будет субсидирована установка 6400 топливных элементов. В 2005 году стоимость 1 кВт водородной бытовой станции в Японии составляла 10 млн ¥ (примерно $87 000), работы по её установке стоили еще 1 млн ¥. К середине 2008 года в Японии было установлено около 3000 бытовых энергетических установок на водородных топливных элементах, а их стоимость снизилась до 2 млн ¥ (примерно $19 000)[5].

Компании — основные производители:

Компания Страна Технология Мощность установки
Ballard Power Systems Канада PEMFC 1 кВт.
Acumentrics США SOFC 2—10 кВт
Ceramic Fuel Cells Австралия — Великобритания SOFC 1 кВт. Общий КПД более 80 %
Cosmo Oil Япония PEMFC 0,7 кВт
European Fuel Cells Германия PEMFC 1,5 кВт
Fuel Cell Technologies США SOFC 5 кВт.
Hitachi Zosen Япония - от 10 кВт до сотен кВт. КПД 86 %
Idatech США - 3—15 кВт. UPS для промышленных, телекоммуникационных, электронных приложений.
Idemitsu Kosan Япония - 1—5 кВт
Kyocera Япония SOFC 1 кВт
Mitsubishi Heavy Industries Япония PEMFC 10 кВт
Nippon Oil Corporation Япония технологии Ebara Ballard 1—6—10кВт. Планирует к 2013 году ежегодно продавать 100 тыс. бытовых систем
Plug Power США] PEMFC 5 кВт
Sanyo Electric Япония PEMFC 1 кВт. Общий КПД 92 % при производстве тепловой и электрической энергии
Shanghai-Shen Li Китай PEMFC 3—10 кВт
Sharp Corporation Япония PEMFC 10 кВт. Гибридные системы, совмещенные с фотоэлектрическими элементами
Toyota Motor Corporation совместно с Aishin Seiki Япония PEMFC, SOFC В 2006 году начали испытания нескольких установок мощностью 1 кВт. КПД 90%. Мощность SOFC установок 0,7 кВт[6].
Panasonic (Matsushita Electric Industrial Co) Япония PEMFC 0,5—1 кВт. Планирует продавать 700 тысяч установок в год к 2020 году.[7]
InEnergy Россия SOFC, PEMFC 0,5—10 кВт

и др.

Стационарные применения[править | править код]

Подводная лодка класса U212 (Германия) с силовой установкой на водородных топливных элементах

Производство электрической и тепловой энергии в топливных элементах мощностью более 10 кВт.

К концу 2006 года во всём мире было установлено более 800 стационарных энергетических установок на топливных элементах мощностью более 10 кВт. Их суммарная мощность — около 100 МВт. За 2006 год построено более 50 установок суммарной мощностью более 18 МВт.

Технологии

В 2005 году среди новых установок лидировали Расплавные Карбонатные Топливные Элементы (MCFC). На втором месте по числу новых установок были Фосфорнокислые технологии (PAFC). Протонобменные технологии (PMFC) применялись, в основном, в установках мощностью до 10 кВт и в автомобильных приложениях.

Отопление

В отопительных системах возможно и обычное сжигание водорода вместо природного газа. Так, в британском городе Лидс энергетическая компания Northern Gas Networks планировала во всем городе полностью перевести отопление с природного газа, метана, на водород.[источник не указан 992 дня]

Гибридные установки: топливный элемент/газовая турбина.

Для повышения эффективности, снижения себестоимости энергии и для утилизации тепловой энергии применяются установки, совмещающие топливные элементы и газовые турбины.

Компания Fuel Cell Energy (США) разработала гибридную версию SOFC топливного элемента и газовой турбины. В этой схеме топливный элемент производит 4/5 энергии, а остальную часть из тепловой энергии — турбина. КПД данной схемы приближается к 70 %. Испытывается электростанция мощностью 40 МВт, состоящая из 10 топливных элементов и одной турбины мощностью 10 МВт.

Финансирование

В 2005 году в США был принят Энергетический Билль, который предусматривает 30 % инвестиционные налоговые кредиты до уровня $1000 за кВт установленной мощности, они будут выдаваться с 1 января 2006 по 1 января 2008 года. В Японии и Ю. Корее субсидируются не конкретные проекты, а стоимость электроэнергии, выработанной топливными элементами в размере 0,015—0,02 долл. за кВт·ч.

Компании — основные производители

Компания Страна Технология Мощность установок
Ansaldo Fuel Cells Италия MCFC 500 кВт — 5МВт
FuelCell Energy США MCFC 250 кВт — 1МВт
GenCell США MCFC 40—100 кВт
Ishikawajima-Harima Heavy Industries Япония MCFC 300 кВт — 1 МВт
MTU CFC Solutions Германия MCFC 200 кВт — 3 МВт
Fuji Electric Япония PAFC 100 кВт — 1 МВт
Korea Gas Корея PAFC 40 кВт
UTC Fuel Cells США PAFC, MCFC, PEMFC 200 кВт, транспортные приложения
Ballard Power Systems Канада PEMFC 1—250 кВт
General Motors США PEMFC 75—300 кВт
Hydrogenics Канада PEMFC 7—65 кВт
J-Power Япония SOFC разрабатывает тройные системы: топливные элементы, газовые турбины и паровые турбины
Mitsubishi Materials Япония SOFC 10 кВт
Mitsubishi Heavy Industries Япония SOFC,PEMFC 200 кВт. Также разрабатывается 700 МВт SOFC электростанция тройного цикла
Rolls-Royce Group plc Великобритания SOFC 80 кВт
Siemens AG Power Generation Германия SOFC 125 кВт
Ztek США SOFC 25 кВт — 1 МВт
Cummins Power Generation США SOFC 3 кВт[8].
InEnergy Россия SOFC, PEMFC 1—100 кВт

Использование в транспорте[править | править код]

Основная статья: Водородный транспорт

Производство электрической энергии для автомобилей, водного транспорта, и т. д.[9] Отсутствие водородной инфраструктуры является одним из основных препятствий развития водородного транспорта после высокой стоимости топлива и двигателей.

Водородная автомобильная инфраструктура[править | править код]

Основная статья: Водородное шоссе
Основная статья: Водородная заправочная станция

К концу 2008 года во всём мире функционировало 2000 водородных автомобильных заправочных станций. Из общего количества заправочных станций, построенных 2004—2005 году, всего 8 % работают с жидким водородом, остальные с газообразным.

Страна 1995-2006 Построено новых в 2005 Построено новых в 2006
Северная Америка 46 % 65 % 59 %
Япония 14 % 15 % 7 %
Германия 13 % 0 7 %
Остальная Европа 14 % 15 % 0
Другие страны 13 % 5 % 27 %

Таблица. Водородные заправочные станции по регионам мира

Планируется строительство

General Motors заявлял о возможных планах строительства 12 000 водородных заправочных станций в городах США и вдоль главных автострад. Стоимость проекта компания оценивает в $12 млрд.

Решением проблемы может стать применение водорода в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания, или смесей топлива с водородом, например, HCNG. В январе 2006 года Mazda начала продажи битопливного автомобиля Mazda RX-8 с роторным двигателем, который может потреблять и бензин, и водород.

В июле 2006 года транспортная компания BVG (Berliner Verkehrsbetriebe) из Берлина объявила о закупках к 2009 году 250 автобусов MAN с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде, что составит 20 % от автопарка компании.

В 2006 году Ford Motor Company начал выпуск автобусов с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде.

Компании — основные игроки[источник не указан 3183 дня]

Mercedes Benz Citaro на водородных топливных элементах в Лондоне

Производители водорода:

Британский BP — ключевой игрок в демонстрационных водородных проектах по всему миру.

Транспортные приложения[править | править код]

Автомобильный транспорт

В 2006 году было запущено в эксплуатацию около 100 новых автомобилей, автобусов, мотоциклов и т. д. на топливных элементах.

В автомобильных приложениях преобладают PEM технологии. В 2005 году был изготовлен всего один автомобиль с PAFC топливным элементом — остальные на PEM-технологиях.

Разработчики смогли снизить стоимость автомобильных водородных топливных элементов с $275 за кВт мощности в 2002 году до $110 за кВт в 2005. Департамент Энергетики США (DoE[en]) планирует снизить стоимость до $30 за кВт мощности к 2020 году. Тем не менее такие компании как Ford и Renault объявили о прекращении работ в области создания топливных элементов для автомобилей. Компания General Motors сократила финансирование в этой области. В основном работы больших компаний сейчас направлены на усовершенствование электромобилей, в том числе с интегрированными топливными элементами[11].

Планы автопроизводителей

Компания Страна год количество автомобилей планы
Daimler Германия 2009 200 шт в начале 2010 года[12] начало производства Mercedes B-class[13]
Ford США 2015 - коммерческая готовность
GM США 2012 - коммерческая готовность[14]
GM США 2025 - массовый рынок
Honda Япония 2008 - начало продаж в Калифорнии автомобиля Honda FCX
Honda Япония 2010 12000 (в США) начало производства
Honda Япония 2020 50000 (в США) производство
Hyundai Motor Корея 2012 - начало продаж[15]
Toyota Япония 2015 - начало продаж[16]
Fiat Италия 2020-2025 - полная коммерциализация
SAIC Китай 2010 1000 коммерческая готовность
Shanghai VW Китай — Германия 2010 - начало производства Lingyu[17]

В марте 2006 года германский HyWays Архивная копия от 2 апреля 2006 на Wayback Machine проект опубликовал прогнозы проникновения водородного автотранспорта на европейский рынок.

Сценарий 2020 2030 2040 2050
Высокое проникновение 3,3 % 23,7 % 54,4 % 74,5 %
Низкое проникновение 0,7 % 7,6 % 22,6 % 40,0 %

Таблица: прогноз проникновения водородного автотранспорта на европейский рынок в % от общего количества автомобилей.

Воздушный транспорт

Корпорация Boeing прогнозирует, что топливные элементы постепенно заменят в авиации вспомогательные энергетические установки. Они смогут генерировать электроэнергию, когда самолёт находится на земле, и быть источниками бесперебойного питания в воздухе. Топливные элементы будут постепенно устанавливаться на новое поколение Боингов 7E7, начиная с 2008 года.

Железнодорожный транспорт

Для данных приложений требуется большая мощность, а размеры силовой установки имеют малое значение.

Железнодорожный исследовательский технологический институт (Япония) планирует запустить поезд на водородных топливных элементах в эксплуатацию к 2010 году. Поезд сможет развивать скорость 120 км/ч, и проезжать 300—400 км без заправки. Прототип был испытан в феврале 2005 года.

В США эксплуатация локомотива с водородным топливным элементом мощностью 2 тысячи л. с. начнётся в 2009 году[18].

В Германии в 2018 году началась эксплуатация пассажирского поезда на водородных топливных элементах Coradia iLint[9]

В соответствии с правительственной дорожной картой по развитию водородной энергетики в России до 2024 года[19] запланировано создание в стране опытного образца железнодорожного транспорта на водороде. Само соглашение о разработке и эксплуатации поездов на водородных топливных элементах было подписано в начале сентября 2019 года на Восточном экономическом форуме между Сахалином, «РЖД», «Росатомом» и «Трансмашхолдингом» (ТМХ). До середины 2021 года Минэнерго России должно подготовить консолидированное предложение по формированию кластеров для апробации и комплексного внедрения технологий водородной энергетики. Формируемый в министерстве для аппарата правительства документ, между тем, имеет непосредственное отношение к сахалинскому «водородному» проекту и, скорее всего, рассматриваться уже будет наряду с готовящимся к внесению проектом концепции развития водородной энергетики в России.

Ключевым аргументом в пользу природного газа при производстве водорода пока является низкая себестоимость его конверсии — в пределах $1,5—3 за 1 кг. При более дорогой технологии электролиза воды себестоимость резко возрастает в 2,5—3 раза. Именно вопрос рентабельности водородного топлива в сравнении с традиционным оказывается в числе решающих для технологов ТМХ. Дело в том, что существующая модель водородного поезда удорожает его жизненный цикл более чем в 2 раза. Но при использовании технологии, основанной на получении из природного газа, вполне возможно добиться снижения стоимости водорода в 3—4 раза[1].

Водный транспорт

В Германии производятся подводные лодки класса U-212 с топливными элементами производства Siemens AG. U-212 стоят на вооружении ВМФ Германии, поступили заказы из Греции, Италии, Кореи, Израиля. Под водой лодка работает на водороде и практически не производит шумов.

В США поставки SOFC топливных элементов для подводных лодок могут начаться в 2006 году. Компания FuelCell Energy разрабатывает 625 кВт топливные элементы для военных кораблей.

Японская подводная лодка Urashima с топливными элементами PEMFC производства Mitsubishi Heavy Industries была испытана в августе 2003 года.

Складские погрузчики

Чуть менее половины новых топливных элементов, установленных в 2006 году на транспортные средства, были установлены на складские погрузчики. Замена аккумуляторных батарей на топливные элементы позволит значительно сократить площади, занимаемые аккумуляторными цехами. Walmart в январе 2007 года завершил вторую серию испытаний складских погрузчиков на топливных элементах.

Основная статья: Водородный транспорт

Мобильные топливные элементы[править | править код]

Производство электрической энергии для мобильных устройств: мобильных телефонов, ноутбуков и т. п.

В 2006 году (как и в 2005) во всём мире было изготовлено около 3000 штук мобильных устройств[каких?], в 2008 году мировое производство выросло до 9000 штук[20]. Одним из основных потребителей была армия США — армии требуются легкие, ёмкие, бесшумные источники энергии.

Благодаря спросу со стороны военных, США заняли первое место в мире по количеству разработок в портативных приложениях. На Японию приходилось всего 13 % новых разработок в 2005 году. Наиболее активными были компании — производители электроники: Casio, Fujitsu Hitachi, Nec, Sanyo и Toshiba.

Весной 2007 года компания Medis Technologies начала продажи водородных топливных элементов для мобильных устройств.

Технологии

В портативных и электронных приложениях доминируют PEM и DMFC топливные элементы.

История[править | править код]

2008 год

Стационарные приложения: В июне 2008 года компания Matsushita Electric Industrial Co Ltd (Panasonic) начала производство в Японии водородных топливных элементов. Компания планирует продать к 2015 году 200 тысяч бытовых энергетических систем на водородных топливных элементах[21]. В сентябре корейская компания POSCO завершила строительство завода по производству стационарных энергетических установок на водородных топливных элементах; мощность завода 50 МВт оборудования в год[22].

Мобильные приложения: В октябре 2008 года продажи DMFC-установок компании германской Smart Fuel Cell AG для домов на колёсах достигли 10 000 штук. Мощность установок от 0,6 кВт до 1,6 кВт. В качестве топлива используется метанол. Канистры с метанолом продаются 800 магазинах Европы[23].

Транспорт: Первые лётные испытания установки для бортового питания на водородных топливных элементах мощностью 20 кВт проведены компанией Airbus в феврале 2008 года на самолёте Airbus A320[24].

В марте 2008 года во время экспедиции STS-123 шаттла Endeavour топливные элементы производства компании UTC Power преодолели рубеж в 100 тысяч операционных часов в космосе[25]. Водородные топливные элементы производят энергию на борту шаттлов с 1981 года.

3 апреля 2008 компания Boeing провёла лётные испытания лёгкого двухместного самолёта Dimona с силовой установкой на водородных топливных элементах[26].

Автомобили: Компания Mercedes в марте 2008 года завершила зимние испытания автомобиля B-Class с силовой установкой на водородных топливных элементах[27].

Шанхайская компания Shanghai Volkswagen Automotive Company для Олимпийских игр в Пекине поставила 20 легковых автомобилей с силовой установкой на водородных топливных элементах[28].

В августе 2008 года в США состоялся демонстрационный пробег водородных автомобилей. Автомобили компаний BMW, Daimler, General Motors, Honda, Nissan, Toyota, Hyundai и Volkswagen за 13 дней преодолели 7000 км [29].

Компания Honda начала продажи в лизинг автомобилей Honda FCX Clarity в США летом 2008 года[30], в Японии — в ноябре 2008 года[31].

Программы развития[править | править код]

Успехи в развитии водородных технологий показали, что использование водорода приведет к качественно новым показателям работы агрегатов. Результаты технико-экономических исследований говорят о том, что, несмотря на свою вторичность в качестве энергоносителя[32], его применение во многих случаях экономически целесообразно. Поэтому работы в этой области во многих, особенно в промышленно развитых странах, относятся к приоритетным направлениям и находят всё большую поддержку со стороны как государственных структур, так и частного капитала[33]. Лидируют считанное число государств, уделявших водороду серьезное внимание в течение многих лет или даже десятилетий — Япония, США, Германия, Великобритания и Южная Корея, которых постепенно догоняет Китай.

В январе 2017 года по инициативе компаний Toyota Motor Corp. и Air Liquide был создан Международный совет по водородным технологиям (Hydrogen Council[en]), в него вошли около 30 концернов, фирм и компаний автопроизводителей и энергетических секторов мирового уровня, таких как Audi, BMW, Daimler, Honda и Hyundai, Shell и Total. Основная цель совета – подготовка оценочных рекомендаций в форме научных докладов в сфере возможностей использования водорода.

ЕС[править | править код]

Базовым элементом новой европейской энергетической реальности стал принятый Еврокомиссией «Зелёный курс» (Green New Deal) с его акцентировкой внимания к ВИЭ и декарбонизированным газам — и речь в данном случае идёт прежде всего о водороде. Более того, «Водородная стратегия для климатически нейтральной Европы» распределяет объём инвестиций к 2050 году в рамках следующих финансовых параметров: оценочно от 180 до 470 млрд евро в пользу «зелёного» водорода и только 3—18 млрд евро приходится на вложения в переработку из ископаемого топлива[34].

Фактом текущей энергетической повестки становится пока только складывающийся полноценный глобальный рынок экспортно-импортных операций с водородом. Сейчас вряд ли возможно привести те транснациональные энергокорпорации, которые не имели бы в своей структуре направлений, непосредственно связанных с научно-исследовательскими программами и прикладными разработками в сфере водородной энергетики. Тем более что одна из наиболее амбициозных европейских водородных стратегий — германская — даже в случае успешной реализации её второй фазы, приходящейся на 2024—2030 годы, предполагает за страной статус одного из крупнейших на западном рынке импортёров «зелёного» водорода. И это несмотря на заявленные Берлином планы по вводу в строй до 2030 года энергоустановок по производству «зелёного» водорода суммарной мощностью до 5 ГВт и с дополнительным вводом аналогичного объёма мощностей уже к 2040 году[1].

8 июля 2020 г. ЕС принял стратегию развития водородной энергетики до 2050 г.[35] С целью уменьшения выбросов углекислого газа, в программе приоритет отдается выработке водорода методом электролиза воды при помощи электроэнергии, полученной из возобновляемых источников энергии — солнечной и ветряной энергии. За первые 5 лет, c 2020 по 2024 гг. запланировано ввести в действие электролизеров для получения водорода общей мощностью 6 ГВт для получения 1 миллиона тонн водорода ежегодно. Затем, к 2030 г. мощности электролизеров будут увеличены до 40 ГВатт и производство водорода будет увеличено до 10 миллиона тонн в год. При этом к 2050 г. намечено снизить себестоимость производства водорода из возобновляемых источников энергии до 1 долл. за кг.

По мнению эксперта-регионоведа Рината Резванова, наиболее перспективными с позиции водородной генерации на базе возобновляемой энергии являются такие регионы ЕС, как страны Скандинавии, акватории Северного и Балтийского морей, а также Южная Европа. Ключевой специализацией Европейского Севера являются гидроэнергетические технологии выработки водорода (скандинавские страны) либо за счёт ветровой энергии (акватерриториальные комплексы ВИЭ). Европейский Юг (страны Средиземноморья) богат солнечной энергией — здесь стоит обратить внимание на подписанное в июне 2020 года марокко-германское соглашение о строительстве первого в Марокко завода по производству «зелёного» водорода. Проект, реализуемый в рамках действующего с 2012 года совместного энергетического партнерства (PAREMA), направлен на развитие индустриальных решений по преобразованию солнечной энергии на основе технологии Power-to-X[34].

2021 год

15 декабря 2021 года Европейский союз объявил о планах отказа от природного газа ради борьбы с изменением климата и к 2050 году заменить чистыми источниками энергии значительную часть ископаемого топлива[36].

Основная идея плана — замена природного газа водородом. Технологии получения водорода существуют, но они очень затратны. ЕС надеется инвестировать в инфраструктуру и за счет господдержки удешевить и сделать рентабельным выпуск водородных топливных элементов и производство водорода из возобновляемых источников[36].

Южная Корея[править | править код]

Министерство Коммерции, Индустрии и Экономики Ю. Кореи в 2005 году приняло план строительства водородной экономики к 2040 году. Цель — производить на топливных элементах 22 % всей энергии и 23 % электричества, потребляемого частным сектором.

С 2010 года правительство Южной Кореи будет дотировать покупателю 80 % от стоимости стационарной энергетической установки на водородных топливных элементах. С 2013 года по 2016 году будет дотироваться 50 % стоимости, а с 2017 года до 2020 года — 30 %[37].

США[править | править код]

США ежегодно производят[когда?] около 11 миллионов тонн водорода, что достаточно для годового потребления примерно 35—40 миллионов автомобилей[источник не указан 2864 дня].

8 августа 2005 года Сенат США принял Energy Policy Act of 2005. Законом предусмотрено выделение более 3 млрд долл. на различные водородные проекты и 1,25 млрд долл. на строительство новых атомных реакторов, производящих электроэнергию и водород.

Департамент Энергетики США (DOE) в январе 2006 года принял план развития водородной энергетики «Roadmap on Manufacturing R&D for the Hydrogen Economy» [2] Архивная копия от 14 августа 2007 на Wayback Machine [3] Архивная копия от 17 апреля 2007 на Wayback Machine.
Планом предусмотрено:

  • К 2010 году — первичное рыночное проникновение водорода;
  • К 2015 году — коммерческая доступность;
  • К 2025 году — реализация водородной энергетики.

Россия[править | править код]

Основная статья: Водородная энергетика в России

В 1941 году техник-лейтенант войск ПВО, защищавших Ленинград во время Великой Отечественной войны, Борис Шелищ предложил использовать «отработанный» водород из заградительных аэростатов войск ПВО в качестве топлива для двигателей автомобилей ГАЗ-АА. Полуторки использовались в качестве транспортно-энергетической единицы поста противовоздушной обороны — лебёдка автомобиля, приводимая в движение от двигателя ГАЗ-АА позволяла осуществлять подъем-спуск аэростатов. Это предложение было внедрено в 1941-1944 годах в блокадном Ленинграде, было оборудовано 400 водородных постов ПВО.

В 1979 году творческим коллективом работников НАМИ был разработан и испытан опытный образец микроавтобуса РАФ, работающий на водороде и бензине.

В конце 1980-х — начале 90-х проходил испытания авиационный реактивный двигатель на жидком водороде, установленный на самолёте Ту-154.

В 2003 году создана Национальная ассоциация водородной энергетики (НП НАВЭ); в 2004 году президентом ассоциации избран П. Б. Шелищ, сын легендарного «водородного лейтенанта».

В 2003 году компания «Норильский никель» и Российская академия наук подписали соглашение о ведении научно-исследовательских работ в сфере водородной энергетики; «Норильский никель» вложил в исследования 40 млн долларов. В 2006 году «Норильский никель» приобрел контрольный пакет американской инновационной компании Plug Power, являющейся одним из лидеров в сфере разработок, связанных с водородной энергетикой; компания вложила в разработку водородных установок 70 млн долл. В 2008 году «Норильский никель» перестал финансировать проект.

В апреле 2021 стало известно о российской Концепции развития водородной энергетики до 2024 года, где говорится, что страна хочет поставлять на мировой рынок от 7,9 до 33,4 млн тонн экологически чистых видов водорода, зарабатывая на экспорте водорода от 23,6 до 100,2 миллиарда долларов в год, и нацелена занять к 2030 году 20 % этого рынка (самого рынка водородных энергоносителей, однако, пока нет)[38]. «Водородный кластер» планируется создать на Сахалине.

Прочие страны[править | править код]

В Индии создан Индийский Национальный Комитет Водородной Энергетики. В 2005 году комитет разработал «Национальный План Водородной Энергетики». Планом предусмотрены инвестиции в размере 250 млрд рупий (примерно $5,6 млрд) до 2020 года. Из них 10 млрд рупий будет выделено на исследования и демонстрационные проекты, а 240 млрд рупий на строительство инфраструктуры по производству, транспортировке, хранению водорода. Планом поставлена цель — к 2020 году вывести на дороги страны 1 миллион автотранспортных средств, работающих на водороде. Также к 2020 году будет построено 1000 МВт водородных электростанций[39].

Исландия планирует построить водородную экономику к 2050 году[40].

Правительство Южно-Африканской Республики в 2008 году приняла водородную стратегию. К 2020 году ЮАР планировала занять 25 % мирового рынка катализаторов для водородных топливных элементов.

Власти Японии заложили в бюджет 2022 года не менее $800 млн на развитие водородной экосистемы в качестве экологически чистого источника электроэнергии, почти $290 млн из этой суммы будут потрачены на субсидирование покупки транспорта на водородных топливных ячейках и строительство заправочных станций. Японцы рассчитывают на первом этапе получать водород из бурого угля австралийского происхождения, а затем транспортировать его на специальных танкерах по морю в Японию.[41]

Критика[править | править код]

Если потребители и средства передачи водородной энергии не смогут обеспечить 100 % коэффициент полезного использования либо замкнутый цикл обращения носителя, широкое распространение водородной энергетики может привести к повышению объема диссипации водорода из верхних слоев земной атмосферы в космическое пространство из-за повышенной летучести этого газа; и, как следствие, риску безвозвратного сокращения гидросферы планеты[источник не указан 763 дня].

Литература[править | править код]

  • Рифкин Дж. Если нефти больше нет... Кто возглавит мировую энергетическую революцию? = The Hidrogen Economy: The Creation of the World-Wide Energy Web and the Redistribution of Power on Earth. — М.: Секрет фирмы, 2006. — 416 с. — 3000 экз. — ISBN 5-98888-004-5.
  • Козлов С. И. Водородная энергетика: современное состояние, проблемы, перспективы. — М.: Газпром ВНИИГАЗ, 2009. — 520 с. -ISBN 5-89754-062-4;
  • Кузык Б. Н., Яковец, Ю. В. Россия: стратегия перехода к водородной энергетике. - М.: Институт экономических стратегий, 2007. - 400 с. - ISBN 978-5-93618-110-8;

Ссылки[править | править код]

Примечания[править | править код]

  1. ↑ 1 2 3 Ринат Резванов. Новая энергетическая повестка для В-поездов. Деловой транспортный журнал «РЖД-Партнёр». ИД «РЖД-Партнёр» (19 апреля 2021). Дата обращения: 28 апреля 2021. Архивировано 28 апреля 2021 года.
  2. ↑ http://www.financialexpress.com/news/tata-steel-develops-hydrogen-production-tech-granted-pct/370776/0
  3. ↑ http://www.fuelcellsworks.com/Supppage9358.html Архивная копия от 9 января 2009 на Wayback Machine  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день] — история)
  4. ↑ http://energy.gov/eere/fuelcells/hydrogen-production-natural-gas-reforming Архивная копия от 23 августа 2015 на Wayback Machine "Today, 95% of the hydrogen produced in the United States is made by natural gas reforming in large central plants"
  5. ↑ As energy bills soar, Japanese test fuel of future (недоступная ссылка)  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день])
  6. ↑ Toyota, Aisin to Provide 20 Residential SOFC Cogeneration Systems for Test Program. Дата обращения: 21 декабря 2009. Архивировано 2 июня 2012 года.
  7. ↑ Panasonic Fuel-Cell Initiative Heats Up In Japan (недоступная ссылка)  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день])
  8. ↑ Cummins says fuel cell mobile power available in 2 to 3 years. Дата обращения: 26 августа 2009. Архивировано из оригинала 20 октября 2011 года.
  9. ↑ 1 2 Немецкая волна 17.09.2018 Инза Вреде Поезд на водороде — европейский технологический прорыв с оговорками Архивная копия от 25 августа 2019 на Wayback Machine // Немецкая волна
  10. ↑ 'Hydrogen highway' from Montreal to Windsor // CBC, 2003
  11. ↑ Под ред. В.А.Мошникова и Е.И.Терукова. Основы водородной энергетики.. — СПб.: Изд-во СПбГЭТУ «Лэти», 2010. — 288 с. — ISBN 978-5-7629-1096-5.
  12. ↑ Mercedes-Benz to Launch Limited Series Production of B Class F-CELL Hydrogen Fuel Cell Vehicle Late This Year. Дата обращения: 31 августа 2009. Архивировано 5 сентября 2009 года.
  13. ↑ Daimler starts small series production of fuel cell vehicles in summer 2009 Архивная копия от 11 марта 2009 на Wayback Machine  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день] — история)
  14. ↑ GM is hoping to release a hydrogen fuel cell-powered vehicle by 2012. Дата обращения: 26 августа 2009. Архивировано из оригинала 20 октября 2011 года.
  15. ↑ Hyundai plans fuel-cell car for 2012 Архивная копия от 1 ноября 2008 на Wayback Machine  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день] — история)
  16. ↑ Toyota Plans Limited Consumer Sales of Hydrogen Fuel-Cell Vehicles by 2015. Дата обращения: 15 января 2009. Архивировано 19 января 2009 года.
  17. ↑ http://www.fuelcellsworks.com/Supppage9356.html (недоступная ссылка) Shanghai VW to debut hydrogen fuel-cell Lingyu in United States
  18. ↑ BNSF explores the fuel cell Архивная копия от 11 марта 2009 на Wayback Machine  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день] — история) Railway Gazette International
  19. ↑ Правительство Российской Федерации утвердило план мероприятий по развитию водородной энергетики | Министерство энергетики. minenergo.gov.ru. Дата обращения: 28 апреля 2021. Архивировано 27 апреля 2021 года.
  20. ↑ Today sees the release of the new Fuel Cell Today Portable Survey 2009 Архивная копия от 20 апреля 2009 на Wayback Machine  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день] — история)
  21. ↑ http://uk.reuters.com/article/rbssConsumerGoodsAndRetailNews/idUKT30359820080701
  22. ↑ http://www.koreatimes.co.kr/www/news/nation/2008/09/123_30600.html. Дата обращения: 16 декабря 2008. Архивировано 4 марта 2016 года.
  23. ↑ http://www.fuelcellsworks.com/Supppage9250.html (недоступная ссылка)  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день])
  24. ↑ «Airbus has successfully tested a fuel cells system in flight Архивная копия от 16 апреля 2008 на Wayback Machine  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день] — история)» (недоступная ссылка)
  25. ↑ UTC Power Fuel Cells Achieve Milestone, Topping 100,000 Hours in Space (недоступная ссылка)  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день] — история)
  26. ↑ Первый пилотируемый самолёт на топливных элементах поднялся в воздух. Дата обращения: 16 декабря 2008. Архивировано 25 апреля 2009 года.
  27. ↑ http://www.greencarcongress.com/2008/03/winter-testing.html. Дата обращения: 16 декабря 2008. Архивировано 11 июня 2008 года.
  28. ↑ http://www.fuelcellsworks.com/Supppage8978.html (недоступная ссылка)  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день])
  29. ↑ http://www.fuelcellsworks.com/Supppage9124.html Архивная копия от 2 декабря 2008 на Wayback Machine  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день] — история)
  30. ↑ Honda to Release New Fuel Cell Vehicle in Japan in Autumn Архивная копия от 29 сентября 2008 на Wayback Machine  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день] — история)
  31. ↑ Honda Begins Leasing FCX Clarity Fuel Cell Vehicle in Japan (недоступная ссылка)  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день])
  32. ↑ Имеется в виду, что для водород нужно производить.
  33. ↑ Под общей редакцией чл.-корр. РАН Е.В. Аметистова. том 1 по редакцией проф.А.Д.Трухния // Основы современной энергетики. В 2-х томах. — Москва: Издательский дом МЭИ, 2008. — ISBN 978 5 383 00162 2.
  34. ↑ 1 2 Ринат Резванов. Россия на мировом водородном рынке. Деловой экономический журнал «Инвест-Форсайт» (30 марта 2021). Дата обращения: 28 апреля 2021. Архивировано 27 апреля 2021 года.
  35. ↑ Brussels, 8.7.2020 A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe Архивная копия от 15 июля 2020 на Wayback Machine // Communication from the Commission to the European parliament, the council, the european economic and social committee and the committee of the regions
  36. ↑ 1 2 Европа хочет отказаться от природного газа. ЕС набросал план будущего без "Газпрома" Архивная копия от 16 декабря 2021 на Wayback Machine, BBC, 16.12.2021
  37. ↑ South Korea unveils 80 per cent subsidy for domestic fuel cells. Дата обращения: 8 сентября 2009. Архивировано из оригинала 20 октября 2011 года.
  38. ↑ Россия нашла новый способ заработать 100 миллиардов долларов Архивная копия от 26 апреля 2021 на Wayback Machine [1] Архивная копия от 16 мая 2021 на Wayback Machine // Лента.ру, 15 апреля 2021
  39. ↑ Ministry of New and Renewable Energy, Official Website Архивная копия от 26 ноября 2010 на Wayback Machine  (недоступная ссылка с 13-05-2013 [3991 день] — история)
  40. ↑ Hannesson Hjálmar W. «Climate change as a global challenge» Ministry for Foreign Affairs. Дата обращения: 19 декабря 2008. Архивировано 1 июля 2013 года.
  41. ↑ Япония рассчитывает сделать водород экономически выгодной альтернативой сжиженному метану к 2030 году Архивная копия от 29 апреля 2021 на Wayback Machine // 3DNews, 26.12.2020
Источник — https://ru.wikipedia.org/w/index.php?title=Водородная_энергетика&oldid=133628502