Применение водорода в промышленности: востребованность и преимущества

Водород является востребованным компонентом для большого количества производственных процессов, относящимся к промышленности. Чтобы его использовать для решения технических задач количество примесей в составе вещества не должно превышать 0, 05%, относится к марке, А и 0,01% — марка Б.

Популярность и востребованность химического элемента связана напрямую с его положительными особенностями:

• универсальность;
• высокая химическая активность;
• малый вес;
• хорошая теплопроводность;
• большое количество тепла, образовывающееся в процессе горения;
• безопасность использования.

Востребованность водорода для промышленных целей

Водород требуется для получения аммиака, выступающим неотъемлемым компонентом для добычи удобрений азотного типа, производства пластмассы, волокон из синтетических материалов и лекарств.

Сочетание его с хлором дает возможность получить хлороводород и соляную кислоту. Также благодаря нему изготавливается множество веществ, относящимся к органическим.

Для пищевой промышленности водород используется во время изготовления маргарина, состоящего из твердых жиров растительного происхождения. Гидрогенизация дает возможность жидкие растительные масла превратить в затверделый жир. Химический элемент может выступать как пропеллент — защитная среда упаковки с пищевыми продуктами.

Использование водорода в металлургии

С помощью водорода удается восстановить первоначальные свойства определенных металлов, состоящих из их оксидов (вольфрам). При его горении в кислороде достигается температура в среднем 3000 °C. Данные условия позволяют выполнять плавление и сваривание металлов тугоплавкого типа.

Использование водорода в промышленности можно наблюдать на примере металлургии. данной отрасли он задействуется с целью восстановительного процесса металлов из оксидов. В результате удается получить сплавы, относящиеся к тугоплавким. Затем водородно-кислородное пламя, отличающееся высокой температурой, обладает способностью расплавлять их и сваривать. Для таких целей задействуется горелка, спроектированная по аналогии ацетиленокислородной.

Наша продукция

Смотреть каталог

Преимущества применения водорода

Водород, пребывающий в жидком состоянии, является отличным вариантом топлива для ракет. Также активно идет работа, чтобы в будущем использовать его в виде горючего для силового агрегата машин. Воплощение в жизнь данной идеи положительно скажется на экологической ситуации, так как при сгорании водорода в атмосферу не попадают опасные компоненты, наносящиеся непоправимый вред окружающей среде.

Одним из основных потребителем химического элемента являются предприятия, работающие в сфере нефтехимии и занимающиеся переработкой нефти. Здесь расход водорода, который добывается промышленным методом, достигает отметки 50% от общего числа.

Большое количество полимеров, соединений углеводородного типа и масс, с пластическими свойствами, получают исключительно из водорода.

Газообразное вещество благодаря отличной теплопроводности и отсутствию в составе вредных компонентов оптимально подходит для снижения уровня нагрева турбогенераторов, характеризующихся высоким запасом мощности. В условиях повышенной температуры водород демонстрирует регенерацию, беря на себя атомы кислорода, находящиеся в оксидах металлов. Это дает возможность применять его для прямого восстановления руды.

В зависимости от отрасли газообразная консистенция выступает как основной элемент, дополнительный материал либо горючее.

Cогласно статистическим данным востребованность водорода стремительно растет и его использование каждые 15 лет удваивается в несколько раз.

Читайте также

На водороде в будущее

Юрий Добровольский: «Мы еще сохранили шансы стать лидерами, поскольку в области водородных технологий не утратили своих компетенций»
Фото: Предоставлено компанией

Правительство РФ утвердило план мероприятий «Развитие водородной энергетики в Российской федерации до 2024 года». Его цель — организация первоочередных работ по формированию в стране высокопроизводительной экспортно ориентированной отрасли водородной энергетики, развивающейся на основе современных технологий и обеспеченной высококвалифицированными кадрами.

В преамбуле плана отмечается, что одним из вызовов энергетической безопасности для Российской Федерации является изменение структуры спроса на энергоресурсы, включая замещение углеводородов другими видами энергетических ресурсов, в том числе водородом. Наша страна в этом смысле следует всемирной тенденции: практически все развитые страны — США, Япония, Китай, страны ЕС — в целом приняли свои стратегии развития водородной отрасли и ставят перед собой весьма амбициозные цели. Так, министр экономики и энергетики ФРГ Петер Альтмайер выразил уверенность, что благодаря принятию национальной водородной стратегии Германия будет играть ведущую роль в водородном развитии, как это было двадцать лет назад, когда началось продвижение использования возобновляемых источников энергии.

Наша страна тоже обладает серьезным потенциалом для организации масштабного производства водорода, развития водородной энергетики и использования водорода в самых разных областях экономики. Можно вспомнить, что именно в нашей стране еще в 1980-е годы был создан и уже летал первый в мире самолет с водородным двигателем. Водород широко используется в российской космической отрасли, для этого были созданы и производственные мощности, и средства доставки и хранения этого газа. Сейчас в стране ведутся серьезные научные и технологические разработки по применению водорода в различных видах транспорта и энергетике.

Мы встретились с одним из ведущих специалистов в этой отрасли, руководителем Центра компетенции НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии, доктором химических наук Юрием Добровольским, чтобы обсудить перспективы развития водородной энергетики в нашей стране.

— Для чего нужна водородная стратегия и чего можно ждать от развития водородной промышленности?

— Наверное, всем уже ясно, что мир так или иначе переходит к «зеленой» энергетике, в первую очередь от углеводородной — к возобновляемым источникам энергии (ВИЭ).

Понятно, что быстро это сделать невозможно: нельзя построить за десять-двадцать лет столько ветряков, солнечных батарей, приливных и геотермальных станций, чтобы мир прямо завтра перешел к полностью углеродно нейтральной экономике. Но есть возможность принять промежуточные решения, на основе которых можно это сделать, и водород может стать промежуточным энергоносителем на период перехода к возобновляемым источникам тока.

Для этого необходимо постепенно внедрять водород в те области промышленности и техники, где это возможно. Например, в производство удобрений, в металлургию, где всегда присутствуют углеродсодержащие соединения, в нефтехимию, потому что нефтехимия — это не только горючее, но и много полезных вещей, которые мы получаем из нефти. Более того, в отличие от большой энергетики в этих отраслях водород, скорее всего, останется надолго и будет потребляться как химическое сырье в достаточном количестве.

Градация водорода в зависимости от способа его производства

И конечно, существуют большие возможности применения водорода на транспорте.

Так или иначе, мы постепенно будем переходить на электрический транспорт, это экологически и климатически обоснованно. Сейчас такой транспорт в основном использует аккумуляторные системы, но у них есть масса недостатков. Во-первых, это не очень большая энергоемкость. Для литий-ионного аккумулятора это максимум 250 ватт-часов на килограмм, а для большого электротранспорта требуется емкость минимум 600–700 ватт-часов на килограмм. Вряд ли это удастся сделать с аккумуляторами в ближайшее время, если не будет какого-то фантастического прорыва в области совершенно новых аккумуляторных материалов. А водородные топливные элементы на автомобилях уже сейчас имеют большую энергоемкость и действительно могут заменить практически любой транспорт, которым мы сейчас пользуемся.

Кроме того, недостатком аккумуляторного электрического транспорта является то, что его приходится довольно долго заряжать. Есть быстрые зарядки, но они, как правило, приводят к быстрой деградации аккумуляторов. А водородом автомобиль заряжается так же, как обычным горючим: за несколько минут.

То есть, с одной стороны, водородная автотехника не сильно отличается с точки зрения потребительских свойств от привычной нам, а с другой стороны, она абсолютно экологически и климатически нейтральна.

Таким образом, постепенно двигаясь к возобновляемой энергии, мы можем благодаря водороду менять не только энергетику, но и все сферы производства, переводя их на более «зеленые» рельсы. А транспорт, наверное, единственная отрасль, в которой это уже сейчас экономически оправданно. Во всех остальных, о которых я сказал, такой переход пока так или иначе будет удорожать производство.

Правда, мы пока не видим решения, как заменить аккумуляторами или топливными элементами маршевые двигатели на больших самолетах. Но можно заменить керосиновый двигатель внутреннего сгорания на водородный, и эти технологии известны в России. Единственный в мире летавший на водороде самолет Ту-155 был сделан в нашей стране в конце советского периода. И крупные авиастроительные фирмы собираются к 2035 году показать большие самолеты на водороде. Так что давайте резюмируем, и это очень важно повторить: мир сейчас вступает в переходный период на пути к полностью «зеленой» энергетике и транспорту. И водород в этот период играет ключевую роль. Причем если в самой энергетике он будет важен именно в переходном периоде, то в области транспорта водород останется навсегда.

— А чего вы ждете от концепции, которую правительство предполагает принять в первом квартале следующего года в соответствии с планом мероприятий «Развитие водородной энергетики в Российской Федерации до 2024 года»?

— У нас сейчас в экспертном сообществе и среди ответственных лиц есть три разные позиции по вопросу, как развивать водородную энергетику и нужно ли вообще ее развивать. Крайняя консервативная позиция: нас обманывают наши зарубежные партнеры, водород слишком дорог, поэтому он никогда никому не будет нужен и заниматься этим не надо. У нас много углеводородов, и они важнее. Удивительно, но этой позиции придерживаются некоторые известные ученые, которые активно участвовали в разработке водородной дорожной карты.

Вторая позиция — промежуточная: если мы хотим сохранить свой экономический потенциал в то время, когда Европа и Азия собираются уменьшать количество потребляемого углеводородного топлива, то давайте производить и транспортировать водород, тем более что самый дешевый водород сейчас получается из углеводородов.

И третья точка зрения, которой придерживаюсь я: вне зависимости от возможностей поставки водорода на экспорт, чтобы уменьшить риски нашего экспорта, нам надо в первую очередь научиться самим потреблять водород. В какой-то момент его зарубежные покупатели могут нам сказать, что больше водорода им не надо, и это станет возможным, когда они перейдут на ВИЭ. Такие источники можно поставить везде, исчезнет необходимость в логистике водорода: его не надо будет подвозить, его будут производить на месте, там же, где используют. Но если есть внутреннее потребление, своя техника, свои металлургические и другие производства, транспорт, энергетика и городское хозяйство на водороде, то мы будем его производить в первую очередь именно для себя.

Вот три точки зрения, и какая победит в ближайшее время, мне до сих пор непонятно. Я слежу за этими обсуждениями, сам в них участвую, но не могу предсказать результат этой борьбы экспертных мнений: политических, научных и технических.

Причем водородная энергетика — это одна из тех отраслей, где мы в ближайшее время можем стать лидерами, и не столько в экспорте водорода как сырья, сколько в его применении. Мы еще сохранили шансы стать лидерами, поскольку в области водородных технологий не утратили своих компетенций, что признают и многие европейские страны, и тем более азиатские. Это позволит нам в перспективе занять достойное место не только на рынке водорода, но и на рынке высоких водородных технологий.

Производство и потребление «зеленого» водорода

— То есть, по вашему мнению, концепция должна предусматривать максимальные варианты развития не только и не столько экспорта, сколько внутреннего потребления водорода?

— Совершенно верно. Тем более что с экспортом водорода могут быть и климатические, и политические проблемы. Дело в том, что отношение к водороду на зарубежных рынках определяется способом его производства, в зависимости от которого ему условно присваивается разные цвета: зеленый, серый, оранжевый, голубой, бирюзовый.

«Зеленый» водород — это водород, полученный электролизом исключительно с помощью ВИЭ — энергии ветра, солнца, воды, любых других источников, которые не использует углеводороды, кроме атомных электростанций. Если водород получен с помощью АЭС, тут же подключаются политики, которые говорят, что он уже не «зеленый», а «оранжевый». И в Европе начинаются политические споры: «оранжевый» — это экологичный водород или нет, можем ли мы его импортировать?

Моя точка зрения такова: экологичность производства водорода надо оценивать по тому, сколько диоксида углерода при полном цикле его производства выбрасывается в атмосферу. Хорошо считать водород, полученный с помощью ВИЭ, «зеленым», забывая, что на строительство таких систем получения энергии мы тоже потратили углеводороды и выбросили в атмосферу довольно много углекислого газа.

«Серый» водород — это тот, который получается из углеводородов методом парогазовой конверсии, при этом углекислый газ выбрасывается в атмосферу, а «голубой» водород получается тем же способом, но углекислый газ при этом захоранивается или перерабатывается, а не выбрасывается в атмосферу.

Аналогично «бирюзовый» водород, но он получается методом пиролиза. При этом надо учитывать, что «серый» водород от электролизного «зеленого» водорода по себестоимости пока отличается более чем в десять раз.

— Не получается ли так, что затраты энергии на производство самого чистого — «зеленого» — водорода больше, чем стоимость энергии, получаемой при его использовании?

— Конечно, такой водород сейчас дороже, как ни считай. Но вопрос, какие цели человечество ставит перед собой. Моя позиция в том, что человечество наконец доросло до того, что начинает отвечать за свои поступки и несет коллективную ответственность перед будущими поколениями, в том числе за сохранение климата. Я не большой сторонник теории антропогенного загрязнения окружающей среды, хотя вероятность того, что именно мы повлияли на климат, есть, и даже если она минимальная, мы все должны с этим бороться. Что мы оставим нашим детям? Хотим ли мы, чтобы наши дети жили в условиях постоянных наводнений, пожаров и ураганов? Если нет, то человечество просто обязано заняться решением этой проблемы. Хотя бы в техносфере, в которой от него что-то зависит.

Причем это вопрос не только экономический. Сейчас, когда весь мир, по крайней мере развитые страны, стал достаточно богат, мы можем часть накопленных богатств потратить на то, чтобы восстановить климат и экологически безопасную окружающую среду.

Тем более что технологии не стоят на месте. Вспомните, что еще десять-пятнадцать лет назад, когда строились первые солнечные электростанции, они были дороги, им была необходима серьезная поддержка государства. Прошло всего десять лет — и государственная поддержка солнечной энергетики во многих странах существенно снизилась, эти направления вполне развиты, себестоимость солнечной электроэнергии упала настолько, что она стала вполне конкурентоспособной. И я думаю, что со временем электролиз станет экономически более выгодным, чем другие виды производства водорода, как за счет совершенствования самой технологии, так и потому, что его можно производить на месте потребления электричества, что позволит достичь существенной экономии за счет логистики и самого водорода, и электричества.

Вывод простой: чтобы водородные технологии начали активно применяться и подешевели, необходима государственная поддержка, какая раньше существовала в отношении других ВИЭ.

Газ из газа

— Насколько Россия готова к серьезному производству водорода в том числе на экспорт? И насколько она готова реализовывать свои научно-технологические заделы, которые, как вы говорите, у нас есть?

— Если вы посмотрите водородные стратегии Европы до 2050 года, то увидите, что в них на этот период заложены только пятьдесят процентов «зеленого» водорода, а пятьдесят процентов — «голубого». То есть половина всего потребляемого водорода будет получаться из углеводородов. Нам это выгодно, все-таки мы углеводородная держава. Но нужна логистика. К сожалению, основная стоимость водорода лежит не столько в его производстве, сколько в транспортировке. Потребуется огромная система газопроводов, хотя некоторые из существующих у нас трубопроводов уже сейчас пригодны для транспортировки водорода. Например, «Северный поток-2»: можно просто подключать на входе водород и качать его прямо в Германию. И это самый дешевый способ передачи водорода. То есть у нас уже есть трубопроводы в Азию и Европу — туда, где водородные программы развиваются, и, на мой взгляд, преимущества наши очевидны: дешевые углеводороды и самый дешевый трубопроводный способ поставки водорода в эти страны.

— То есть на данном этапе, на ваш взгляд, самое перспективное производство водорода — из природного газа?

— Да. До 2050 года мы обеспечены потребителями такого водорода, если успеем встроиться в цепочку поставок. Но понятно, что после 2050-го доля такого водорода будет падать и падать, пока «зеленый» водород не займет все сто процентов потребления, это для меня очевидно. Эта программа точно будет выполнена, и нам нужно уже сегодня искать способы производства «зеленого» водорода. Источником электричества для такого производства у нас может стать малая гидроэнергетика, которая, в отличие от большой, считается «зеленой», потому что не нарушает биобаланс. Во-вторых, у нас в России много мест, где может активно использоваться солнечная и ветровая электроэнергия. При правильном планировании мы можем у себя потихоньку замещать наш «голубой» водород на «зеленый». У нас на это есть тридцать лет.

— А у нас есть серьезные компании, которые занимаются этой технологией?

— Сейчас пытается эти компетенции у себя собрать «Росатом». У них есть на это специальная программа. Там нет уже большой науки — научные основы получения водорода более или менее разработаны. там нужно отработать технологии.

Я не могу не сказать и о последнем нашем собственном проекте: мы собственными силами с одной небольшой компанией «Поликом», расположенной у нас же в Черноголовке, делаем первую российскую заправку с электролизером внутри. Сейчас идут испытания электролизера. А одна немецкая фирма по нашему техзаданию сделала заправочный блок, чтобы, взяв от этого электролизера водород, можно было сразу заправить, например, автомобиль или другую технику.

Я участвую в заседаниях Немецкого энергетического общества, и на них говорят, что примерно к 2030 году в Германии сумеют произвести всего четырнадцать тераватт-часов энергии в водороде, а им нужно по плану девяносто. Чувствуете разницу? Германия честно говорит, что сама не может стать производителем водорода, поэтому выделяет огромные деньги на развитие водородных технологий в странах, которые могут экспортировать водород, — на воспитание будущих экспортеров водорода.

Успеть поделить пирог

— На что в первую очередь делается упор в водородных стратегиях других стран?

— Именно на внутреннее потребление как составную часть «зеленой» энергетики. Цель понятна: сделать так, чтобы там, где более выгоден водород, был именно водород, но чтобы он был «зеленый». На решение этой задачи направлено все: как его транспортировать, как его получать, как создавать инфраструктуру. Но европейские страны — и, кстати, еще и Азия — в основном рассматривают себя в качестве импортеров водорода, что важно для России.

Но медлить нельзя! Уже через пять лет, гарантирую, водородный рынок будет поделен полностью. И при таком, как сейчас, отношении нашего правительства и нашей общественности к водороду мы можем не попасть в число игроков этого рынка.

— Казалось бы, правительство занялось этим…

— Огромный плюс, что все экспортно ориентированные компании начинают заниматься водородными технологиями, особенно получением водорода и его транспортировкой. В отличие от государственных кабинетов, где споры продолжаются, бизнес понимает, что водородный рынок обязательно возникнет.

Пример таких компаний — «Газпром» и «НоваТЭК», которые начинают заниматься водородными технологиями и активно финансировать НИОКР в этой области.

К сожалению, позиция «Газпрома» не всегда последовательна. Например, они создали компанию «Газпром водород», которая, по замыслу авторов идеи, должна на территории Германии строить заводы по получению водорода из наших углеводородов. При этом заводы будут выбрасывать там углекислый газ, а мы будем компенсировать эти выбросы тем, что в России будем захоранивать такое же количество углекислого газа. Понятно, что и Германия, скорее всего, на это не пойдет.

— Действительно, странная идея: строить заводы в другой стране.

— С другим нашим газовым гигантом — «НоваТЭКом» — у нас пока ведутся только предварительные переговоры. А я вам напомню, что перевозка СПГ и перевозка жидкого водорода — это, по большому счету, одна и та же технология. Ведь водород тоже можно возить танкерами. То есть у «НоваТЭКа» уже готова технологическая основа для экспорта водорода, не так сильно ее придется переделывать.

Но самую активную позицию занимает «Росатом», о котором я уже сказал. Государство еще только планирует начать разрабатывать программу развития водородных технологий, а «Росатом» уже вовсю реализует собственную программу.

— Но все-таки правительство решило этим заняться, опубликовало дорожную карту, и предполагается уже в первом квартале будущего года разработать концепцию развития отрасли. Значит, движение идет.

— В первом квартале 2021 года мы только узнаем, какая точка зрения победит и чем будет наполнена эта концепция, которую пишут несколько разных групп.

Трагично, если реализуется «усредненный» вариант: давайте мы пока поизучаем проблему и займемся НИРами и какими-то экзотическими способами получения водорода. Поэтому я всеми силами борюсь за то, чтобы победил хоть какой-то вариант развития водородной энергетики, а лучше, конечно, если бы возник полномасштабный вариант такой концепции. И я не одинок в этой борьбе, моими союзниками выступают те компании, о которых я сказал, которые понимают, что пришло время строить водородную энергетику. И у нас пока есть возможность продвинуть наш вариант концепции.

Универсальная электрическая автономная автомобильная платформа с источником энергии на основе водородного топливного элемента разработки Центра компетенций НТИ
Фото: предоставлено компанией

Должен напомнить, что Россия была одним из лидеров этой технологии. У нас прекрасно работали топливные элементы в космосе, под водой, у нас, как я уже сказал, летал первый в мире водородный самолет. За двадцать пять лет мы утеряли большинство технологий и лидерство в науке во многих других областях, но в водородных технологиях мы находимся вполне на мировом уровне.

Да, у нас нет пока водородных автомобилей, которые колесят по Европе уже двадцать лет. Но мы владеем всеми технологиями и можем у себя сделать такие автомобили даже на лучшем уровне, чем на Западе. Мы просто этим не занимались. И это сочетание оставшихся научных школ, научных компетенций в разных областях, промышленного потенциала и желания реализовать эти технологии может стать сильнейшим драйвером развития именно водородной отрасли. Скажем, в производстве литий-ионных аккумуляторов догнать Китай, США или Европу нам уже сложно, если, конечно, мы ничего революционного не изобретем. А вот в водороде у нас пока остался последний шанс вскочить в этот вагон. И это окно возможностей в несколько лет.

— А что нужно делать, чтобы стимулировать внутренний спрос у нас, в России?

— Тут много чего надо. В первую очередь нужна воля государства. Сейчас мы у себя в Центре компетенций НТИ занимаемся в большой степени водородным автотранспортом. Но, вы понимаете, перед нами стоит извечная проблема яйца и курицы: не будет у нас водородного транспорта, пока нет заправок, а заправки не нужны, пока нет водородного транспорта. Понятно, что инфраструктура — это ответственность государства. Частные компании точно не возьмут на себя задачу построения сети автозаправочных станций на данном этапе.

А экспортные компании, и не только углеводородные, должны помнить, что сейчас в Европе разрабатывается так называемый углеродный налог на импортируемую продукцию. Импортеры должны будут платить налог, размер которого будет зависеть от того, сколько углекислого газа было выброшено в атмосферу при производстве их продукции.

Пока неизвестны объем и механизмы начисления этого налога, но то, что этот налог будет, уже очевидно. Этот налог призван стать международным драйвером развития «зеленых», в том числе водородных, технологий. Значит, и в России необходимы правовые механизмы и государственная поддержка, чтобы подтолкнуть собственную промышленность к внедрению водородных технологий. Этого пока нет, но разработка таких мер уже начинается. И я счастлив, что, проработав более двадцати лет в водородной отрасли, я сейчас наконец вижу, что дело чуть-чуть начинает сдвигаться, не только на словах, но и в некоторых действиях.

Постепенно двигаясь к возобновляемой энергии, мы можем благодаря водороду не только менять энергетику, но менять все сферы производства, переводя их на более «зеленые» рельсы

— А какие у нас есть проекты в разных отраслях промышленности по применению водородной техники?

— Таких проектов уже немало. Сейчас по заказу «Росатома» мы заканчиваем работу по первому и далеко не полному анализу технологий, которые существуют в России. И сейчас есть от тридцати до пятидесяти больших проектов. Например, КамАЗ начинает заниматься водородными автобусами, ГАЗ — водородными грузовиками, «Автотор» начинает думать о выпуске легковых автомобилей на водороде. С «Росатомом», как я уже сказал, мы ведем в том числе работы по электролизу.

РЖД и Трансмашхолдинг начинают с того, что закупают маленькие водородные локомотивы за рубежом и создают вместе с «Росатомом» водородный кластер на Сахалине. А их следующая цель — и мы все будем им в этом помогать — научиться производить такой транспорт в России.

Причем водородный электротранспорт, в том числе железнодорожный, может стать уже сейчас экономически оправданным — не через пять лет, а в ближайшее время и даже без особой поддержки государства.

Таких локомотивов, причем больших, уже пятнадцать штук в Германии ходит. А водородные автобусы по Европе ездят уже двадцать лет, и там есть достаточное количество заправок для того, чтобы их обеспечивать. Например, в Германии имеется порядка 120–130 водородных автозаправочных станций.

— А в каком состоянии ваши собственные разработки? У вас же и самолет был, и автомобили были водородные.

— Работы идут. К сожалению, коронавирус нас здорово подкосил. А летом значительная часть коллектива не работала, была полностью на карантине. Поэтому мы решили сосредоточиться на тех проектах, которые надо закончить в первую очередь. Мы пока отодвинули, например, плановые летные испытания водородного самолета, еще и потому, что аэродромы были закрыты. Но зато мы довели до ума беспилотную электротранспортную платформу, и она совсем недавно демонстрировалась на открытии участка ЦКАД. Там же стояла и наша заправка. И мы раздумываем над тем, как дальше развивать нашу платформу, поскольку она оказалась весьма популярной. И даже есть шанс, что, задуманная как прототип, она станет после небольших доработок вполне коммерческим продуктом. Причем будет иметь свой искусственный интеллект, отечественный, оригинальный, разработанный специально под эту платформу Институтом проблем управления РАН вместе с фирмой «Электротранспортные технологии». Полезная нагрузка платформы — почти две тонны, и пробег внушительный: 500 километров — легко. По крайней мере, уже в эксперименте она столько проходила.

Автор: Александр Механик.

Подписывайтесь на наш телеграм-канал, чтобы первыми быть в курсе новостей венчурного рынка и технологий!

Эксперты рассказали, какое место займет Россия в водородной энергетике будущего

«Газпром нефть» вступила в Совет индустриальных партнеров консорциума «Технологическая водородная долина». Компания планирует за три года в 2,5 раза увеличить производство водорода на своих технологических площадках (до 250 тыс. тонн), а партнерам по Консорциуму предлагает свою экспертизу по улавливанию и захоронению углекислого газа, отработанную на месторождении Русанда компании NIS в Сербии.

«У России есть огромный потенциал для того, чтобы занять коммерческую нишу на глобальном рынке квот по утилизации CO2. Мы уже сформировали технологическую цепочку по улавливанию, хранению, транспортировке и геологическому захоронению углекислого газа», — приводит пресс-служба «Газпром нефти» слова директора по технологическому развитию компании Алексея Вашкевича.

Утилизация углекислого газа, который выделяется при добыче водорода из метана, — серьезная головная боль для энергетических компаний, которые ищут пути адаптации к новому «зеленому» курсу крупнейших импортеров топлива. ЕС обсуждает введение углеродного налога за «карбоновый след» любой ввозимой продукции, а Китай уже запустил систему торговли квотами на выбросы CO2 (в России такой экспериментальный проект запущен на Сахалине).

Все это в перспективе делает природный газ, уголь и нефть менее привлекательными видами топлива, в отличие от водорода. Тем более что он при использовании выделяет в четыре раза больше энергии, чем бензин.

Сейчас стоимость водорода варьируется примерно от $1,5 до $9 за кг, самый дешевый — «серый» водород получают из метана или угля, но процесс сопровождается выбросом CO2. «Голубой» водород также получают из природного газа, но либо с улавливанием и захоронением углекислого газа, или — в случае с «бирюзовым» газом — методом пиролиза, когда CO2 не выделяется вовсе (такой метод «Газпром нефть» реализовала в лабораториях и строит планы по снабжению им своих НПЗ). «Оранжевый» водород добывается электролизом на АЭС — «Росатом» сейчас готовит пилотную установку по его производству.

Самый дорогой и экологичный — «зеленый водород» — выделяют из воды методом электролиза на ГЭС (о планах по его добыче на ГЭС в Сибири и Карелии говорила En+ и объявляла стоимость в районе $2-3 за кг) или с помощью возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

Потребление «зеленого» водорода в ЕС планируют активно наращивать через 10 лет переходного периода, постепенно заменяя им газ и уголь. За это время электричество от ВИЭ и оборудование для электролиза должно подешеветь примерно вдвое.

«Примерно к 2040-50 году ожидается, что получение водорода электролизом с использованием возобновляемой энергетики станет дешевле, чем получение его из метана», — считает директор по операционной работе Кластера энергоэффективных технологий фонда «Сколково» Олег Перцовский.

Что касается конкуренции с традиционными видами топлива, то при его производстве из воды «на месте» конкурентоспособность водорода как энергоносителя по сравнению с импортным газом может быть достигнута примерно к середине века — по крайней мере в Европе, в Индии, в Бразилии, в Японии, отмечает Перцовский.

Но так произойдет не во всех отраслях промышленности. Многое будет зависеть от экономической и экологической политики государств, будут ли они вводить углеродные налоги или квоты и сколько будет стоить тонна выбросов. По оценкам экспертов, в большинстве сегментов до 2050-го водород может стать конкурентоспособным только при наличии углеродных платежей.

«В транспорте — легковом, общественном, грузовом, железнодорожном, — можно ожидать, что к середине века водород будет конкурентоспособен даже без углеродных платежей, а в промышленности — только если платеж составит около $20-40 за тонну CO2, в генерации электричества и тепла или для использования в качестве топлива в авиации и морских перевозках — при платеже $100-150 за тонну», — говорит собеседник «Газеты.Ru» из фонда «Сколково».

Поэтому «водородной энергетики» в чистом виде не будет, она будет сочетаться с другими видами топлива — как газ за 150 лет не вытеснил уголь, так и водород не вытеснит газ и другие углеводороды,

— рассуждает ведущий эксперт Фонда национальной энергетической безопасности, научный сотрудник Финансового университета при правительстве РФ Станислав Митрахович.

С ним согласен главный научный сотрудник ИСК РАН Владимир Васильев. По его оценкам, большинство проектов по добыче водорода за пределами собственных промышленных нужд в России стартуют в 2024-2025 годах, фиксация каких-то результатов того, что водород будет представлять на мировом энергетическом рынке — это 2030 год, и превращение водорода в весомый энергоэлемент в мировом энергобалансе — это 2050 год.

Что мешает

Станислав Митрахович указывает на узкие технологические горлышки, которые мешают активному развитию водородной экономики — проблемы транспортировки и инфраструктуры для его использования. Теоретически, водород можно подмешивать в метановые смеси и качать по обоим «Северным потокам», построенным из современных труб, но до конца эта возможность не изучена и, вероятно, трубопроводы придется серьезно модернизировать.

«Что касается транспортировки на танкерах, то пока есть только пробные некоммерческие перевозки: сжиженный водород всего на 20 градусов теплее, чем абсолютный ноль (-273°C — абсолютный ноль, -259 °C — температура сжижения водорода), и возить его тоже довольно дорого. Японцы и корейцы строят танкеры, которые смогут это делать, но пока это на стадии НИОКР», — подчеркивает Митрахович.

Самые перспективные направления водородной экономики сейчас — это автопром, использование в промышленности (нефтепереработка, химия и производство удобрений, металлургия) и ТЭК, считают аналитики.

Например, «Новатэк» совместно с Siemens модернизирует одну из турбин на СПГ-производстве для перевода ее на водородно-метановую смесь. А с «Северсталью» — планируют производить водород с целью заменить в производственной цепочке плавки уголь. Есть у «Новатэка» и планы по развитию интегрированной цепочки производства, транспорта и поставок водорода с Uniper, в том числе — по добыче «зеленого» водорода.

«Есть и потенциальные отрасли для сбыта, например транспорт. Сейчас в мире примерно 25 тысяч транспортных средств на водороде — грузовики, автобусы, легковые машины, поезда (они скоро будут и в России — проект РЖД и Трансмашхолдинга). В масштабах рынка это ничтожно мало»,

— говорит Перцовский, но отмечает, что Корея, Китай, Нидерланды и ряд других стран планировали уже к концу нынешнего десятилетия иметь сотни тысяч автомобилей на водороде.

Однако развитие этого сектора будет тормозить необходимость создания инфраструктуры, главным образом сети заправок, с чем давно столкнулись электрокары, отмечает Митрахович. Для водорода потребуются также хранилища и отлаженная логистика для доставки газа потребителям.

Отчасти поэтому первая цель, которая прописана в «дорожной карте» Минэнерго, — это план водорода для так называемой экспортоориентированной программы, подчеркивает Васильев из ИСК РАН.

«Задача стоит не получить достаточно водорода для себя, а получать достаточно водорода для транспортировки его за рубеж, для продажи. Чтобы мы, если будем опускать позиции по газу, замещали их позициями по водороду», — объясняет Васильев.

Оценки объема будущего международного рынка водорода пока кардинально расходятся. Эксперты «Сколково» указывают, что

сейчас потребление водорода в мире оценивается в 100 млн тонн в год. К середине века, по разным сценариям, оно может вырасти или скромно — вдвое до 200 млн тонн (если не будет жестких мер по выбросам CO2), или же на порядки — до 1,4 млрд тонн в год, при максимально жестких ограничениях на выбросы CO2.

Неопределенность по цене и объемам будущего рынка не нравится потенциальным инвесторам.

«Компании пока не спешат с крупными инвестиционными решениями, хотя в мире уже реализуется около 200 пилотных проектов. Все пытаются найти технологические решения, которые могут стать эффективными на горизонте 10-20 лет», — говорит Перцовский.

Однако можно уверенно утверждать, что вложения российских компаний в разы, в десятки раз меньше тех средств, которые вкладывают в водородные технологии Европа, Азия, Австралия и США. Наши вложения пока что недостаточны, сетует Васильев.

Переход на водород – Наука – Коммерсантъ

Водород — это самое энергоемкое и легкое вещество из всех видов топлива. Его производство не относится к инновациям — он производился миллионами тонн еще в советские времена, когда его использовали для производства аммиака для получения азотных удобрений.

Водород и сегодня используют для производства удобрений, повышения качества бензина, улучшения свойств стали, а также в пищевой промышленности для производства маргарина и твердых кондитерских жиров методом гидрогенизации растительных масел. Без него не обходятся все процессы гидроочистки, гидрообессеривания, гидрокрекинга, регенерации катализаторов. Его также широко применяют для охлаждения генераторов на электростанциях.

С тех пор как появилась перспектива перехода на водородную энергетику с углеводородной, потребность в водороде увеличилась на порядки. Сегодня эта перспектива стала реальностью, поскольку примерно десять лет назад была решена одна из основных проблем с его хранением для дальнейшего использования в качестве автомобильного топлива. Вместо тяжелых, дорогих и небезопасных стальных баллонов для сжатого под высоким давлением водорода стали применять легкие композитные емкости из углепластика, которые прекрасно помещаются в легковых автомобилях. Кроме того, стало возможным получать водород прямо по месту употребления. Появление таких технологий зажгло для водородной энергетики зеленый свет.

Около 20 лет назад во всем мире начали появляться автомобили на водороде, и бывшие выставочные центры пилотных моделей превратились в салоны-магазины серийных образцов. Количество автомобилей на водородном топливе сегодня исчисляется тысячами. Их стоимость составляет около $50–60 тыс. Серийные автомобили на водороде есть у Toyota, Hyundai, Honda. Предсерийные образцы тестируют Audi, Mercedes, BMW, Mazda, Ford и ряд других производителей. Все технические препятствия, столько десятилетий казавшиеся непреодолимыми, пройдены за считаные годы, и теперь вопрос только в экономической целесообразности для массового потребителя. В России такой автомобиль приобрел себе житель Красноярска, но в связи с отсутствием заправок в своем городе перевез машину в Москву и получает топливо в одном из научных институтов.

Как получить водород?

Для развития водородной энергетики нужно будет на государственном уровне решить вопрос, в каком виде доставлять водород к месту его получения. Дело в том, что водород содержится в очень многих видах ископаемых топлив.

«Наиболее дешевый водород получается методом паровой конверсии метана,— рассказывает заведующий отделом гетерогенного катализа Института катализа СО РАН Павел Снытников.— Другой способ — из аммиака. Для его транспортировки, как и для природного газа, в нашей стране даже существует трубопровод, так как аммиак сжижается всего при давлении 8,5 атмосферы. Третье решение — перевозка будущего водорода в виде метанола. В Китае метанол используют как автомобильное топливо. Но в России против метанола почему-то предубеждение, по-видимому, в связи с тем, что с давних пор у нас простой народ пил все, что горело, в том числе и метанол, и люди лишались зрения».

А вот получать его лучше всего там же, где будут потреблять, чтобы уйти от проблем транспортировки чистого водорода. Чтобы использовать водород, например, как автомобильное топливо, нужно закачать его в баллоны под давлением 700 атмосфер. Правда, на сжатие нужна дополнительная энергия. Не меньше энергии требуется на сжижение водорода, так что один из подходящих способов его транспортировки — это перевозка в химически связанном состоянии, например в виде метана, из которого водород должен производиться там же, где будет использоваться. То есть до заправки везут метан, а уже на самой заправке устанавливается небольшое производство, например, конвертер метана в водород. Но этот способ не очень хорош для экологии, поскольку на небольших производствах сложно обеспечить качественную очистку выбросов. Зато экономически он себя вполне оправдывает. Опыт Японии, Кореи и ряда других стран показал, что километр пробега на водороде выходит не дороже бензина. 4 кг водорода, закачанного в баллон, хватает примерно на 800 км пути обычного седана.

Получать водород можно практически из любого углеводородного топлива: из бензина, дизельного топлива или пропан-бутановых смесей. В Институте катализа им. Г. К. Борескова СО РАН ведется работа по гранту РНФ по тематике получения водорода из дизельного топлива. Также разрабатываются методы получения водорода даже из органических носителей, например из бор-гидридов. Главные задачи на будущее развитие водородной энергетики — это не только получение водорода, но и его хранение. Жидкий водород можно хранить только при низких температурах, поэтому его использовали только в критически важных областях, например, как ракетное топливо.

Если отвлечься от автомобилей и обратить внимание на энергообеспечение более крупных стационарных объектов, например жилых или промышленных комплексов, то вся идеология водородной энергетики строится на ее связке с другими источниками энергии. Например, с возобновляемыми — гидро-, ветряными, солнечными электростанциями или с крупными атомными электростанциями. Производство такой энергии идет в одном режиме, а тратится потребителями она в другом, поэтому, когда есть излишки энергии, ее можно тратить на получение водорода даже из обычной воды методом электролиза.

Голубая мечта о зеленом водороде

Электролиз — это способ получения водорода из воды, который, к сожалению, требует больших энергозатрат, поэтому он оправдан только в тех случаях, когда вырабатываемую энергию необходимо запасти, пусть даже и с невысоким КПД. Лучше всего использовать для этого источники, где постоянно возникают достаточно большие излишки энергии. Емкости аккумуляторов для ее сохранения не хватает, кроме того, аккумуляторы быстро разряжаются, а полученный методом электролиза водород — это гарантированный запас энергии, можно сказать, воплощение мечты о чистой энергии, так называемом зеленом водороде. К сожалению, пока всего 2% общего объема водорода в мире производится методом электролиза. 75% водорода получают из природного газа и 25% — сжиганием угля. Цены топлива, полученного по этим технологиям, также несопоставимы: $1,7 за 1 кг водорода из природного газа и $5–10 за водород, полученный электролизом. Впрочем, стоимость зависит от источника энергии. Например, от энергии АЭС зеленый водород вдвое дешевле ($3–5), чем от возобновляемых источников энергии.

Основные организации в России, заинтересованные в получении водорода — это компании «Росатом» и «Газпром». Атомные электростанции нуждаются в сохранении избытка энергии в виде водорода и дальнейшего его использования. А добывающая компания хочет перерабатывать природный газ в водород, имея соответствующие установки непосредственно в местах использования, например на автомобильных заправках. Для решения проблемы транспортировки водорода можно переводить его в спирты — метанол, диметиловый эфир, чтобы получать из них водород, что называется, «по требованию» для дальнейшего использования на энергоустановках. Это химия получения водородсодержащих компонентов, и она достаточно хорошо освоена.

Как перестать сжигать топливо

Вообще, заявления о том, что водород — это экологически чистое топливо, не совсем справедливы. Из школьного курса химии мы помним, что после сжигания водорода получается вода. Но горит-то он в воздухе, где высокое содержание азота, и в результате реакции кислорода и азота при высоких температурах мы получаем те же токсичные оксиды азота, что и при сжигании бензина, только в меньшем объеме. Собственно, водород здесь ни при чем: любое высокотемпературное горение вызывает в воздухе реакцию взаимодействия кислорода и азота с образованием оксидов. По этой причине получать электричество с помощью сжигания любого топлива — это не самый экологичный способ. А тем более углеводородного, которое сгорает с выделением выбросов углекислого газа в атмосферу. Чтобы решить проблемы с выбросами в атмосферу, нужно прекратить сжигать топливо и снизить градус его потребления до комнатной температуры. В этом могут помочь топливные элементы.

Применение водорода в топливных элементах является самым экологичным. Разные топливные элементы используют водород при разных температурах и могут быть более или менее привередливы к его чистоте. Низкотемпературные топливные элементы работают на чистом водороде, а высокотемпературные вполне удовлетворяются синтез-газом. Топливный элемент — это электрохимическое устройство, которое преобразует химическую энергию водорода в электрическую (процесс, обратный электролизу) с достаточно высоким КПД. Институт катализа СО РАН сотрудничает с российскими производителями топливных элементов — ГК «ИнЭнерджи» и Институтом проблем химической физики РАН, где были разработаны и созданы сверхлегкие топливные элементы для беспилотных летательных аппаратов. В настоящее время там ведутся разработки более крупных топливных элементов для автомобильных передвижных платформ. Рынок топливных элементов еще только формируется, поскольку область их применения постоянно растет. Появляются новые возможности в разработке — осваивается новый экономический сектор. Вопросы могут быть самые разные — например, обеспечение дальних трасс или камер видеонаблюдения источниками связи или возможность установки автономных вышек сотовой связи. Источники водородной энергии всегда работают как тандем «топливный элемент на водороде плюс аккумулятор». Аккумулятор способен сглаживать пиковые нагрузки, а топливный элемент обеспечивает длительную выработку электроэнергии.

Сегодня в мире на топливных элементах работают тысячи небольших энергоустановок. В США, Японии и некоторых странах Европы они уже около 30 лет снабжают водородной энергией небольшие частные поселки, большие и удаленные от города супермаркеты или промышленные объекты. В отличие от дизель-генераторов это намного более бесшумные системы, так что их широко используют как запасные источники энергии в случае сбоев в работе основного источника энергообеспечения.

Сколько стоит чистый воздух

В качестве грантового финансирования на развитие индустрии водородной энергетики некоторые страны ЕС ежегодно выделяют сотни миллионов евро, США — сотни миллионов долларов. Совокупные вложения Европы и США в эту отрасль исчисляются миллиардами. Сейчас многие компании во всем мире делают попытки использовать источники энергии на топливных элементах в самых разных областях. В ближайшие десятилетия может измениться сама концепция человеческого энергопотребления.

В России развитие топливных элементов исторически связано с космическими программами в середине ХХ века. Щелочные топливные элементы использовались во многих космических проектах, где требовались автономные энергоустановки.

В 2020 году правительство России утвердило энергетическую стратегию Российской Федерации на период до 2035 года и ключевые меры развития водородной энергетики. В этом же году был создан консорциум по водородной энергетике, куда вошли ведущие научные институты: Томский политехнический университет, Институт катализа СО РАН, Институт проблем химической физики РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Самарский государственный технический университет и Сахалинский государственный университет. В программе развития водородной энергетики РФ намечено создание водородных кластеров и пилотных проектов по производству и экспорту водорода. Планируется развитие первых коммерческих проектов производства водорода. Сегодня в РФ появляются отдельные пилотные проекты с использованием водородной энергетики, но до массового внедрения пока не дошло: скорее производители демонстрируют свою готовность к реализации подобных проектов в случае выделения финансирования со стороны, например, госкорпораций. Так, в конце 2019 года в Санкт-Петербурге был запущен трамвай на водородном топливе, а ОАО «Газпром» и ОАО «РЖД» в качестве пилотного проекта обсуждают возможность запуска поезда на Сахалине на топливных водородных элементах.

Мария Роговая

«Водородный бум» есть — морских перевозок нет

Идеология энергоперехода в отдельных странах подталкивает правительства и бизнес к увеличению объемов производства водорода. Но можно ли его экспортировать, используя морские перевозки?

Главный принцип энергоперехода, который так активно сегодня пытаются развивать правительства США, европейских и некоторых азиатских стран, — это использование энергоносителя, не оставляющего (при производстве и использовании) углеродного следа, а также являющегося возобновляемым. Под эти условия пока что подходят лишь солнце, ветер и «зеленый» водород.

Однако солнечные панели и ветропарки в силу зависимости от погодных условий нуждаются в дополнительном источнике генерации, способном их подстраховать — в водороде, который политики в ЕС, США, а также ряде стран Азии призывают производить все больше. К примеру, правительство и бизнес в Австралии готовы тратить на эту задачу огромные ресурсы и время.

Как считают Wood Mackenzie, к 2050 году Австралия может экспортировать низкоуглеродный водород на сумму от $50 млрд до $90 млрд, а доля этой страны на мировом рынке низкоуглеродного водорода может достигнуть 25-45 млн т.

При этом в консалтинговой группе обозначили главную проблему Австралии. Речь идет даже не о сомнительной экологичности продукта. Напомним, даже «зеленый» водород не такой уж возобновляемый, поскольку при производстве требует сотен тонн дистиллированной воды, а истощение водных ресурсов в любом регионе мира — это урон местной экосистеме.

В данном случае речь идет о сложности транспортировки водорода, причем именно по морю.

Главные экспортные рынки для энергоносителей Австралии — это Япония, Южная Корея, Китай, Индия и Европа. Очевидно, что раз уж Канберра активно наращивает производство водорода, ей нужен флот, способный доставить энергоноситель морским путем на все эти рынки. При этом нет четкой синхронизации между двумя процессами: ростом инвестиций, позволяющих увеличивать производственные мощности водорода, и разработкой технической возможности транспортировать этот водород на судах.

С созданием подобного энергоносителя все относительно понятно, его главная проблема сейчас — это себестоимость продукта, которая пока не может конкурировать с традиционным метаном. А вот вопрос перевозки по морю до сих пор остается открытым. Только в последние несколько лет некоторые страны начали тестировать разные способы доставки такого энергоносителя на судах.

Пример Австралии тем и хорош, что ярче всего показывает проблематику работы с водородом. На первый взгляд, кажется, что страна просто обязана заниматься именно этим типом энергоносителя. Ветропарков и солнечных панелей, необходимых для производства «зеленого» водорода, на континенте много: погодные условия для их работы намного лучше, чем в США, Европе или Китае. Портфель проектов электролизеров в Австралии (по состоянию на 2020 год) тоже весьма внушительный — 2,94 ГВт мощности. Объем австралийских проектов, связанных с водородом, на продвинутой и ранней стадии в этом году вырос еще на 45%, до 4,25 ГВт.

Как пишет Reuters, владельцы трубопроводов и сетей, пользуясь безоговорочной поддержкой в этом вопросе со стороны властей Австралии, уже выделили $180 млн на целый ряд проектов, связанных с «зеленым» водородом. Австралийское агентство по ВИЭ сообщило, что трубопроводные компании вошли в шорт-лист на получение финансирования от правительства в размере 70 млн австралийских долларов.

Компании также занимаются вопросом добавления водорода (до 10%) в трубопроводы для метана, привлекая для этой задачи даже китайские корпорации State Grid Corp of China и Singapore Power. В Сиднее в этом году уже будет запущена магистраль, по которой будут прокачивать 2% водорода (остальное — метан).

Но при всех этих достижениях и уникальных условиях для наращивания производства водорода в правительстве и крупнейших компаниях Австралии до сих пор не выработана стратегия по продаже водорода в другие страны.

Выходит, пока в стране реализуются проекты вроде HyEnergy Project, ни у кого нет четкого плана, как его доставить в другие страны.

В Европе с этим проще, хоть и с оговорками, — там есть трубопроводная сеть.

Да, газопроводы в ЕС строились не по единому проекту и в разное время, трубы состоят из разных сплавов, а значит обладают разной степенью изнашиваемости при прокачке по ним водорода, следовательно, они могут транспортировать его, но в разных соотношениях с метаном. Теоретически их можно модернизировать и доработать, чтобы транспортировать водород в любую точку ЕС. Конечно, встает вопрос об экономической целесообразности подобной затеи, но она хотя бы решаема в техническом плане.

Но как быть с морем, где нет никаких трубопроводов? Простой факт, чтобы лучше понять проблематику: первое в мире судно, способное перевозить водород (в сжиженном состоянии) спустили на воду только в декабре 2019 года. Выходит, экспортерам водорода вроде Австралии предстоит долгая и затратная работа по созданию флота, способного перевозить такой груз по морю.

Австралия — второй в мире по величине владелец водородных проектов после Нидерландов — пока только делает первые шаги в этом направлении. В распоряжении Канберры лишь одно судно, способное транспортировать водород — «Suisso Frontier». Его создала в 2019 году японская Kawasaki Heavy Industries. Постройку финансировали частные корпорации и госкомпании Японии. «Suisso Frontier» способно перевозить до 1 250 кубометров водорода (в сжиженном состоянии при температуре -253°C). Для Японии, которая принимает такой груз, это не слишком много по меркам общего объема потребления энергоносителей.

По прогнозам правительства этой страны, в 2050 году общий объем импорта сжиженного водорода, в том числе для топлива в автомобилях, оценивается в 20 млн т. Сейчас Япония импортирует лишь несколько тысяч тонн. Будет ли спрос на водород расти так, как этого хотят японские политики? Сказать трудно, ведь в 2020 году в Японии было зарегистрировано лишь 3757 машин на водородных топливных ячейках. Причем почти все они — собственность госструктур. Обычные граждане не горят желанием покупать авто на водороде, средняя цена которого — $68 тыс. (с учетом госсубсидий).

В связи с этим местные СМИ вроде Yomiuri Shimbun даже выражают весьма здравый скептицизм по поводу спроса на водород, причем не из-за стоимости авто, а цены самого топлива. «По оценкам министерства экономики, стоимость водорода сейчас — около 100 йен за кубометр. При масштабировании поставок из Австралии к 2030 году она снизится примерно до 30 йен. Предполагается, что она будет понижаться до менее 20 йен к 2050 году. К слову, именно столько сейчас стоит в стране природный газ», — пишет Yomiuri Shimbun.

Выходит, Австралии нужно на свой страх и риск создавать дорогостоящий и высокотехнологичный флот для транспортировки водорода, не будучи уверенной, что такой «экологический» продукт гарантировано найдет покупателя в Японии.

Кстати об экологии. Силовая установка на «Suisso Frontier» — дизель-электрическая, а значит, доставка водорода в Японию полностью углеродно-нейтральной считаться не может. Впрочем, не до конца экологичным можно назвать и сам водород, который Австралия хочет поставлять своему азиатскому соседу.

На судно «Suisso Frontier» (первая поставка была в марте этого года) загружают водород, полученный из бурого угля, который предварительно подвергают газификации, а потом используют пиролиз. Во время этого процесса выполняется улавливание СО2, однако нужно отметить, что улавливание и захоронение таких вредных веществ — процесс весьма затратный, что делает себестоимость водорода еще более высокой.

Терминалы по конвертации водорода в сжиженное состояние и обратно уже есть в японском городе Кобе и австралийском Латроб-Вэлли. Однако оба они были построены не только за счет отечественных и зарубежных компаний, а еще и благодаря финпомощи правительств. Это значит, что экономическая целесообразность подобных объектов держится больше за счет идеологии энергоперехода, а не коммерческой выгоды.

Кроме австралийского метода перевозки водорода морским путем есть и опыт других стран.

В 2020 году Япония и Бруней организовали сеть поставок водорода с использованием жидкого органического водородного носителя. Как сообщает Advanced Hydrogen Energy Chain Association for Technology Development (ассоциация японских компаний), суть такой транспортировки — водород производят в Брунее, добавляют в толуол, из которого получают метилциклогексан. Эту смесь доставляют морским путем в цистернах на завод в японском городе Кавасаки, где водород заново извлекают из этой смеси, а толуол отправляется обратно в Бруней.

Еще более сложную схему поставок водорода, которую можно считать весьма условной, хочет использовать Saudi Aramco. Компания в марте этого года заключила договор с южнокорейской Hyundai OilBank, которая будет закупать у Саудовской Аравии сжиженный нефтяной газ (LPG). На танкерах его доставят в азиатскую страну, где из LPG начнут производить «голубой» водород. СО2, который будет улавливаться в процессе производства, Южная Корея отправит обратно в ближневосточное королевство, где углекислый газ уже будет использоваться Saudi Aramco для увеличения нефтеотдачи на старых месторождениях.

Дата начала таких «поставок» водорода неизвестна, но в любом случае подобная модель вряд ли подойдет странам вроде Австралии, которой необходимо транспортировать по морю именно водород, а не вещества, из которых его производят.

Смешивать его с толуолом, как это делают Япония и Бруней, — значит увеличить расходы на доставку. Впрочем, даже постройка терминалов по конвертации (для сжижения), как в австралийском штате Виктория и японском городе Кобе, это тоже дополнительные расходы. Но другого выхода нет. Транспортировать его просто так в чистом виде нельзя. Водород является одним из самых опасных грузов для перевозки, поскольку воспламеняется при любом контакте с воздухом или кислородом. Из-за взрывоопасности его перевозка имеет ряд технических сложностей.

Именно поэтому массово строить суда для транспортировки подобного груза даже экономически развитые страны особо не торопятся. Одно дело, когда водород в жидком состоянии можно перевозить в небольших количествах на грузовиках с помощью автомобильных цистерн ТРЖВ-20 и ТРЖВ-24 (вместимость около 20 кубометров), которые были созданы еще в СССР, или с помощью цистерн от «Криогенмаша» (цистерны до 45 кубометров). Совсем другое — транспортировать тысячи или десятки тысяч кубометров по воде, где еще и в любой момент может начаться качка.

Осторожные попытки решения этого вопроса, не считая японского судна «Suisso Frontier», только начинают делать Южная Корея и Норвегия. Korea Shipbuilding & Offshore Engineering сейчас работает над созданием коммерческого судна, способного перевозить сжиженный водород. Компания сотрудничает со сталелитейным заводом в Южной Корее. Цель кооперации — разработать высокопрочную сталь, новую технологию сварки, улучшенную изоляцию, чтобы сдержать водород и снизить риск растрескивания труб или резервуаров.

Аналогичной задачей сегодня занимается и норвежская компания Wilhelmsen Group. Ее вице-президент Пер Бринчманн уверил, что корпорация работает над созданием судна, способного перевозить жидкий водород в контейнерах или трейлерах, которые находятся на борту. Сроков по завершению разработки и постройки такого морского транспорта он пока назвать не может.

Есть разработки канадской компании Ballard Power Systems и австралийской Global Energy Ventures, разрабатывающих судно для транспортировки сжатого водорода в газовой форме. Вице-президент Ballard Power Systems Николас Покард сообщил, что разработка судна завершится не ранее 2025 года.

При этом все соглашаются, что такие суда будут весьма дороги, причем не только по себестоимости, но и в эксплуатации.

«Высокая стоимость такого судна во многом зависит от дороговизны хранения жидкого водорода, поскольку это крайне сложная в техническом плане задача»,

— говорится в апрельском исследовании 2021 года, которое подготовил Карло Рауччи, консультант Всемирного банка по декарбонизации.

Как заявил в комментарии для «НиК» доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Объединенного института высоких температур РАН Олег Попель, транспортировка водорода даже по трубопроводам невыгодна. А что касается перевозки морским путем — это еще большие затраты, которые в ближайшем будущем вообще не понятно, как можно сократить.

«Тут есть даже вопрос чисто экологического характера. Одна единица конечной энергии, которую вы получите при производстве экологически чистого водорода из метана (или как в Австралии — из бурого угля), в итоге спровоцирует больше выбросов СО2 в атмосферу, чем если бы вы просто сожгли метан. А при морской перевозке ведь надо еще тратить энергию на поддержание низкой температуры в контейнере, где находится водород в сжиженном виде.

Если транспортировать его по морю в виде смеси с толуолом, то вы тоже потратите энергию на предприятиях, где происходит его смешивание, а затем еще и при отделении от толуола, когда будете отгружать его, скажем, в Японии. Какая тут может быть конкуренция по цене с метаном?», — задает риторический вопрос эксперт.

Из этого всего следует, что наращивание производства водорода — это весьма опасная стратегия, которая может привести к тому, что страна-производитель такого энергоресурса физически не сможет доставить его (сохраняя адекватную себестоимость) на рынки сбыта. Безусловно, прогресс не стоит на месте. На разработку СПГ перевозок по морю ушли десятилетия, прежде чем такой тип энергоносителя стал транспортироваться в массовом порядке. Отсюда простой вывод: водород, сколько бы его не производили Австралия или другие страны, объективно не сможет «вытолкнуть» газ или нефть с рынков Европы и Азии, по крайней мере, в ближайшем будущем.

Илья Круглей

Дыхательный водородный тест — Гастроэнтерология — Отделения

Дыхательный водородный тест

Неинвазивный метод измерения концентрации водорода в выдыхаемом воздухе, позволяющий оценить количество и уровень метаболической активности анаэробных бактерий в желудочно-кишечном тракте, а также выявить отклонения от нормы. Время, за которое концентрация водорода повышается при проведении дыхательного теста, указывает на отдел кишечника, в котором происходят процессы брожения.

Зачем нужен водородный дыхательный тест?

С целью выявления нарушения микрофлоры кишечника при различных заболеваниях желудочно-кишечного тракта. У здорового человека, находящегося в состоянии покоя в межпищеварительный период, водород в выдыхаемом воздухе отсутствует, поскольку в процессе метаболизма он не образуется. Водород высвобождается только лишь в процессе анаэробного (т.е. при отсутствии доступа кислорода) обмена веществ. Кишечник является местом обитания большого количества бактерий, основными из которых являются анаэробы, продуцирующие водород в значительном количестве. Из чего следует, что источником водорода в выдыхаемом воздухе являются анаэробные бактерии.

Время, за которое концентрация водорода повышается при проведении дыхательного теста, указывает на отдел кишечника, в котором происходят процессы брожения. Данный тест позволяет выявить нарушения микрофлоры тонкого кишечника, которые могут являться причиной вздутия, тяжести, хронического запора или диареи, непереносимости ряда веществ (фруктоза, лактулоза и др.), содержащихся в продуктах питания.

Подготовка к водородному дыхательному тесту:

1. Не принимать пищу как минимум 10-12 часов до исследования. В течение этого времени разрешается пить только воду.

2. Последний прием пищи до проведения теста должен быть легким.

3. За сутки до проведения теста не есть лук, чеснок, капусту, бобовые и маринованные овощи, не пить молоко, соки.

4. За три дня до теста исключить прием слабительных средств, за 10-14 дней — антибиотики.

5. За 12 часов до исследования нельзя курить/жевать жевательную резинку.

6. В день проведения теста можно принимать медикаменты, за исключением медикаментов слабительных и антибиотиков, запивая их питьевой водой.

7. Пациенты, пользующиеся зубными протезами, не должны использовать клейкие вещества для зубных протезов в день проведения теста.

8. В день теста рекомендуется почистить зубы.

Следует предупредить врача о наличии беременности, аллергии на медикаменты, заболеваний, например, болезни сердца или легких.

Как проводится водородный дыхательный тест?

Продолжительность теста в среднем 120-150 минут.

Пациенту будет предложен напиток с лактулозой, который может вызвать такие симптомы, как повышенное газообразование, вздутие живота, спазмы или диарея. Через 15 минут после приема этого напитка необходимо сделать выдох в мундштук. В течение следующих 1,5 часов придется повторять эту процедуру каждые 15 минут.

Дыхательный тест проводится в отделении гастроэнтерологии всеми медицинскими сестрами.

Запись на исследование по тел. 8(495) 982-10-01, доб. 1432

Эксперты обсуждают перспективы и риски развития производства водорода в России

Водородная энергетика является одним из перспективных направлений формирования новой мировой энергетики. В каком состоянии находится производство водорода в России, какие перспективы и барьеры существуют у этого рынка? Об этом говорили эксперты на круглом столе, организованном Аналитическим центром.

Эксперт АЦ Александр Курдин напомнил, что мы живем в период энергетического перехода, и водородная энергетика открывает широкие возможности для развития отечественного ТЭК. «Водород обладает характеристиками низкоуглеродного топлива и может удовлетворять требованиям стран, активно придерживающихся политики декарбонизации экономики. Имеется большой потенциал использования отечественных энергоресурсов, в первую очередь, природного газа, для производства водорода в России и поставок его на экспорт. Естественно, это вызывает большой интерес у правительства», — отметил Курдин.

Директор Инженерной школы природных ресурсов ТПУ Артем Боев согласился, что в процессе энергетического перехода будут происходить изменения энергетического баланса, и традиционные источники энергии со временем будут утрачивать свою актуальность. В развитии рынка водородной энергетики сейчас существует ряд барьеров. «Водородная энергетика не будет экономически оправдана, если в нашей стране не будет климатической повестки и карбонового налога. Это тот драйвер, который будет толкать водородную энергетику вперед», — рассказал Боев.

Он добавил, что сегодня существует и большая технологическая неопределенность, которая связана с тем, что страны по-разному идентифицируют водородную энергетику: кто-то причисляет ее к зеленой энергетике, кто-то выделяет в отдельный вид энергии. По словам эксперта, в мире не существует ни одного института, который может полностью взять на себя вопросы развития отрасли водородной энергетики. Поэтому в прошлом году в России было принято решение создать консорциум.  В него вошли научные центры, руководители регионов и профильных министерств, а также участники индустрии. Одна из задач консорциума – соединить существующие технологии с потребностями рынка. «Сегодня часть технологий существует, но рынок не готов их принять, — пояснил Боев. — Например, топливные элементы есть, но рынок для них не сформирован и использовать их экономически нецелесообразно. Водород покупать готовы, но крупномасштабных технологий для него нет».

Главный конструктор ФГУП «Крыловский государственный научный центр» Игорь Ландграф представил участникам круглого стола техническое решение, которое может решить задачу производства особо чистого водорода в России. «Мы уже научились делать «грязный» водород. Наш водород чистотой 99%. Он нужен для реализации технологии использования водорода как источника получения электроэнергии в топливных элементах», — пояснил эксперт. По его мнению, технологии использования водорода должны развиваться в России опережающими темпами. «В первую очередь надо формировать рынок потребления, а за ним должен развиваться и рынок производства. Иначе будет кризис перепроизводства», — добавил Ландграф.

Участники круглого стола отметили, что, согласно прогнозу МЭА, к 2070 году мировой спрос на водород вырастет до более чем 500 млн тонн в год. Поскольку правительства и автопроизводители отказываются от традиционных двигателей внутреннего сгорания и, следовательно, от использования моторного топлива на основе нефти, транспортный сектор, как ожидается, станет крупнейшим потребителем водорода. К 2070 году этот сектор будет потреблять 158,2 млн тонн водорода.

При этом эксперты добавили, что у России есть специфические барьеры, тормозящие развитие водорода. В частности, это сохранение крупных инвестиций в нефтегазовую отрасль, высокоуглеродная структура российской экономики при несформированности мирового рынка водорода, высокая себестоимость водорода для конечного потребителя с учетом транспортных издержек и недостаточно эффективных технологий, а также отсутствие нормативно-технического регулирования водородной отрасли и климатической политики. 

Решением этих проблем необходимо заниматься уже сейчас, отметил член-корреспондент РАН Андрей Ярославцев. «В будущем нас ждут серьезные санкции за выбросы углекислого газа в атмосферу, и это приведет к большим проблемам с другими, основными для нашей экономики, отраслями, — пояснил Ярославцев. — Мир ставит своей целью развитие альтернативной энергетики. Такой как солнечные батареи и ветрогенераторы. Планируется, что именно из них будет вырабатываться основное количество водорода в те часы, когда производство водорода будет превышать спрос на него. Все остальные способы производства будут очень жестко регламентироваться».

Что такое водород? | National Grid Group

Здесь, на Земле, огромное количество атомов водорода содержится в воде, растениях, животных и, конечно же, в людях. Но хотя он присутствует почти во всех молекулах живых существ, в виде газа его очень мало — менее одной части на миллион по объему.

Водород можно производить из различных ресурсов, таких как природный газ, ядерная энергия, биогаз и возобновляемые источники энергии, такие как солнечная и ветровая. Задача состоит в том, чтобы в больших масштабах использовать водород в качестве газа для питания наших домов и предприятий.

Почему водород важен как источник чистой энергии будущего?

Топливо — это химическое вещество, которое можно «сжигать» для получения полезной энергии. Горение обычно означает, что химические связи между элементами в топливе разрушаются, и элементы химически соединяются с кислородом (часто из воздуха).

На протяжении многих лет мы использовали природный газ для обогрева наших домов и предприятий, а также на электростанциях для выработки электроэнергии; в настоящее время 85% домов и 40% электроэнергии в Великобритании работают на газе.Метан — основная составляющая «природного газа» нефтяных и газовых месторождений.

Мы продолжаем использовать природный газ, потому что это легкодоступный ресурс, он рентабелен и является более чистой альтернативой углю — самому грязному ископаемому топливу, которое мы исторически использовали для отопления и выработки электроэнергии.

При сжигании природного газа выделяется тепловая энергия. Но отходами наряду с водой является углекислый газ, который при выбросе в атмосферу способствует изменению климата .Когда мы сжигаем водород, единственным отходом является водяной пар.

В чем разница между синим водородом и зеленым водородом?

Голубой водород производится из невозобновляемых источников энергии с использованием одного из двух основных методов. Реформирование метана с водяным паром — наиболее распространенный метод производства водорода в больших объемах, на который приходится большая часть мирового производства. В этом методе используется установка риформинга, которая реагирует паром при высокой температуре и давлении с метаном и никелевым катализатором с образованием водорода и окиси углерода.

В качестве альтернативы автотермический риформинг использует кислород и диоксид углерода или водяной пар для реакции с метаном с образованием водорода. Обратной стороной этих двух методов является то, что они производят углерод в качестве побочного продукта, поэтому улавливание и хранение углерода (CCS) имеет важное значение для улавливания и хранения этого углерода.

Зеленый водород получают с помощью электричества для питания электролизера, который отделяет водород от молекул воды. Этот процесс производит чистый водород без вредных побочных продуктов.Дополнительным преимуществом является то, что, поскольку в этом методе используется электричество, он также дает возможность направить любое избыточное электричество, которое трудно хранить (например, излишки энергии ветра), на электролиз, используя его для создания газообразного водорода, который можно хранить в будущем. энергетические потребности.

Водород уже используется в качестве топлива?

Да. Уже существует автомобилей , которые работают на водородных топливных элементах. В Японии есть 96 общественных заправочных станций водородом, что позволяет заправляться так же, как бензином или дизельным топливом, и в те же сроки, что и традиционный автомобиль на топливе.В Германии 80 таких водородных станций, а Соединенные Штаты занимают третье место с 42 станциями.

Водород также является прекрасным легким топливом для автомобильных, воздушных и морских перевозок. У международной транспортной компании DHL уже есть парк из 100 панельных фургонов h3, способных проехать 500 км без дозаправки.

Каковы потенциальные препятствия на пути ускорения использования водорода в качестве чистой энергии?

Чтобы водород стал жизнеспособной альтернативой метану, его необходимо производить в больших масштабах, экономично, а существующую инфраструктуру необходимо адаптировать.

Хорошая новость заключается в том, что водород можно транспортировать по газопроводам, сводя к минимуму сбои и уменьшая количество дорогостоящей инфраструктуры, необходимой для строительства новой сети передачи водорода. Также не было бы необходимости в изменении культуры в нашей домашней жизни, поскольку люди привыкли использовать природный газ для приготовления пищи и обогрева, и появляются его эквиваленты в водороде.

Что делает National Grid для продвижения водорода в качестве альтернативного зеленого топлива?

Мы взяли на себя обязательство достичь чистого нуля к 2050 году, что означает, что нам нужно начать подготовку к изменению нашего использования газа в ближайшие годы.Один из предлагаемых нами способов сделать это — использовать водород.

Текущая Национальная система передачи (NTS) транспортирует природный газ по всей Великобритании, и люди, предприятия и промышленность полагаются на нашу сеть.

NTS — это уникальная и сложная сеть, в которой используются стальные трубы для транспортировки природного газа под высоким давлением. Нам необходимо полностью понять влияние, которое воздействие водорода под высоким давлением может оказать на трубы, прежде чем сеть сможет быть преобразована. Необходимы обширные испытания и подробные испытания, чтобы установить, какие модификации могут потребоваться для безопасной транспортировки водорода.

Под лозунгом HyNTS — Hydrogen in the NTS — мы уже реализовали несколько проектов, изучающих физические возможности NTS по транспортировке водорода. В этих проектах изучается не только влияние водорода на наши трубопроводы, но и все сопутствующее оборудование, такое как компрессоры и клапаны, а также то, каким образом водородная сеть может работать по-другому в будущем.

Водород — Информация об элементе, свойства и применение

Расшифровка:

Химия в ее элементе: водород

(Promo)

Вы слушаете Химию в ее элементе, представленную вам Chemistry World , журналом Королевского химического общества.

(Конец промо)

Мира Сентилингам

На этой неделе мы узнаем, что значит быть на вершине и номер один, когда мы встречаемся с Королем стихий. Вот Брайан Клегг.

Брайан Клегг

Забудьте, 10 Даунинг-стрит или 1600 Пенсильвания-авеню, самый престижный адрес во вселенной — номер один в периодической таблице, водород. В науке простоту и красоту часто приравнивают — и это делает водород таким же красивым, каким он есть, а единственный протон и одинокий электрон составляют самый компактный элемент из всех существующих.

Водород существует с тех пор, как атомы впервые образовались в результате Большого взрыва, и на сегодняшний день является наиболее распространенным элементом. Несмотря на миллиарды лет, когда бесчисленные звезды превращают водород в гелий, он по-прежнему составляет 75 процентов обнаруживаемого содержимого Вселенной.

Этот легкий, бесцветный, легковоспламеняющийся газ сохраняет свою уникальность тем, что имеет только названные изотопы (и некоторые из наиболее известных к тому же), дейтерий с добавленным нейтроном в ядре и тритий с двумя нейтронами.

Водород необходим для жизни, Вселенной и почти всего. На самом деле жизнь во многом зависит от этого. Без водорода у нас не было бы Солнца, которое давало бы нам тепло и свет. Не было бы никаких полезных органических соединений, которые могли бы формировать строительные блоки жизни. И этой самой важной субстанции для существования жизни, воды, не существовало бы.

Только благодаря особой уловке водорода мы вообще можем использовать воду. Водород образует слабые связи между молекулами, цепляясь за соседние атомы кислорода, азота или фтора.Именно эти водородных связей придают воде многие ее свойства. Если бы их не было, температура кипения воды была бы ниже -70 градусов по Цельсию. Жидкой воды на Земле не было бы.

Водород был невольным открытием Парацельса, швейцарского алхимика шестнадцатого века, также известного как Теофраст Филипп Ауреол Бомбаст фон Гогенхайм. Он обнаружил, что что-то легковоспламеняющееся пузырится из металлов, которые попадают в сильные кислоты, не зная о химической реакции, которая приводит к образованию солей металлов и высвобождению водорода, что ряд других ученых, включая Роберта Бойля, самостоятельно открыли за эти годы.

Тем не менее, первым человеком, который осознал, что водород — это уникальное вещество, которое он назвал «воспламеняющийся воздух», был Генри Кавендиш, благородный предок Уильяма Кавендиша, который позже дал свое имя той, которая впоследствии стала самой известной в мире физической лабораторией в Кембридже. . Между 1760-ми и 1780-ми годами Генри не только выделил водород, но и обнаружил, что при его сжигании он соединяется с кислородом (или, как его называли, «дефлогистированным воздухом»), образуя воду. Эти неуклюжие термины были отброшены французским химиком Антуаном Лавуазье, который навсегда изменил химическое обозначение, назвав горючий воздух «водородом», геном или создателем гидроэнергии, водой.

Поскольку водород очень легкий, чистый элемент обычно не встречается на Земле. Он просто уплыл бы. Основные компоненты воздуха, азот и кислород, в четырнадцать и шестнадцать раз тяжелее, что придает водороду огромную плавучесть. Эта легкость водорода сделала его естественным для одного из первых практических применений — наполнения воздушных шаров. Ни один воздушный шар не взлетает так же хорошо, как водородный шар.

Первое такое воздушное судно было создано французским ученым Жаком Шарлем в 1783 году, вдохновившись успехом братьев Монгольфье за ​​пару месяцев до того, как использовать водород в воздушном шаре из шелка, пропитанного резиной.У водорода, казалось, было гарантированное будущее в летательных аппаратах, подкрепленное изобретением дирижаблей, построенных на жестком каркасе, которые в Великобритании называются дирижаблями, но более известны под своим немецким прозвищем Цеппелины, в честь их восторженного промоутера Графа Фердинанда фон Цеппелина.

Эти дирижабли вскоре стали небесными лайнерами, безопасно и плавно доставляя пассажиров через Атлантику. Но, несмотря на предельную легкость водорода, у него есть еще одно свойство, убивающее дирижабли, — водород легко воспламеняется.Разрушение огромного дирижабля «Гинденбург», вероятно, в результате пожара, вызванного статическим электричеством, было замечено потрясенными зрителями по всему миру. Водородный дирижабль был обречен.

Тем не менее, водород остается игроком в области транспорта из-за высокой эффективности его сгорания. Многие из ракет НАСА, включая вторую и третью ступени Сатурн V программы Аполлона и главные двигатели космического корабля, работают за счет сжигания жидкого водорода с чистым кислородом.

Еще совсем недавно водород был предложен в качестве замены ископаемого топлива в автомобилях.Здесь у него есть большое преимущество перед горением бензина, так как он дает только воду. Выбросы парниковых газов отсутствуют. Наиболее вероятный способ использовать водород — не сжигать его взрывом, а использовать в топливном элементе, где электрохимическая реакция используется для выработки электричества для питания транспортного средства.

Однако не все уверены, что будущее за водородными автомобилями. Нам понадобится сеть водородных заправок, а он остается опасным взрывоопасным веществом. В то же время он менее эффективен, чем бензин, потому что литр бензина содержит примерно в три раза в больше полезной энергии, чем литр жидкого водорода (если вы используете сжатый газообразный водород, его может быть в десять раз больше). .Другая проблема — получение водорода. Он поступает либо из углеводородов, потенциально оставляющих остатки парниковых газов, либо из-за электролиза воды с использованием электроэнергии, которая не может быть произведена чисто.

Но даже если мы не получим автомобили, работающие на водороде, у водорода все еще есть будущее в виде более впечатляющего источника энергии — ядерного синтеза, источника энергии солнца. Термоядерные электростанции далеки от того, чтобы быть практичными, но дают надежду на получение чистой энергии в изобилии.

Как бы мы ни использовали водород, мы не можем отнять его первенство. Это numero uno, высший, король стихий.

Meera Senthilingam

Таким образом, это самый распространенный элемент, он необходим для жизни на Земле, питает космические ракеты и может помочь нам избавиться от ископаемых видов топлива. Вы можете понять, почему Брайан Клегг считает водород номером один. На следующей неделе мы встречаемся с хронометристом таблицы Менделеева.

Tom Bond

Одно из современных применений — атомные часы, хотя рубидий считается менее точным, чем цезий.Рубидиевая версия атомных часов использует переход между двумя состояниями сверхтонкой энергии изотопа рубидий-87. Эти часы используют микроволновое излучение, которое настраивается до тех пор, пока оно не соответствует сверхтонкому переходу, и в этот момент интервал между гребнями волн излучения может использоваться для калибровки самого времени.

Meera Senthilingam

А чтобы узнать больше о ролях рубидия, присоединяйтесь к Тому Бонду на следующей неделе в программе Chemistry in its Element. А пока я Мира Сентилингам, спасибо за внимание и до свидания.

(Промо)

(Окончание промо)

Объяснение водорода — Управление энергетической информации США (EIA)

Что такое водород?

Водород — простейший элемент. У каждого атома водорода есть только один протон. Водород также является самым распространенным элементом во Вселенной. Звезды, такие как Солнце, состоят в основном из водорода. Солнце — это, по сути, гигантский шар, состоящий из водорода и гелия.

В природе водород встречается на Земле только в форме соединения с другими элементами в жидкостях, газах или твердых телах. Водород в сочетании с кислородом — это вода (h3O). Водород в сочетании с углеродом образует различные соединения или углеводороды, содержащиеся в природном газе, угле и нефти.

Солнце — это, по сути, гигантский шар газообразного водорода, который превращается в газообразный гелий. Этот процесс заставляет солнце производить огромное количество энергии.

Источник: НАСА (общественное достояние)

Водород — самый легкий элемент. Водород — это газ при нормальной температуре и давлении, но водород конденсируется в жидкость при температуре минус 423 градуса по Фаренгейту (минус 253 градуса Цельсия).

Водород — энергоноситель

Энергоносители позволяют транспортировать энергию в пригодной для использования форме из одного места в другое. Водород, как и электричество, является энергоносителем, который необходимо производить из другого вещества.Водород можно производить — отделять — из множества источников, включая воду, ископаемое топливо или биомассу, и использовать в качестве источника энергии или топлива. Водород имеет самое высокое энергосодержание по весу из любого обычного топлива (примерно в три раза больше, чем бензин), но он имеет самое низкое энергосодержание по объему (примерно в четыре раза меньше, чем бензин).

Для производства водорода (путем отделения его от других элементов в молекулах) требуется больше энергии, чем у водорода, когда он превращается в полезную энергию.Однако водород полезен в качестве источника энергии / топлива, потому что он имеет высокое содержание энергии на единицу веса, поэтому он используется в качестве ракетного топлива и в топливных элементах для производства электроэнергии на некоторых космических аппаратах. В настоящее время водород не так широко используется в качестве топлива, но он может найти более широкое применение в будущем.

Последнее обновление: 7 января 2021 г.

фактов о водороде | Живая наука

Водород, самый распространенный элемент во Вселенной, также является многообещающим источником «чистого» топлива на Земле.

Названный в честь греческих слов hydro для «воды» и генов для «формирования», водород составляет более 90 процентов всех атомов, что составляет три четверти массы Вселенной, согласно Лос-Аламосская национальная лаборатория. По данным Королевского химического общества, водород необходим для жизни, и он присутствует почти во всех молекулах живых существ. Этот элемент также встречается в звездах и питает Вселенную через протон-протонную реакцию и цикл углерод-азот.Согласно Лос-Аламосу, процессы синтеза звездного водорода выделяют огромное количество энергии, поскольку они объединяют атомы водорода в гелий.

Чистый газообразный водород редко встречается в атмосфере Земли, и любой водород, который действительно попадает в атмосферу, быстро ускользает от земного притяжения, по данным Королевского общества. На нашей планете водород встречается в основном в сочетании с кислородом и водой, а также в органических веществах, таких как живые растения, нефть и уголь, сообщает Лос-Аламос.

Только факты

• Атомный номер (количество протонов в ядре): 1
• Атомный символ (в Периодической таблице элементов): H
• Атомный вес (средняя масса атома): 1.00794
• Плотность: 0,00008988 грамма на кубический сантиметр
• Фаза при комнатной температуре: газ
• Точка плавления: минус 434,7 градуса по Фаренгейту (минус 259,34 градуса Цельсия)
• Точка кипения: минус 423,2 F (минус 252,87198 ° C) Число изотопы (атомы одного и того же элемента с разным числом нейтронов): 3 общих изотопа, в том числе 2 стабильных
• Наиболее распространенный изотоп: 1H, естественное содержание 99,9885 процентов

Открытие водорода

Роберт Бойль произвел газообразный водород в 1671 году, в то время как он экспериментировал с железом и кислотами, но только в 1766 году Генри Кавендиш распознал его как отдельный элемент, согласно лаборатории Джефферсона.Элемент был назван водородом французским химиком Антуаном Лавуазье.

Водород имеет три общих изотопа: протий, который представляет собой обычный водород; дейтерий, стабильный изотоп, открытый в 1932 году Гарольдом К. Юри; и тритий, нестабильный изотоп, открытый в 1934 году, согласно Jefferson Lab. Разница между тремя изотопами заключается в количестве нейтронов у каждого из них. У водорода вообще нет нейтронов; По данным Национальной лаборатории Лоуренса Беркли, у дейтерия есть один, а у трития — два нейтрона.По данным Лос-Аламоса, дейтерий и тритий используются в качестве топлива в термоядерных реакторах.

Водород соединяется с другими элементами, образуя ряд соединений, включая обычные, такие как вода (H ₂ O), аммиак (NH ₃ ), метан (CH ₄ ), столовый сахар (C _12). H ₂₂ O ₁₁ ), перекись водорода (H ₂ O ₂ ) и соляная кислота (HCl), согласно Jefferson Lab.

Водород обычно получают путем нагревания природного газа водяным паром с образованием смеси водорода и монооксида углерода, называемой синтез-газом, которая, согласно Королевскому обществу, затем разделяется для получения водорода.

Водород используется для производства аммиака для удобрений в процессе, называемом процессом Габера, в котором он реагирует с азотом. Согласно Jefferson Lab, этот элемент также добавляют в жиры и масла, такие как арахисовое масло, в процессе, называемом гидрогенизацией. Другие примеры использования водорода включают ракетное топливо, сварку, производство соляной кислоты, восстановление металлических руд и наполнение баллонов, согласно Лос-Аламосу. Исследователи работают над разработкой технологии водородных топливных элементов, которая позволяет получать значительные объемы электроэнергии с использованием газообразного водорода в качестве экологически чистого источника энергии, который можно использовать в качестве топлива для автомобилей и других транспортных средств.

По данным Королевского общества, водород также используется в стекольной промышленности в качестве защитной атмосферы для изготовления плоских стеклянных листов, а в электронной промышленности он используется в качестве промывочного газа в процессе производства кремниевых чипов.

Этот смоделированный вид Юпитера в истинных цветах состоит из 4 изображений, сделанных космическим кораблем НАСА «Кассини» 7 декабря 2000 года. Разрешение составляет около 89 миль (144 километра) на пиксель. (Изображение предоставлено НАСА / Лаборатория реактивного движения / Университет Аризоны)

Этот смоделированный в истинных цветах вид Юпитера состоит из 4 изображений, сделанных космическим кораблем НАСА Кассини 7 декабря 2000 года.Разрешение составляет около 144 километров на пиксель. Предоставлено: НАСА / Лаборатория реактивного движения / Университет Аризоны

Кто знал?

• Согласно Лос-Аламосу, водород является основным компонентом Юпитера и других газовых планет-гигантов.
• По данным Национального музея воздушных шаров, первый полет на воздушном шаре был запущен в Париже в 1783 году, а в качестве газа в воздушном шаре использовался водород. По данным Королевского общества, его использование для заправки дирижаблей прекратилось, когда загорелся «Гинденбург».
• НАСА использует водород в качестве ракетного топлива для доставки экипажа в космос.
• Сжиженный водород очень холодный и может вызвать сильное обморожение при контакте с кожей.
• Согласно «Принципам химии» водород примерно в 14 раз легче воздуха.
• Лавуазье, французский химик, давший название водороду, был финансистом и государственным администратором до Французской революции и был казнен во время революции, согласно Британской энциклопедии.
• По данным Лос-Аламоса, в США ежегодно производится около 3 миллиардов кубических футов водорода.
• По данным Королевского общества, водород имеет самую низкую плотность среди всех газов.
• Водород — единственный элемент, три общих изотопа которого — протий, дейтерий и тритий — получили разные названия, сообщает Лос-Аламос.

Текущие исследования

Исследователи изучали водород с большим интересом в течение многих лет из-за его потенциала в качестве экологически чистого топлива.«Водород — это энергоноситель без углерода, поэтому, когда вы его сжигаете, вы производите только воду», что делает его чистым топливом без каких-либо выбросов, — сказал Ричард Шахин, директор Исследовательского института водорода при университете. Квебека в Труа-Ривьер в Канаде. Однако с водородным топливом есть большая проблема: оно дороже газа. Фактически, в прошлом году старший вице-президент Toyota Боб Картер объявил, что, по оценкам Министерства энергетики, полный бак сжатого водорода первоначально будет стоить около 50 долларов, Ecomento.com сообщил. В целом, затраты, связанные с технологией водородного топлива, являются «очень серьезным препятствием, потому что на данный момент люди предпочли бы иметь более совершенные технологии по текущей цене», — сказал Шахин Live Science.

Еще одна проблема с водородным топливом заключается в том, что сам процесс производства водорода на самом деле не так уж чист и не загрязняет окружающую среду. «На сегодняшний день большая часть производимого водорода поступает из природного газа», — сказал Шахин, в результате чего образуется двуокись углерода (CO ₂ ).

Поэтому исследователи искали альтернативные и более экологически безопасные способы производства водорода, которые в идеале исключали бы выбросы CO ₂ в процессе. Например, в прошлом году ученые Аргоннской национальной лаборатории Министерства энергетики США разработали небольшой «наноразмерный генератор водорода» — устройство, которое производит чистый водород с использованием света и графена и без сжигания ископаемого топлива. Текущая версия генератора действительно мала, но если окажется, что ее можно расширить, она может позволить ученым производить достаточно водорода для топлива для автомобилей и генераторов.

Другой способ производства водорода, называемый «биологическим расщеплением воды», предполагает использование определенных фотосинтетических микробов, которые используют световую энергию для производства водорода из воды в рамках своих метаболических процессов, по данным Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, где работают исследователи. в настоящее время расследует этот процесс. Другой потенциальный метод производства водорода включает ферментацию возобновляемых материалов биомассы, сообщает NREL. Исследователи из NREL также работают над преобразованием сельскохозяйственных остатков (таких как скорлупа арахиса) и бытовых отходов (таких как пластмассы и отработанные смазки) в жидкий продукт, называемый бионефть, компоненты которого затем можно разделить на топливо, включая водород.Однако самый чистый способ производства водорода — расщепление воды на водород и кислород с помощью солнечного света, сообщает NREL.

Дополнительные ресурсы

Следите за Live Science @livescience , Facebook и Google+ .

Что такое водород? Зачем нам нужен возобновляемый водород?

Понимание водорода помогает пролить свет на то, как мы используем инновационные системы для создания возобновляемой зеленой энергии для электромобилей (EV) и других приложений возобновляемой энергии.

В этой статье мы рассмотрим:

• Водород в природе
• Различные способы использования водорода
• Водород 101 (видео)
• Как GeoPura использует водород в качестве возобновляемого источника энергии
• Как вы можете принять участие

Водород в природе

В чистом виде при комнатной температуре водород (H ₂ ) представляет собой газ, состоящий из двух атомов водорода, объединенных вместе.

Атомы водорода легко соединяются с другими элементами, образуя огромное количество различных молекул, многие из которых мы используем в повседневной жизни.

Водород на самом деле является наиболее распространенным химическим элементом — по оценкам, атомы водорода составляют 75% массы Вселенной.

Водород питает звезды, в том числе наше Солнце, основной источник подавляющего большинства нашей энергии. Здесь, на Земле, такие обычные товары, как вода, растения, животные, еда, одежда и большинство видов топлива, содержат почти невообразимое количество атомов водорода.

Зачем нужен водород?

Водород находит множество применений в качестве чистого газа H ₂ , а в сочетании с другими веществами образует множество соединений, на которые мы полагаемся.

Водород используется для производства продуктов от маргарина до ракетного топлива, однако в последнее время он завоевывает доверие как экологически безопасное топливо.

Топливо — это химическое вещество, которое можно «сжигать» для получения полезной энергии.

Горение обычно означает, что химические связи между элементами в топливе разрушаются, и элементы химически соединяются с кислородом (часто из воздуха).

Другими словами, топливо окисляется.

Большинство видов топлива содержат комбинацию атомов углерода (C) и водорода (H), поэтому при их окислении (сжигании) выделяется тепло, диоксид углерода (CO ₂ ) и вода (H ₂ O). .

Например, возьмем простую молекулу топлива, метан, CH ₄ . Метан является основным компонентом «природного газа» из нефтяных и газовых месторождений, а также «сланцевого газа» процесса, известного как гидроразрыв. При сжигании метана он химически соединяется с кислородом (O ₂ ) в соответствии с химической формулой:

CH ₄ + 3O ₂ > CO ₂ + 2H ₂ O

Метан + кислород реагируют на дать углекислый газ + воду (пар) и обеспечивает тепловую энергию в процессе.

Хотя уголь, транспортное топливо, древесина и нефть имеют более сложную химическую структуру, чем метан, реакции аналогичны, при этом в результате реакции образуется значительное количество углекислого газа.

Большая часть полезной энергии, поставляемой многими видами топлива, вырабатывается атомами водорода, которые соединяются с кислородом с образованием воды. Взаимодействие атомов углерода в топливе с кислородом с образованием CO2 в большинстве случаев дает меньшую часть полезной энергии.

Атомы углерода в топливе можно рассматривать как удобный способ упаковки атомов водорода.К сожалению, как и многие другие упаковки, мы обнаружили, что углерод в нашем обычно используемом топливе создает множество проблем. Углекислый газ, образующийся в результате сжигания этого углеродного топлива, способствует катастрофическому ускорению изменения климата.

Сжигание углеродного топлива, которое часто называют ископаемым топливом, на самом деле разрушает окружающую среду, на которую мы полагаемся.

Все больше и больше людей теперь верят, что мы должны резко сократить использование углеродных видов топлива, даже если их «упаковка» углеродных атомов делает их удобными.Вместо этого мы просто заправим нашу жизнь чистым водородом H ₂ напрямую, без атомов углерода. Когда мы сжигаем чистый водород, мы получаем воду. Не выделяется вредный для окружающей среды CO ₂ , потому что топливо не содержит углерода.

2H ₂ + O ₂ > 2H ₂ O

Единственными выходами этой реакции являются энергия и вода.

Все больше и больше людей осознают необходимость защиты окружающей среды, понимая необходимость защиты Земли и ее природных ресурсов.Ученые, защитники окружающей среды и правительства всего мира борются за поиск альтернатив возобновляемой энергии, такой как зеленый водород, который уменьшил бы количество ископаемого топлива и увеличил бы количество возобновляемой энергии, которую мы используем изо дня в день. Поступая таким образом, мы потенциально можем существенно изменить будущее жизни на нашей планете.

Как GeoPura использует водород в качестве возобновляемого источника энергии

Ранее мы говорили о нашем стремлении найти решения для зарядки электромобилей и о необходимости для предприятий и владельцев независимых автопарков перейти на использование наших зеленые водородные топливные элементы для питания своих автостоянок для зарядки электромобилей.

Мы видим преимущества использования водорода в качестве возобновляемого источника настолько, что думаем, что им будут пользоваться наши автомобили и многие другие аспекты нашей жизни. Как это работает на практике?

Ну, во-первых, производятся некоторые автомобили, которые можно напрямую заправлять водородом из насоса / дозатора аналогично тому, как автомобили заправляются другим топливом с заправочной станции. Этот вид возобновляемого транспорта (иногда называемый FCEV) представляет значительный интерес для тех, у кого есть коммерческие или тяжелые хорошие автомобили.

GeoPura с радостью предоставит этим клиентам возобновляемый водород и заправочные колонки.

Однако многие производители производят электромобили (EV) с батареями (иногда называемыми BEV), которые необходимо заряжать от мощного электрического соединения. Хорошая новость заключается в том, что с помощью нашей системы водород можно легко использовать для чистой выработки электричества, которое затем можно использовать для зарядки BEV.

На самом деле существует два основных способа выработки электроэнергии из возобновляемого водорода:

• Первый метод — использовать водород в качестве топлива для двигателя внутреннего сгорания (точно так же, как заправка двигателя в автомобиле или газовая турбина в двигателе станция), которая быстро вращается, приводя в действие электрический генератор.Электрический генератор работает против магнитного поля для выработки электричества, как и в большинстве систем электроснабжения. Такое расположение часто называют «генераторной установкой». Конечно, разница между использованием водорода и ископаемого топлива заключается в том, что при сжигании водорода «выхлопными газами» является чистая вода, а не парниковые газы, такие как CO ₂ , которые вы получаете от сжигание метана (сланца или природного газа), угля или топлива на нефтяной основе!

• Второй способ получения электричества из водорода — его окисление в топливном элементе.Процесс окисления в топливном элементе можно рассматривать как более контролируемую форму горения, но при этом большая часть химической энергии преобразуется в электричество, а не в тепло. Фактически, большинство химических реакций включают движение электрического заряда между атомами, когда это происходит относительно случайным образом, мы получаем тепло, когда это происходит контролируемым образом, мы можем напрямую генерировать электричество и немного меньше тепла. Преимущество топливных элементов в большинстве случаев — более высокая эффективность (поскольку выделяется меньше тепла), недостатком является то, что топливные элементы все еще относительно дороги.

При поддержке крупных организаций, таких как Siemens, мы создали бизнес-модели, которые позволяют клиентам получать выгоду от возобновляемого водорода прямо сейчас, предоставляя услугу, которая изолирует конечного пользователя от стоимости этих компонентов.

Мы позиционируем себя как лидеры рынка в цепочке поставок возобновляемого водорода на благо наших клиентов и окружающей среды.

Как вы можете принять участие?

Наша дружная команда всегда рядом.Мы хотим показать вам преимущества того, как переход на полностью возобновляемый источник энергии, такой как зеленый водород, может поставить вас в авангарде этого движения (вместе с нами) и помочь защитить окружающую среду и обеспечить долголетие нашей планеты.

Чтобы узнать, как вы можете стать владельцем автостоянки и начать предлагать зарядку электромобилей на своих автостоянках, просто свяжитесь с нами сегодня.

Часто задаваемые вопросы

Зачем нужен водород?

Водород находит множество применений в качестве чистого газа и в сочетании с другими веществами с образованием многих соединений, на которые мы полагаемся.

Какой химический символ у водорода?

Химический символ водорода — H.

Можно ли использовать водород в качестве возобновляемой энергии?

Да! GeoPura использует водород для создания возобновляемого источника энергии, который помогает приводить в действие электромобили на автостоянках и т. Д.

Итак, что же такое зеленый водород?

Компании и отраслевые группы часто объединяются для продвижения своей продукции. Гораздо более необычным был шаг, сделанный в прошлом месяце 10 крупными европейскими энергетическими компаниями и двумя ведущими отраслевыми организациями континента, объединившимися для запуска кампании, рекламирующей продукт, который ни одна из них на самом деле не продает.

Этот продукт является возобновляемым или «зеленым» водородом. И хотя сегодня это не является основной проблемой для этих компаний (Enel, EDP, BayWa и другие) или отраслевых групп (SolarPower Europe и WindEurope), все видят, что зеленый водород играет жизненно важную роль в достижении глубокой декарбонизации энергетической системы.

Интерес к экологически чистому водороду стремительно растет среди крупных нефтегазовых компаний. Европа планирует сделать водород важной частью своего пакета Green Deal стоимостью триллион долларов, при этом ожидается, что в июле будет опубликована общеевропейская стратегия «зеленого» водорода.

«Мы не можем электрифицировать все», — сказал генеральный директор WindEurope Джайлс Диксон. «Некоторые производственные процессы и тяжелый транспорт должны будут работать на газе. А возобновляемый водород — лучший газ. Он полностью чистый. Это будет доступно, поскольку возобновляемые источники энергии сейчас настолько дешевы ».

Что такое зеленый водород? Введение в цветовую палитру водорода

Для бесцветного газа водород очень красочен.

Согласно номенклатуре, используемой исследовательской фирмой Wood Mackenzie, большая часть газа, который уже широко используется в качестве промышленного химического вещества, является коричневым, если он производится путем газификации угля или лигнита; или серый, если он производится путем паровой конверсии метана, при котором в качестве сырья обычно используется природный газ.Ни один из этих процессов не является экологически безопасным.

Предположительно более чистый вариант известен как голубой водород, где газ производится путем паровой конверсии метана, но выбросы сокращаются за счет улавливания и хранения углерода. Этот процесс может примерно вдвое сократить количество производимого углерода, но до сих пор далеко не без выбросов.

Зеленый водород, напротив, может почти устранить выбросы за счет использования возобновляемых источников энергии, которые становятся все более распространенными и часто вырабатываются не в идеальное время, для обеспечения электролиза воды.

Бирюзовый цвет стал еще одним дополнением к палитре производства водорода. Его получают путем разложения метана на водород и твердый углерод с помощью процесса, называемого пиролизом. Бирюзовый водород может показаться относительно низким с точки зрения выбросов, потому что углерод можно либо захоронить, либо использовать в промышленных процессах, таких как сталелитейное производство или производство аккумуляторов, поэтому он не улетучивается в атмосферу.

Однако недавние исследования показывают, что водород бирюзового цвета на самом деле, вероятно, будет не более свободным от углерода, чем синий вариант, из-за выбросов от источников природного газа и необходимого технологического тепла.

Как получить зеленый водород?

При электролизе все, что вам нужно для производства большого количества водорода, — это вода, большой электролизер и много электроэнергии.

Если электричество поступает из возобновляемых источников, таких как ветер, солнце или гидроэнергетика, то водород фактически зеленый; единственные выбросы углерода — это выбросы, воплощенные в генерирующей инфраструктуре.

Прямо сейчас проблема заключается в том, что не хватает больших электролизеров, а обильные поставки возобновляемой электроэнергии по-прежнему обходятся недешево.

По сравнению с более устоявшимися производственными процессами, электролиз очень дорог, поэтому рынок электролизеров невелик.

И хотя производство возобновляемой энергии в настоящее время достаточно велико, чтобы вызвать изгибы в Калифорнии и проблемы с сетью в Германии, перепроизводство — явление относительно недавнее. Большинство энергетических рынков по-прежнему нуждаются в большом количестве возобновляемых источников энергии только для обслуживания энергосистемы.

Как вы храните и используете эти вещи?

Теоретически есть много полезных вещей, которые можно сделать с зеленым водородом.Вы можете добавить его в природный газ и сжечь на тепловых электростанциях или в теплоцентралях. Вы можете использовать его в качестве прекурсора для других энергоносителей, от аммиака до синтетических углеводородов, или, например, для непосредственного питания топливных элементов в автомобилях и кораблях.

Начнем с того, что вы можете использовать его просто для замены промышленного водорода, который вырабатывается каждый год из природного газа и который составляет около 10 миллионов метрических тонн только в США.

Основная проблема удовлетворения всех этих потенциальных рынков заключается в доставке зеленого водорода туда, где он необходим.Хранить и транспортировать легковоспламеняющийся газ непросто; он занимает много места и делает стальные трубы и сварные швы хрупкими и склонными к выходу из строя.

Из-за этого для транспортировки водорода в больших объемах потребуются специальные трубопроводы, строительство которых было бы дорогостоящим, нагнетая газ под давлением или охлаждая его до жидкости. Эти два последних процесса являются энергоемкими и еще больше снизят и без того невысокую эффективность использования зеленого водорода в оба конца (см. Ниже).

Почему зеленый водород вдруг стал такой большой проблемой?

Один из путей к почти полной декарбонизации — это электрификация всей энергетической системы и использование экологически чистых возобновляемых источников энергии.Но электрифицировать всю энергетическую систему будет сложно или, по крайней мере, намного дороже, чем объединение возобновляемой генерации с низкоуглеродным топливом. Зеленый водород — одно из нескольких потенциальных низкоуглеродных видов топлива, которое могло бы заменить сегодняшние ископаемые углеводороды.

По общему признанию, водород в качестве топлива далек от идеала. Его низкая плотность затрудняет хранение и перемещение. И его воспламеняемость может быть проблемой, как отмечалось в июне 2019 года на норвежской водородной заправочной станции.

Но и другие низкоуглеродные виды топлива имеют проблемы, не в последнюю очередь из-за стоимости. И поскольку большинство из них требует производства зеленого водорода в качестве прекурсора, почему бы просто не придерживаться исходного продукта?

Сторонники указывают, что водород уже широко используется в промышленности, поэтому технические проблемы, связанные с хранением и транспортировкой, вряд ли будут непреодолимыми. Кроме того, газ потенциально очень универсален и может применяться в самых разных областях — от отопления и долгосрочного хранения энергии до транспортировки.

Возможность применения экологически чистого водорода в широком спектре секторов означает, что существует соответственно большое количество компаний, которые могут извлечь выгоду из растущей экономии водородного топлива. Из них, пожалуй, наиболее значительными являются нефтегазовые компании, которые все чаще сталкиваются с призывами сократить производство ископаемого топлива.

Несколько крупных нефтяных компаний входят в число игроков, борющихся за поул-позицию в разработке экологически чистого водорода. Shell Nederland, например, подтвердила в мае, что она объединила усилия с энергетической компанией Eneco для участия в последнем тендере голландского морского ветроэнергетического комплекса, чтобы создать рекордный водородный кластер в Нидерландах.Несколько дней спустя компания-разработчик солнечной энергии Lightsource BP сообщила, что обдумывает разработку австралийской электростанции по производству зеленого водорода, работающей на ветровой и солнечной энергии мощностью 1,5 гигаватта.

Заинтересованность Big Oil в экологически чистом водороде может иметь решающее значение для обеспечения коммерческой жизнеспособности топлива. Снижение затрат на производство экологически чистого водорода потребует огромных инвестиций и масштабов, и крупные нефтяные компании имеют уникальные возможности для обеспечения этого.

Сколько стоит производство зеленого водорода?

Производство зеленого водорода по-прежнему обходится дорого.В отчете, опубликованном в прошлом году (с использованием данных за 2018 год), Международное энергетическое агентство оценило стоимость зеленого водорода от 3 до 7,50 долларов за килограмм по сравнению с 0,90 до 3,20 доллара за производство с использованием паровой конверсии метана.

Снижение стоимости электролизеров будет иметь решающее значение для снижения цены на зеленый водород, но это потребует времени и масштабов. Стоимость электролизера может упасть вдвое к 2040 году с примерно 840 долларов за киловатт мощности сегодня, заявило в прошлом году МЭА.

Экономическое обоснование экологически чистого водорода требует очень большого количества дешевой возобновляемой электроэнергии, поскольку значительная часть теряется при электролизе.По данным Shell, КПД электролизера колеблется от 60 до 80 процентов. Проблема эффективности усугубляется тем фактом, что для многих приложений может потребоваться экологически чистый водород для питания топливного элемента, что приведет к дополнительным потерям.

Некоторые наблюдатели предположили, что производство экологически чистого водорода может вытеснить избыточные мощности возобновляемых источников энергии в крупных производственных центрах, таких как морские ветряные электростанции в Европе. Однако, учитывая все еще высокую стоимость электролизеров, сомнительно, захотят ли разработчики проектов по производству зеленого водорода оставить свои электролизеры без дела до тех пор, пока цены на возобновляемые источники энергии не упадут ниже определенного уровня.

Более вероятно, как это уже рассматривается Lightsource BP и Shell, девелоперы построят заводы по производству экологически чистого водорода с выделенными активами по производству возобновляемой энергии в местах с высоким уровнем ресурсов.

Сколько производится зеленого водорода?

По большому счету, немного. По данным Wood Mackenzie, в настоящее время на зеленый водород приходится менее 1 процента от общего годового производства водорода.

Но WoodMac прогнозирует рост производства в ближайшие годы.Количество проектов экологичных водородных электролизеров почти утроилось за пять месяцев, предшествующих апрелю 2020 года, до 8,2 гигаватт. Всплеск в основном был вызван увеличением масштабов развертывания электролизеров, при этом запланировано 17 проектов с мощностью 100 мегаватт или более.

И дело не только в том, что разрабатывается больше проектов. К 2027 году средний размер систем электролизера, вероятно, превысит 600 мегаватт, сообщает WoodMac.

Кто возглавляет разработку зеленого водорода?

Зеленый водород, кажется, сейчас у всех на уме, и как минимум 10 стран обращаются к газу для обеспечения энергетической безопасности в будущем и возможного экспорта.Последней страной, которая присоединилась к этой группе, является Португалия, которая в мае представила национальную водородную стратегию, которая, как сообщается, оценивается в 7 миллиардов евро (7,7 миллиарда долларов) до 2030 года. В прошлом месяце лидер оффшорной ветроэнергетики Ørsted провозгласил первый крупный проект, нацеленный исключительно на транспортный сектор.

Помимо таких громких имен, множество небольших компаний надеются отхватить кусок растущего зеленого водородного пирога.Такие компании, как ITM Power, могут быть не так хорошо известны сегодня, но если зеленый водород оправдает хотя бы часть своих обещаний, он может однажды стать огромным.

А водородные автомобили?

А, да. Привлекающая внимание Toyota Mirai помогла зародить ранние надежды на то, что автомобили на водородных топливных элементах могут соперничать с электромобилями за замену двигателя внутреннего сгорания. Но по мере роста рынка электромобилей перспектива того, что водород станет серьезным соперником, исчезла из поля зрения, по крайней мере, в сегменте легковых автомобилей.

Сегодня на дорогах США находится примерно 7600 автомобилей на водородных топливных элементах, по сравнению с более чем 326 400 электромобилями, которые были проданы в США только в прошлом году.

Тем не менее, эксперты по-прежнему ожидают, что водород будет играть роль в обезуглероживании некоторых сегментов транспортных средств, в том числе вилочные погрузчики и большегрузные грузовики, которые, скорее всего, выиграют.

***

Дополнительная литература Wood Mackenzie, The Future for Green Hydrogen

Шесть фактов о водороде, которых вы могли не знать

Почему 8 октября отмечается Национальный день водорода и топливных элементов

^-го ?

Этот день отмечается 8 октября (10/08), потому что атомный вес водорода равен 1.008 атомных единиц массы.

Зачем мне нужен водород? Для чего это?

Водород является важным химическим веществом для многих промышленных процессов, особенно при производстве аммиака, который используется для производства удобрений, используемых для выращивания продуктов питания, и при переработке нефти, где водород используется для производства бензина. Другие области применения включают рафинирование металлов и полупроводниковую промышленность, где он используется для производства компьютерных микросхем в телефонах и планшетах.

Водород также можно использовать в качестве топлива для автомобилей и обогрева зданий.Самым важным преимуществом использования водорода в качестве топлива является то, что при его сжигании побочным продуктом становится просто вода. Водород также можно использовать как способ хранения энергии, и это использование может иметь большое влияние на наше будущее. Водород может помочь сократить выбросы парниковых газов, интегрировать возобновляемые источники энергии в сеть и сократить использование нефти и других ископаемых видов топлива.

Что такое топливный элемент и как он работает?

Топливный элемент — это устройство, подобное батарее, которое преобразует энергию, хранящуюся в химических связях, в электрическую энергию.Топливные элементы более эффективны, чем традиционные методы сжигания, для преобразования топлива в электрическую энергию. В отличие от батареи, топливный элемент не перезаряжается, а скорее снабжается потоком топлива (например, водородом), который вступает в реакцию с окислителем (например, воздухом или чистым кислородом), который затем преобразуется в электрическую энергию.

Тоже чище. Когда водород является топливом, единственным побочным продуктом является вода — в отличие от наших обычных двигателей внутреннего сгорания, которые могут создавать вредные побочные продукты, такие как оксиды азота.

Для чего используются топливные элементы?

Топливные элементы можно использовать практически везде, где есть потребность в электроэнергии. Они более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания, имеют более высокую надежность и меньшие выбросы. В автомобилях топливные элементы могут обеспечить более быструю дозаправку и больший запас хода, чем батареи нынешних поколений.

В 2015 году по всему миру было отгружено более 60 000 топливных элементов. Топливные элементы используются для обеспечения резервного питания телекоммуникационных центров и вышек сотовой связи, где их более высокая надежность и меньшие затраты на обслуживание более чем компенсируют более высокую первоначальную стоимость оборудования.

Водородные топливные элементы могут также заменить природный газ на теплоэлектростанциях, которые используются для выработки полезного тепла и электроэнергии одновременно в децентрализованной генерации. Системы топливных элементов могут преобразовывать до 90 процентов энергии топлива (природного газа или водорода) в электроэнергию и полезное тепло. В настоящее время существуют тысячи небольших установок, обеспечивающих электроэнергией и горячей водой дома в Японии, а также в больницах, отелях и компаниях с большим спросом на горячую воду или пар.Топливные элементы также используются на электроэнергетических предприятиях для обеспечения чистой и надежной энергии в сеть.

На транспорте топливные элементы открывают потенциал для эффективных электромобилей с тем же запасом хода и тем же временем дозаправки, к которым клиенты привыкли, при этом ограничивая выбросы из выхлопной трубы только водой. Они уже используются в велосипедах, автомобилях, автобусах, грузовиках и даже в поездах и самолетах. В Калифорнии сейчас на дорогах более 700 автомобилей на водородных топливных элементах и ​​более 20 розничных заправочных станций, еще 20 находятся в разработке.Автомобили на топливных элементах могут преодолевать большие расстояния, прежде чем их нужно будет заправить (250–350 миль), и их можно заправить примерно за то же время, которое требуется для заправки вашего нынешнего автомобиля с бензиновым двигателем (от трех до пяти минут).

Что сдерживает топливные элементы и что делается, чтобы их стало больше?

Хотя водород и топливные элементы являются конкурентоспособными в некоторых приложениях, а некоторые автомобили на топливных элементах находятся в пути, затраты все еще слишком высоки, чтобы быть широко признанными на рынке.Топливные элементы должны стать дешевле, при этом сохраняя при этом долговечность и производительность, к которым привыкли люди. Исследователи определили несколько ключевых областей для снижения затрат, включая хранение и доставку водорода, а также стоимость материалов для топливных элементов.

Современные коммерческие топливные элементы используют в качестве катализатора платину, редкий и дорогой металл. Исследователи работают над новыми катализаторами, которые используют меньше этого дорогостоящего металла или вообще не нуждаются в платине.

Наконец, для внедрения автомобилей, работающих на топливных элементах, количество водородных заправочных станций должно увеличиться, и они должны быть распределены по всей стране.

Какие исследования проводит Аргонн по водороду и топливным элементам?

Четыре различных подразделения лаборатории проводят исследования в области водорода и топливных элементов, начиная от изучения воздействия транспортных средств на топливных элементах на окружающую среду и заканчивая разработкой новых катализаторов. Argonne является партнером двух новых консорциумов Министерства энергетики США (DOE), нацеленных на снижение затрат и повышение производительности и долговечности топливных элементов, чтобы расширить их распространение на рынке. Исследователи из Аргонны возглавляют усилия по моделированию и проверке, а также исследованиям электродных слоев топливных элементов для Консорциума топливных элементов Министерства энергетики США по производительности и долговечности.Эти исследования сосредоточены на определении взаимосвязей между структурой, составом и характеристиками электродного слоя топливных элементов для оптимизации производительности и долговечности топливных элементов с полимерно-электролитной мембраной, наиболее часто используемых коммерческих топливных элементов.

Аргоннская и Лос-Аламосская национальная лаборатория совместно возглавляют второй консорциум Министерства энергетики, ориентированный на топливные элементы, ElectroCat, который ускоряет разработку катализаторов топливных элементов, в которых не используются дорогие металлы платиновой группы. ElectroCat специализируется на создании, анализе и оценке кандидатов-катализаторов в лаборатории с высокой производительностью.

Аргоннская национальная лаборатория занимается поиском решений насущных национальных проблем в области науки и технологий. Аргонн — первая в стране национальная лаборатория, которая проводит передовые фундаментальные и прикладные научные исследования практически во всех научных дисциплинах. Исследователи Аргонны тесно сотрудничают с исследователями из сотен компаний, университетов и федеральных, государственных и муниципальных агентств, чтобы помочь им решить их конкретные проблемы, продвинуть научное лидерство Америки и подготовить страну к лучшему будущему.Компания Argonne, в которой работают сотрудники из более чем 60 стран, находится под управлением UChicago Argonne, LLC по заказу Управления науки Министерства энергетики США .

Отдел науки Министерства энергетики США является крупнейшим спонсором фундаментальных исследований в области физических наук в Соединенных Штатах и ​​работает над решением некоторых из наиболее актуальных проблем современности. Для получения дополнительной информации посетите веб-сайт Office of Science.

.