Идея использовать водород для производства «чистой» энергии существует уже более двухсот лет, однако, именно сегодня пришло время для ее реализации. Расскажем, какие смелые замыслы по обезуглероживанию энергетики реализуют в Европе и Японии и как транспорт на водороде постепенно становится реальностью.
Согласно докладу «Global Hydrogen Review 2021» Международного энергетического агентства водород активно используют в промышленных целях, однако в последнее время увеличился спрос на водородное топливо. Так, за последние пять лет мощность электролизеров, производящих водородное топливо из электричества, а не из природного газа, удвоилась, и еще примерно 500 проектов находятся в стадии разработки. Кроме того, сейчас действуют 16 проектов по производству водорода из ископаемого топлива с улавливанием СО2, еще 50 находятся на стадии проектирования.
Как это работает?
Сейчас одним из наиболее перспективных методов получения водородного топлива является электролиз — процесс использования электричества для расщепления воды на водород и кислород. Эта реакция происходит в устройстве, называемом электролизером. Его размер может варьироваться от небольшого прибора, который хорошо подходит для небольшого производства, до крупномасштабных объектов, напрямую связанных с возобновляемыми или другими видами энергии, не выделяющими парниковых газов.
Подобно топливным элементам, электролизеры состоят из анода и катода, разделенных электролитом. Различные электролизеры работают по-разному, в основном из-за разного типа используемого электролита и ионных частиц, которые он проводит.
По подсчетам экспертов, водород, полученный с помощью электролиза, может помочь прийти к нулевым выбросам парниковых газов и загрязняющих веществ. Однако, чтобы выдержать конкуренцию с углеродными методами, такими как паровая конверсия, стоимость производства необходимо значительно снизить.
Заводы «Энергия из отходов» поставляют водород на заправки
Одну из первых установок в Европе по производству водорода реализовали на немецком заводе «Энергия из отходов» в городе Вупперталь. Полученное там топливо поступает прямо на заправочную станцию! И уже непосредственно в самом автобусе водород превращается в электричество, а вместо вредных выхлопных газов выделяется водяной пар.
Аналогичным образом производят экотопливо и в английском Бирмингеме. Заправить автомобиль водородом теперь не составит большого труда — это так же быстро и просто, как и на бензиновой заправке. Производят водород прямо на месте, используя энергию расположенного по соседству завода по термической переработке отходов. Кстати, полученный после разложения кислород не пропадает: его используют в промышленности и здравоохранении.
«Водородный» опыт Японии
Ставку на водород как на перспективный вид топлива в автотранспорте еще 8 лет назад сделало руководство японской компании Toyota. В конце 2014 года она продемонстрировала автомобиль, который вырабатывает электричество на водородном топливном элементе. При этом технические характеристики нового водородокара сравнимы с автомобилями такого же класса с двигателем внутреннего сгорания.
Обращать внимание на экологичность автомобилей японцы стали еще в далекие 70-е годы — на пике бума автомобилизации страны. Тогда дороги мегаполисов заполонили миллионы машин. Летом загазованность улиц в Токио была настолько высокой, что отменялись занятия в школах! Пришлось прибегать к административным мерам — вплоть до обязательной установки дорогих фильтров, поглощающих углекислый газ.
Положительный опыт Toyota воодушевил и других крупных производителей: Hyundai, Honda и Mercedes стали предлагать автомобили на водороде — в основном по договору аренды.
Воутер Блюкс, бельгийский инженер, менеджер водородного подразделения «Ineos»: «Водород действительно может стать решением, потому что сегодня вы можете его использовать как обычный бензин. Водород — хорошая альтернатива аккумуляторам в будущем, когда все будут подключать свои машины к сети дома, и сеть просто не сможет справиться со всем этим спросом на энергию. Думаю, что переход на водород начнется с коммерческого транспорта — особенно с большегрузов, которые проложат путь к широкому использованию водорода. Поэтому мы должны инвестировать в большегрузные автомобили, в автобусы, в мусоровозы и в такси».
Водород вездесущий: суда, поезда, самолеты
По мнению экспертов, водород может помочь еще одной транспортной отрасли — судоходству. Уже существуют баржи, где обычные дизельные двигатели заменены на топливные элементы и водород. В будущем большие морские суда тоже смогут ходить на экотопливе: не на самом водороде, а на зеленом аммиаке, который производится из зеленого водорода. Так что в этом мире многое может измениться благодаря переходу от дизельного топлива к альтернативам — водороду или аммиаку.
В Германии французская инжиниринговая компания Alstom тестирует поезд, работающий на водороде — дизельный двигатель заменен на топливный элемент, чтобы обеспечить бесшумную и чистую энергию электропоездов без необходимости прокладывать воздушные кабели. А вот компания Airbus обещает создать самолеты с водородными двигателями примерно через пятнадцать лет.
Евросоюз поставил перед собой амбициозную цель: к концу десятилетия установить водородную заправочную станцию через каждые 150 км вдоль основных магистралей Европы — так называемую сеть TEN-T.
Сейчас в Германии находится около половины из всех 200 водородных заправочных станций в Европе, а Франция имеет самую быстрорастущую сеть водородных заправок. В США в разработке водородных топливных элементов с развертыванием сети заправочных станций лидирует Калифорния. Но пока что мировым лидером в области водородной инфраструктуры остается Япония.
Следует отметить, что не только автомобили используют топливные элементы: это актуально и для строительных бюро для высокоскоростной железнодорожной линии, и для временных указателей на автомагистралях, и даже для беспилотников.
Таким образом, экологические проблемы нашего времени требуют поиска новых путей технологического развития. Один из них — водород, который, вполне возможно, в скором будущем станет экотопливом номер один в мире. И если последнее десятилетие в сфере транспорта было посвящено батареям, то грядущее отдает свое предпочтение водороду.
По материалам: rte.ie, environmentalleader.com, energy.gov
