Водород — основа энергетики будущего?
В МИРЕ / #7_2019
Текст: Татьяна ДАНИЛОВА / Фото: Space-train.fr
Водороду, получаемому с помощью возобновляемых источников энергии, прочат большое будущее в качестве топлива, альтернативного ископаемым видам. «Зеленая мечта» о водороде, заменяющем дизельное горючее на транспорте, уголь — в металлургии и природный газ — в отоплении, породила настоящий бум исследований. Он длится несколько лет и затронул практически все развитые страны. Не пора ли взглянуть на его результаты?
Мировое производство водорода добавляет к выбросам двуокиси углерода всего 830 тонн в год. Эта цифра так мала, что, когда в марте этого года Квинслендский технологический университет отправил на экспорт в Японию небольшую партию водорода, произведенного на энергии Солнца, это событие прошло почти незамеченным.
И напрасно: водород сегодня рассматривают как топливо, альтернативное ископаемым источникам, то есть способ построить безуглеродную экономику. Особенно актуален этот выбор для промышленных стран, небогатых источниками энергии, импортирующих топливо и планирующих «позеленеть». Вы подумали о Японии и Южной Корее? Правильно подумали. В частности, потому, что в Японии имеется долгосрочный план разработки и развертывания водородной энергетики.
Правительство Японии предъявило публике этот план еще в 2017 году. Одно из его направлений предусматривало производство водорода из бурого угля в питаемых солнечной энергией термохимических реакторах, которые можно построить в самом солнечном регионе мира — в Австралии.
Это было два года назад, а в марте 2019 года группа исследователей из японского нефтяного конгломерата JXTG произвела «зеленый» водород в государственном исследовательском центре Redlands, к югу от Брисбена, на заводе солнечных батарей QUT, оснащенном массивами фотовольтаических батарей и концентраторов. Водород получали, добавляя воду и кислоту к толуолу. В качестве источника энергии для процесса электрохимического преобразования использовалась, разумеется, энергия Солнца, полученная из солнечных концентраторов. Толуол превратили в метилциклогексан (MCH), который можно перевозить обычными автоцистернами, танкерами или перегонять по трубопроводам.
В пункте назначения из MCH извлекут водород, а оставшийся толуол можно использовать в транспортном цикле повторно. Таким образом, на лабораторном уровне была решена проблема не только производства водорода, но и его транспортировки.
И напрасно: водород сегодня рассматривают как топливо, альтернативное ископаемым источникам, то есть способ построить безуглеродную экономику. Особенно актуален этот выбор для промышленных стран, небогатых источниками энергии, импортирующих топливо и планирующих «позеленеть». Вы подумали о Японии и Южной Корее? Правильно подумали. В частности, потому, что в Японии имеется долгосрочный план разработки и развертывания водородной энергетики.
Правительство Японии предъявило публике этот план еще в 2017 году. Одно из его направлений предусматривало производство водорода из бурого угля в питаемых солнечной энергией термохимических реакторах, которые можно построить в самом солнечном регионе мира — в Австралии.
Это было два года назад, а в марте 2019 года группа исследователей из японского нефтяного конгломерата JXTG произвела «зеленый» водород в государственном исследовательском центре Redlands, к югу от Брисбена, на заводе солнечных батарей QUT, оснащенном массивами фотовольтаических батарей и концентраторов. Водород получали, добавляя воду и кислоту к толуолу. В качестве источника энергии для процесса электрохимического преобразования использовалась, разумеется, энергия Солнца, полученная из солнечных концентраторов. Толуол превратили в метилциклогексан (MCH), который можно перевозить обычными автоцистернами, танкерами или перегонять по трубопроводам.
В пункте назначения из MCH извлекут водород, а оставшийся толуол можно использовать в транспортном цикле повторно. Таким образом, на лабораторном уровне была решена проблема не только производства водорода, но и его транспортировки.
Солнце и ветер Австралии — на экспорт
В начале октября пришла новость: консорциум японских компаний, возглавляемый Kawasaki Heavy Industries, при содействии японского правительства (и в сотрудничестве с австралийскими AGL Energy и Shell) создает Hydrogen Energy Supply Chain (HESC) — цепочку поставок водородной энергии. В консорциум вошли такие компании, как Marubeni, Iwatani и J-Power. Вместе они вложили в эксперимент, который правильнее назвать опытным производством водорода, $ 350 млн. Правительства Австралии и южного австралийского штата Виктория подписали с японцами соглашение о запуске процесса, который начнется с производства водорода на старой электростанции в богатой углем долине Латроб. Полученный газ охладят до -253 °C и отправят в Японию до конца 2019 года. Для транспортировки сжиженного водорода построят специальное судно.
В рамках HESC водород будут производить из синтетического газа, получаемого в процессе газификации бурого угля (как предполагается, с полным окислением углерода). Для обеспечения экологических стандартов будут применяться технологии улавливания и хранения углерода (проще говоря, углерод, то есть графит, будут закапывать). Предусматривается и создание танкера для транспортировки жидкого водорода. Проект нацелен на коммерческий запуск к 2030 году. Планируемый объем опытного производства водорода пока невелик — всего 0,25 тонны в сутки.
Союз Австралии и Японии в этом смысле логичен, так как Австралия экспортирует в Японию много угля и СПГ. Логистика экспорта четко отработана, как и все, связанное с транспортировкой энергетических грузов.
Однако HESC — не единственный план производства «зеленого» водорода в Австралии. Французская Neoen SA собирается создать в штате Виктория производство водорода методом электролиза. Энергию для него обеспечат солнечные и ветровые установки общей мощностью 300 МВт плюс накопитель емкостью 400 МВт/ч. Электролизер — пока малой мощности — уже строится при сотрудничестве с Siemens и Hyundai. А в перспективе мощность установки достигнет 20−25 тонн водорода в сутки.
Сегодня 30 компаний работают над водородными проектами в Австралии, точно зная, что у них есть будущее. Финансирует эти проекты по разработке «чистых» водородных технологий Clean Energy Finance Corporation, для создания которой австралийские лейбористы выделили $ 1 млрд. В частности, австралийские исследователи активно разрабатывают новые способы газификации углей и даже новые методы расщепления воды. Ученые австралийского государственного Объединения научных и прикладных исследований (CSIRO), например, показали двухэтапный процесс разложения воды на кислород и водород в присутствии катализатора — двуокиси церия, нагретой до 1400 °C с помощью солнечных концентраторов. При этом двуокись CeO2 превращается в оксид CeO, в присутствии которого расщепление воды проходит при 800 °C. Этот процесс существенно дешевле аналогов, в которых не принимает участия солнечная энергия.
В начале октября пришла новость: консорциум японских компаний, возглавляемый Kawasaki Heavy Industries, при содействии японского правительства (и в сотрудничестве с австралийскими AGL Energy и Shell) создает Hydrogen Energy Supply Chain (HESC) — цепочку поставок водородной энергии. В консорциум вошли такие компании, как Marubeni, Iwatani и J-Power. Вместе они вложили в эксперимент, который правильнее назвать опытным производством водорода, $ 350 млн. Правительства Австралии и южного австралийского штата Виктория подписали с японцами соглашение о запуске процесса, который начнется с производства водорода на старой электростанции в богатой углем долине Латроб. Полученный газ охладят до -253 °C и отправят в Японию до конца 2019 года. Для транспортировки сжиженного водорода построят специальное судно.
В рамках HESC водород будут производить из синтетического газа, получаемого в процессе газификации бурого угля (как предполагается, с полным окислением углерода). Для обеспечения экологических стандартов будут применяться технологии улавливания и хранения углерода (проще говоря, углерод, то есть графит, будут закапывать). Предусматривается и создание танкера для транспортировки жидкого водорода. Проект нацелен на коммерческий запуск к 2030 году. Планируемый объем опытного производства водорода пока невелик — всего 0,25 тонны в сутки.
Союз Австралии и Японии в этом смысле логичен, так как Австралия экспортирует в Японию много угля и СПГ. Логистика экспорта четко отработана, как и все, связанное с транспортировкой энергетических грузов.
Однако HESC — не единственный план производства «зеленого» водорода в Австралии. Французская Neoen SA собирается создать в штате Виктория производство водорода методом электролиза. Энергию для него обеспечат солнечные и ветровые установки общей мощностью 300 МВт плюс накопитель емкостью 400 МВт/ч. Электролизер — пока малой мощности — уже строится при сотрудничестве с Siemens и Hyundai. А в перспективе мощность установки достигнет 20−25 тонн водорода в сутки.
Сегодня 30 компаний работают над водородными проектами в Австралии, точно зная, что у них есть будущее. Финансирует эти проекты по разработке «чистых» водородных технологий Clean Energy Finance Corporation, для создания которой австралийские лейбористы выделили $ 1 млрд. В частности, австралийские исследователи активно разрабатывают новые способы газификации углей и даже новые методы расщепления воды. Ученые австралийского государственного Объединения научных и прикладных исследований (CSIRO), например, показали двухэтапный процесс разложения воды на кислород и водород в присутствии катализатора — двуокиси церия, нагретой до 1400 °C с помощью солнечных концентраторов. При этом двуокись CeO2 превращается в оксид CeO, в присутствии которого расщепление воды проходит при 800 °C. Этот процесс существенно дешевле аналогов, в которых не принимает участия солнечная энергия.
Как возить водород?
Тридцать лет попыток построить водородную экономику не принесли результатов, так как этот газ требует новой инфраструктуры для транспортировки и хранения. Смеси водорода с кислородом и воздухом взрывоопасны. Люди, пользующиеся работающим на водороде общественным транспортом и водородными автомобилями, должны обладать крепкими нервами и определенной долей фатализма.
Идеологам «водородного будущего» известно, что транспортировка водорода связана со множеством проблем с точки зрения стоимости, энергоэффективности, чистоты и минимизации утечек. Их предлагают решать отказом от транспортировки чистого водорода.
Вернемся к упомянутой в начале статьи пробной партии водорода, отправленного из Австралии на экспорт. Идею транспортировки и хранения водорода в составе менее опасного «накопителя» развили исследователи из австралийского CSIRO. В качестве носителя они предложили нитрит водорода, то есть аммиак — NH3.
При чем тут аммиак? При том, что он состоит из одного атома азота и трех атомов водорода, а его энергетическая плотность почти вдвое выше, чем у жидкого водорода — его основного конкурента в качестве альтернативного «зеленого» топлива. Жидкий аммиак содержит 17~18% водорода по массе. К тому же аммиак легче перевозить и распределять. Его можно хранить, отправлять, сжижать и преобразовывать обратно в водород и азот. Главное же преимущество аммиака как носителя водорода на экспорт заключается в том, что это вещество уже широко используется во всем мире, и бóльшая часть инфраструктуры существует.
Чтобы выделить водород из аммиака, достаточно прибегнуть к процессу электролиза, энергию для которого обеспечит любой возобновляемый источник энергии. К примеру, можно обратиться в компанию группы Siemens, купить мультимегаваттный электролизер и разместить его на солнечной ферме.
Это не единственный способ получить водород из аммиака. Несколько лет назад за идею взялся Дуглас Макфарлейн из мельбурнского университета Монаш. Он разработал устройство, которое превращает возобновляемую электроэнергию в аммиак. Топливные элементы обычно используют энергию, запасенную в химических связях, для производства электроэнергии. Но устройство Макфарлейна работает в обратном режиме, то есть потребляет азот, воду и электричество, а производит газообразный аммиак. Утверждается, что по сравнению с процессами, используемыми по всему миру для производства аммиака, процесс Макфарлейна более эффективен и экологически чист.
Исследования водорода как будущего энергетики множатся. Ученые CSIRO нашли способ извлечения водорода из аммиака с помощью фильтра — металлической мембраны. В перспективе это может привести к тому, что новая водородная индустрия будет успешно конкурировать с рынком сжиженного природного газа. Аммиак позволяет экспортировать водород по всему миру — разумеется, морем, где последствия возможных аварий минимальны. Токсичное вещество, которое прежде шло лишь на производство удобрений и на нефтеперегонные заводы, стало ключевым фактором экспорта возобновляемых источников энергии!
В австралийском Квинсленде официальные лица обсуждают вопрос создания терминала экспорта аммиака в портовом городе Гладстон, который уже стал центром доставки сжиженного природного газа в Азию. Этому примеру последовал штат Южная Австралия, объявивший в феврале о планах строительства аммиачного завода стоимостью 180 млн австралийских долларов — опять-таки на основе электролизеров, работающих на ВИЭ. Планируемый к открытию в 2020 году завод станет региональным источником удобрений и жидкого аммиака.
Совсем недавно пришла новость: Австралийское агентство по ВИЭ (ARENA) финансово поддержало исследование по строительству совместным предприятием Incitec и Wesfarmers Ltd — Queensland Nitrates — "зеленого" завода для производства аммиака и водорода с использованием энергии ветра, Солнца и накопленной энергии от объектов Neoen SA. Поддержку получил и завод по производству «зеленого» аммиака Incitec Pivot в Моранбе штата Квинсленд. На обоих участках природный газ служит сырьем для производства водорода, и тот в свою очередь применяется для производства аммиака. Далее из аммиака производят нитрат аммония для горнодобывающей промышленности.
Еще один сигнал в пользу союза водорода с аммиаком: в прошлом году международный консорциум объявил о планах строительства в штате Западная Австралия комбинированной ветро-солнечной электростанции стоимостью $ 10 млрд, известной как Азиатский центр возобновляемой энергии. Хотя большая часть производимой на станции электроэнергии будет уходить по подводному кабелю в Индонезию, часть этой энергии может быть использована при производстве аммиака для экспорта водорода на большие расстояния.
Все это означает, что возобновляемую энергию Солнца и ветра можно экспортировать точно так же, как ископаемое топливо. Да и в любом регионе мира, где затраты на возобновляемую электроэнергию составляют $ 30/МВт∙ч или меньше, солнечный и ветровой электролиз будет конкурентоспособен в сравнении с производством аммиака на основе природного газа, который выделяет 1,7 тонны CO2 на тонну и стоит от $ 200 до $ 600 за тонну, считает Международное энергетическое агентство.
Ценовой паритет водородного топлива с ископаемым, по-видимому, будет достигнут уже в ближайшие годы. Инфраструктура для перевозки и хранения практически есть, она требует минимальной достройки и приспособления.
Тридцать лет попыток построить водородную экономику не принесли результатов, так как этот газ требует новой инфраструктуры для транспортировки и хранения. Смеси водорода с кислородом и воздухом взрывоопасны. Люди, пользующиеся работающим на водороде общественным транспортом и водородными автомобилями, должны обладать крепкими нервами и определенной долей фатализма.
Идеологам «водородного будущего» известно, что транспортировка водорода связана со множеством проблем с точки зрения стоимости, энергоэффективности, чистоты и минимизации утечек. Их предлагают решать отказом от транспортировки чистого водорода.
Вернемся к упомянутой в начале статьи пробной партии водорода, отправленного из Австралии на экспорт. Идею транспортировки и хранения водорода в составе менее опасного «накопителя» развили исследователи из австралийского CSIRO. В качестве носителя они предложили нитрит водорода, то есть аммиак — NH3.
При чем тут аммиак? При том, что он состоит из одного атома азота и трех атомов водорода, а его энергетическая плотность почти вдвое выше, чем у жидкого водорода — его основного конкурента в качестве альтернативного «зеленого» топлива. Жидкий аммиак содержит 17~18% водорода по массе. К тому же аммиак легче перевозить и распределять. Его можно хранить, отправлять, сжижать и преобразовывать обратно в водород и азот. Главное же преимущество аммиака как носителя водорода на экспорт заключается в том, что это вещество уже широко используется во всем мире, и бóльшая часть инфраструктуры существует.
Чтобы выделить водород из аммиака, достаточно прибегнуть к процессу электролиза, энергию для которого обеспечит любой возобновляемый источник энергии. К примеру, можно обратиться в компанию группы Siemens, купить мультимегаваттный электролизер и разместить его на солнечной ферме.
Это не единственный способ получить водород из аммиака. Несколько лет назад за идею взялся Дуглас Макфарлейн из мельбурнского университета Монаш. Он разработал устройство, которое превращает возобновляемую электроэнергию в аммиак. Топливные элементы обычно используют энергию, запасенную в химических связях, для производства электроэнергии. Но устройство Макфарлейна работает в обратном режиме, то есть потребляет азот, воду и электричество, а производит газообразный аммиак. Утверждается, что по сравнению с процессами, используемыми по всему миру для производства аммиака, процесс Макфарлейна более эффективен и экологически чист.
Исследования водорода как будущего энергетики множатся. Ученые CSIRO нашли способ извлечения водорода из аммиака с помощью фильтра — металлической мембраны. В перспективе это может привести к тому, что новая водородная индустрия будет успешно конкурировать с рынком сжиженного природного газа. Аммиак позволяет экспортировать водород по всему миру — разумеется, морем, где последствия возможных аварий минимальны. Токсичное вещество, которое прежде шло лишь на производство удобрений и на нефтеперегонные заводы, стало ключевым фактором экспорта возобновляемых источников энергии!
В австралийском Квинсленде официальные лица обсуждают вопрос создания терминала экспорта аммиака в портовом городе Гладстон, который уже стал центром доставки сжиженного природного газа в Азию. Этому примеру последовал штат Южная Австралия, объявивший в феврале о планах строительства аммиачного завода стоимостью 180 млн австралийских долларов — опять-таки на основе электролизеров, работающих на ВИЭ. Планируемый к открытию в 2020 году завод станет региональным источником удобрений и жидкого аммиака.
Совсем недавно пришла новость: Австралийское агентство по ВИЭ (ARENA) финансово поддержало исследование по строительству совместным предприятием Incitec и Wesfarmers Ltd — Queensland Nitrates — "зеленого" завода для производства аммиака и водорода с использованием энергии ветра, Солнца и накопленной энергии от объектов Neoen SA. Поддержку получил и завод по производству «зеленого» аммиака Incitec Pivot в Моранбе штата Квинсленд. На обоих участках природный газ служит сырьем для производства водорода, и тот в свою очередь применяется для производства аммиака. Далее из аммиака производят нитрат аммония для горнодобывающей промышленности.
Еще один сигнал в пользу союза водорода с аммиаком: в прошлом году международный консорциум объявил о планах строительства в штате Западная Австралия комбинированной ветро-солнечной электростанции стоимостью $ 10 млрд, известной как Азиатский центр возобновляемой энергии. Хотя большая часть производимой на станции электроэнергии будет уходить по подводному кабелю в Индонезию, часть этой энергии может быть использована при производстве аммиака для экспорта водорода на большие расстояния.
Все это означает, что возобновляемую энергию Солнца и ветра можно экспортировать точно так же, как ископаемое топливо. Да и в любом регионе мира, где затраты на возобновляемую электроэнергию составляют $ 30/МВт∙ч или меньше, солнечный и ветровой электролиз будет конкурентоспособен в сравнении с производством аммиака на основе природного газа, который выделяет 1,7 тонны CO2 на тонну и стоит от $ 200 до $ 600 за тонну, считает Международное энергетическое агентство.
Ценовой паритет водородного топлива с ископаемым, по-видимому, будет достигнут уже в ближайшие годы. Инфраструктура для перевозки и хранения практически есть, она требует минимальной достройки и приспособления.
Вскочить в уходящий поезд
Каждый год мир потребляет 55 млн тонн водорода. Вследствие выраженного намерения мощных экономик Японии и Южной Кореи — а может быть, и других стран — отказаться от углеродного топлива эта цифра, по-видимому, вскоре резко вырастет. Рост потребления водорода, по прогнозам Международного энергетического агентства, к 2030 году составит 8 млн тонн, а к 2040 году потребление этого газа достигнет 90 млн тонн. Исследования по водороду ведутся практически в каждой развитой стране. Всем хочется быть первыми пассажирами поезда в будущее, в следующий технологический уклад.
На австралийской «даровой» солнечной энергии свет клином не сошелся, считают в Европе. Ожидается, что европейский спрос на энергию в 2050 году составит около 10 000 ТВт∙ч. Это сопоставимо с цифрами доклада семи ведущих европейских газотранспортных компаний (Enagás, Fluxys, Gasunie, GRTgaz, Open Grid Europe, Snam и Teréga)"Газ для климата 2019″, в котором утверждается: потребуется около 2 900 ТВт∙ч «зеленого» водорода в дополнение к сочетанию «голубого» водорода (с использованием процесса улавливания и хранения углерода, CCS) и импорта «зеленого» водорода. К такому же мнению пришли видные ученые Фрэнк Воутерс и Ад ван Вийк, недавно опубликовавшие статью в Energy Post.
Германия ожидаемо рвется в мировые лидеры водородных технологий и намерена ежегодно инвестировать € 100 млн в исследования водородных технологий. «Сейчас мы начинаем следующий этап энергетического перехода», — заявил федеральный министр экономики Питер Альтмайер (ХДС) и сообщил, что федеральное правительство планирует принять решение о «водородной стратегии» к концу года.
Однако рациональные немцы прекрасно видят, что до эффективного использования водорода еще далеко, при электролизе теряется почти треть энергии, а при дополнительном преобразовании в метан или другое топливо — половина. В немецком Институте Фраунхофера по ветроэнергетическим системам считают, что ВИЭ никоим образом не могут удовлетворить высокий спрос страны на электроэнергию и что водород придется импортировать, как ныне — природный газ.
В Нидерландах уже несколько лет газифицируют биомассу, получая на выходе синтетический газ (смесь водорода, СО2 и СО). Газ этот идет на производство азотной кислоты, метанола, этилена, пропилена и других веществ, нужных «большой химии» и способных потеснить нефть и природный газ как сырье для химической промышленности (осталось лишь приблизить стоимость синтетического газа к стоимости природного).
Скромный (зато реалистичный) национальный план по производству «зеленого» водорода есть и у Франции. Здесь планируют производить из ВИЭ к 2023 году 10% «зеленого» водорода. Этот метод якобы позволит снизить стоимость продукта на две трети от текущей средней цены.
Даже в Норвегии пытаются преобразовать энергию ветра региона Финнмарк в водород, чтобы поставлять его на Шпицберген в качестве топлива для местной теплоэлектростанции (старая, угольная, уже закрыта).
В водородную гонку включилась и Британия: консорциум компаний под руководством EDF Energy планирует построить близ АЭС «Хейшем» завод по производству водорода. Цель проекта Hydrogen to Heysham (H2H) — проверить потенциал использования электролизеров, подключенных к АЭС «Хейшем». Как и у каждой британской атомной станции, у АЭС «Хейшем» есть вода, водоподготовка и железная дорога. Проект H2H предусматривает добавление к этим компонентам электролизера и устройства сжижения газа (или газов, поскольку на «побочный продукт» — кислород — тоже имеется спрос). Авторы проекта полагают, что энергия атомной станции сделает производство более рентабельным, чем возобновляемая энергия. Технико-экономическое обоснование вскоре будет готово, а затем, в 2020 году, наступит второй этап проекта — двухлетнее строительство демонстрационной установки. Если опытное производство покажет экономическую жизнеспособность, промышленное производство водорода развернут не позднее 2030 года. Преимуществом проекта H2H считается то, что электролиз воды с помощью энергии атома не будет оставлять «углеродного следа».
В принципе, производство водорода можно наладить при всех восьми атомных электростанциях Великобритании, но графство Ланкастер, население и бизнес-сообщество которого желает отказаться от ископаемого топлива, первым вскочило в отправляющийся поезд вместе с Университетом Ланкастер, энергокомпанией Heysham Power Stations, исследовательской командой EDF Energy R&D, компанией Atkins, Европейским институтом энергетических исследований и Hynamics, подразделением EDF Group по водороду. Британская Комиссия по климатическим изменениям считает, что к 2050 году производство водорода должно обеспечить топливом газовые электростанции страны.
Тем временем в британском Лидсе энергетическая компания Northern Gas Networks готовит пилотный проект H21. Он похож на эксперимент в германском городке Гентхин, где к природному газу в некоторых районах примешивают более 10% водорода. Однако британский проект масштабнее — он предусматривает полный перевод отопления крупного города с природного газа на водород, который получат электролизом воды на энергии морских ветропарков.
«Русгидро» и Kawasaki Heavy Industries вернулись было к обсуждаемому с 2013 года промышленному производству сжиженного водорода в Магаданской области, на дешевой электроэнергии гидроэлектростанций. Однако с мая 2018 года вестей об этом проекте нет. Прорывов пока не видно, и все же публикации о новых, «зеленых» методах производства водорода появляются чуть ли не ежемесячно. Правда, они по большей части носят характер рекламы, как, например, июльское сообщение японской Eneco Holdings Inc. о способе производить огромные объемы газа с использованием очень малых количеств электроэнергии — разумеется, без выделения углекислого газа. Для этого воду, обогащенную ионами водорода, подвергают электролизу в присутствии некоего неназванного катализатора, который, по словам исследователей Eneco Holdings, производится из отходов. Скептики, правда, скажут, что проекты превращения чистой энергии воды, Солнца и атома в «еще более чистый» водород — взрывоопасный, дорогой и требующий сложных устройств хранения ввиду его чрезвычайной текучести — это «масло масленое». Но сейчас в ходу аргумент «выгод экспорта чистой энергии», и, пока у водородных проектов есть финансирование, никто не станет отказываться от водородного журавля в небе.
Сказанное выше можно резюмировать: на наших глазах зарождается отрасль производства водорода, объем которой, по мнению оптимистичных экспертов Forbes, в 2050 году составит $ 2 трлн. Пессимисты, правда, считают, что этот водородный проект развивают в порядке контрцикличной экономической политики, то есть для противодействия рецессии. А осторожные консалтинговые компании предостерегают от завышенных ожиданий и ошибочных инвестиций. Но в атмосфере развивающейся на международном уровне «зеленой» истерии их голоса почти не слышны.
В любом случае, для создания компонентов новой отрасли нужны новые инженерные решения. Их уже сейчас изобретают по всему миру — не только в Японии, но и в Германии, и в Австралии, и в Швейцарии, и в Китае… во всех странах, чьи ученые и корпорации спешат запрыгнуть в отправляющийся поезд новой индустрии.
Каждый год мир потребляет 55 млн тонн водорода. Вследствие выраженного намерения мощных экономик Японии и Южной Кореи — а может быть, и других стран — отказаться от углеродного топлива эта цифра, по-видимому, вскоре резко вырастет. Рост потребления водорода, по прогнозам Международного энергетического агентства, к 2030 году составит 8 млн тонн, а к 2040 году потребление этого газа достигнет 90 млн тонн. Исследования по водороду ведутся практически в каждой развитой стране. Всем хочется быть первыми пассажирами поезда в будущее, в следующий технологический уклад.
На австралийской «даровой» солнечной энергии свет клином не сошелся, считают в Европе. Ожидается, что европейский спрос на энергию в 2050 году составит около 10 000 ТВт∙ч. Это сопоставимо с цифрами доклада семи ведущих европейских газотранспортных компаний (Enagás, Fluxys, Gasunie, GRTgaz, Open Grid Europe, Snam и Teréga)"Газ для климата 2019″, в котором утверждается: потребуется около 2 900 ТВт∙ч «зеленого» водорода в дополнение к сочетанию «голубого» водорода (с использованием процесса улавливания и хранения углерода, CCS) и импорта «зеленого» водорода. К такому же мнению пришли видные ученые Фрэнк Воутерс и Ад ван Вийк, недавно опубликовавшие статью в Energy Post.
Германия ожидаемо рвется в мировые лидеры водородных технологий и намерена ежегодно инвестировать € 100 млн в исследования водородных технологий. «Сейчас мы начинаем следующий этап энергетического перехода», — заявил федеральный министр экономики Питер Альтмайер (ХДС) и сообщил, что федеральное правительство планирует принять решение о «водородной стратегии» к концу года.
Однако рациональные немцы прекрасно видят, что до эффективного использования водорода еще далеко, при электролизе теряется почти треть энергии, а при дополнительном преобразовании в метан или другое топливо — половина. В немецком Институте Фраунхофера по ветроэнергетическим системам считают, что ВИЭ никоим образом не могут удовлетворить высокий спрос страны на электроэнергию и что водород придется импортировать, как ныне — природный газ.
В Нидерландах уже несколько лет газифицируют биомассу, получая на выходе синтетический газ (смесь водорода, СО2 и СО). Газ этот идет на производство азотной кислоты, метанола, этилена, пропилена и других веществ, нужных «большой химии» и способных потеснить нефть и природный газ как сырье для химической промышленности (осталось лишь приблизить стоимость синтетического газа к стоимости природного).
Скромный (зато реалистичный) национальный план по производству «зеленого» водорода есть и у Франции. Здесь планируют производить из ВИЭ к 2023 году 10% «зеленого» водорода. Этот метод якобы позволит снизить стоимость продукта на две трети от текущей средней цены.
Даже в Норвегии пытаются преобразовать энергию ветра региона Финнмарк в водород, чтобы поставлять его на Шпицберген в качестве топлива для местной теплоэлектростанции (старая, угольная, уже закрыта).
В водородную гонку включилась и Британия: консорциум компаний под руководством EDF Energy планирует построить близ АЭС «Хейшем» завод по производству водорода. Цель проекта Hydrogen to Heysham (H2H) — проверить потенциал использования электролизеров, подключенных к АЭС «Хейшем». Как и у каждой британской атомной станции, у АЭС «Хейшем» есть вода, водоподготовка и железная дорога. Проект H2H предусматривает добавление к этим компонентам электролизера и устройства сжижения газа (или газов, поскольку на «побочный продукт» — кислород — тоже имеется спрос). Авторы проекта полагают, что энергия атомной станции сделает производство более рентабельным, чем возобновляемая энергия. Технико-экономическое обоснование вскоре будет готово, а затем, в 2020 году, наступит второй этап проекта — двухлетнее строительство демонстрационной установки. Если опытное производство покажет экономическую жизнеспособность, промышленное производство водорода развернут не позднее 2030 года. Преимуществом проекта H2H считается то, что электролиз воды с помощью энергии атома не будет оставлять «углеродного следа».
В принципе, производство водорода можно наладить при всех восьми атомных электростанциях Великобритании, но графство Ланкастер, население и бизнес-сообщество которого желает отказаться от ископаемого топлива, первым вскочило в отправляющийся поезд вместе с Университетом Ланкастер, энергокомпанией Heysham Power Stations, исследовательской командой EDF Energy R&D, компанией Atkins, Европейским институтом энергетических исследований и Hynamics, подразделением EDF Group по водороду. Британская Комиссия по климатическим изменениям считает, что к 2050 году производство водорода должно обеспечить топливом газовые электростанции страны.
Тем временем в британском Лидсе энергетическая компания Northern Gas Networks готовит пилотный проект H21. Он похож на эксперимент в германском городке Гентхин, где к природному газу в некоторых районах примешивают более 10% водорода. Однако британский проект масштабнее — он предусматривает полный перевод отопления крупного города с природного газа на водород, который получат электролизом воды на энергии морских ветропарков.
«Русгидро» и Kawasaki Heavy Industries вернулись было к обсуждаемому с 2013 года промышленному производству сжиженного водорода в Магаданской области, на дешевой электроэнергии гидроэлектростанций. Однако с мая 2018 года вестей об этом проекте нет. Прорывов пока не видно, и все же публикации о новых, «зеленых» методах производства водорода появляются чуть ли не ежемесячно. Правда, они по большей части носят характер рекламы, как, например, июльское сообщение японской Eneco Holdings Inc. о способе производить огромные объемы газа с использованием очень малых количеств электроэнергии — разумеется, без выделения углекислого газа. Для этого воду, обогащенную ионами водорода, подвергают электролизу в присутствии некоего неназванного катализатора, который, по словам исследователей Eneco Holdings, производится из отходов. Скептики, правда, скажут, что проекты превращения чистой энергии воды, Солнца и атома в «еще более чистый» водород — взрывоопасный, дорогой и требующий сложных устройств хранения ввиду его чрезвычайной текучести — это «масло масленое». Но сейчас в ходу аргумент «выгод экспорта чистой энергии», и, пока у водородных проектов есть финансирование, никто не станет отказываться от водородного журавля в небе.
Сказанное выше можно резюмировать: на наших глазах зарождается отрасль производства водорода, объем которой, по мнению оптимистичных экспертов Forbes, в 2050 году составит $ 2 трлн. Пессимисты, правда, считают, что этот водородный проект развивают в порядке контрцикличной экономической политики, то есть для противодействия рецессии. А осторожные консалтинговые компании предостерегают от завышенных ожиданий и ошибочных инвестиций. Но в атмосфере развивающейся на международном уровне «зеленой» истерии их голоса почти не слышны.
В любом случае, для создания компонентов новой отрасли нужны новые инженерные решения. Их уже сейчас изобретают по всему миру — не только в Японии, но и в Германии, и в Австралии, и в Швейцарии, и в Китае… во всех странах, чьи ученые и корпорации спешат запрыгнуть в отправляющийся поезд новой индустрии.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #7_2019