Водород

Сегодня в мире актуально использование чистой, надежной и относительно экономичной энергии, поэтому особое внимание обращено к области водородной энергетики. Водород – перспективный ресурс с точки зрения декарбонизации  промышленности (сокращения выбросов парниковых газов) и может быть использован в топливных элементах, двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах. Его применение в энергоустановках значительно снижает их влияние на глобальное потепление. Но сам процесс производства водорода, а также разработка, эксплуатация и утилизация этих устройств сопровождается значительными выбросами. Поэтому для полноценного развития водородной энергетики необходимо достоверно определить воздействие энергоустановок на окружающую среду по величине углеродного следа. Подход ученых Пермского Политеха помог выявить, какой объем парниковых газов образуется на протяжении всего жизненного цикла устройств для производства электроэнергии, в частности, газотурбинных установок.

Статья с результатами опубликована в журнале «Energies», 2024 год. Исследования выполнены при финансовой поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (проект № FSNM-2023-0004).

Углеродный след – это совокупность всех парниковых газов, прямо или косвенно произведенных объектом. Применение водорода в промышленности уменьшает их образование, но его производство все равно значительно влияет на общий объем выбросов парниковых газов. Чтобы правильно оценить эффект от использования водорода, важно учитывать этапы жизненного цикла как самого топлива, так и энергетических установок. То есть все процессы от добычи сырья, их производства до утилизации. Это позволяет понять, какой вклад вносят энергоустановки в глобальное потепление.

Из всех энергетических установок газотурбинные (ГТУ) отличаются значительно меньшим выбросом парниковых газов. Большинство существующих ГТУ без изменения конструкции могут работать на топливной смеси с содержанием водорода до 20%, при этом снижать выбросы оксидов азота в 4 раза и углекислого газа –  в 1,5. Новые же ГТУ, оснащенные двузонными малоэмиссионными камерами сгорания, позволяют сжигать газовые смеси с 50%-й долей водорода и уже разрабатываются установки, позволяющие использовать только водородное топливо.

Существующие исследования по оценке жизненного цикла ГТУ учитывают не все важные параметры и условия, определяющие углеродный след. Не рассматриваются процессы обработки материалов при производстве элементов оборудования, транспортировка деталей и конструкций, техническое обслуживание и ремонт установки на этапе эксплуатации. Хотя эти показатели значительно влияют на выбросы парниковых газов.

Оценить жизненный цикл ГТУ от добычи сырья до утилизации в конце срока службы – очень трудоемкая задача, так как это многокомпонентное и технически сложное устройство. Для этого ученые Пермского Политеха изучили подходы к оценке жизненного цикла других «топливных» и «бестопливных» (ветрогенераторы, солнечные батареи) установок для производства электроэнергии. На этом основании выявили подход, который позволяет полноценно рассчитать величину углеродного следа от ГТУ в энергетической промышленности.

– Мы рассмотрели аспекты оценки жизненного цикла ветряных турбин, электромобилей, самолетов, автобусов, газотурбинных и парогазовых установок. Проанализировали производство этих устройств, сборку, монтаж и дальнейшее обслуживание, производство самого топлива и электрической энергии, а также направления утилизации объектов. Каждый из этих этапов и процессов по-своему влияет на глобальное потепление, – рассказывает доцент кафедры охраны окружающей среды ПНИПУ, кандидат технических наук Юлия Мозжегорова.

Политехники выяснили, что углеродный след сильно зависит от отдельных материалов, используемых при изготовлении технически сложных устройств. Так, в ГТУ их может быть более 50 и производство основных металлов, и их обработка обеспечивают половину от общих выбросов углекислого газа.

– Оценивая углеродный след отечественной газотурбинной установки (ГТУ-16П) без учета этапа эксплуатации, мы определили, что основной вклад в глобальное потепление вносит этап изготовления и установки ее фундамента (62% от общих выбросов). Углеродный след производства самой установки составил 35%, а утилизации ГТУ и ее фундамента – всего 2,7%, – поделилась Юлия Мозжегорова.

Однако анализ углеродного следа всего жизненного цикла ГТУ показал, что более 99% приходится на этап эксплуатации установки. Значит, чтобы уменьшить выбросы углекислого газа, важно знать, какой объем вырабатывается при производстве и использовании топлива. Например, углеродный след ГТУ при использовании водорода составляет 198 кг СО2-экв/МВт*ч, тогда как с природным газом или дизельным топливом значительно увеличивается до 523 и 757 кг СО2-экв/МВт*ч.

Разработанный подход ученых Пермского Политеха позволяет полномасштабно оценить, как и какие параметры производства электроэнергии в ГТУ влияют на окружающую среду. Исследование показало, что значение углеродного следа газотурбинных установок меньше, чем у других технически сложных устройств. Это говорит об эффективном использовании ГТУ на водородном топливе для производства электроэнергии с точки зрения выбросов парниковых газов.

Фонд развития инноваций в водородной энергетике представляет собой венчурный фонд в виде инвестиционного товарищества. Специалисты фонда ставят перед собой цель обеспечить долгосрочный доход на инвестиционный капитал. Фонд способен объединить финансовые капиталы участников и привлечь финансирование на условиях частного и государственного партнерства. ФРИВЭ инвестируют в развитие проектов в области водородной энергетики.
Сегодня наблюдается изменение энергетического баланса в части перехода от традиционного вида топлива к чистой энергии. Общее внимание сегодня привлекает водород, как наиболее перспективный вид экологически чистого топлива. Все что делается в водородной энергетике в России - создается на основе существующих отечественных разработок прошлого - производство водорода, его транспортировка и потребление. Новые технологии находятся на начальном уровне развития и вовлечение в фонд частного и государственного капитала придаст ускорение развитию данной отрасли.
Водород является чистым источником энергии, который способен стать решением многих энергетических и экологических проблем. Процедура перехода от углеводородного топлива основана на экологических запросах и экономических принципах. Эксперты ФРИВЭ пришли к выводу, что такие меры могут способствовать развитию рынка водородной энергетики и сделать его привычным для потребителя. Наиболее перспективным направлением современной энергетики является использование водорода.
Инвестиции в водородную энергетику
Если брать инвестиционный рынок в целом, то водородная отрасль заметно отстает от динамики широкого рынка. Водородная энергетика представляет собой уникальную инвестиционную возможность с важной частью энергетического баланса. В 26 странах мира уже разработаны многолетние водородные стратегии на национальном уровне. В нашей стране также наблюдается тенденция инвестирования в водородную энергетику среди частных и государственных компаний, но пока это происходит с отстающими темпами.
Есть много преимуществ использования транспортных средств, работающих на водороде. Первым из основных преимуществ является сокращение выбросов парниковых газов и загрязняющих атмосферу веществ. Водородные транспортные средства считаются самыми чистыми в мире, в отличие от других классических автомобилей они не выделяют загрязняющих веществ в окружающую среду. Их стоимость превышает стоимость автомобилей на бензине или дизельном топливе, но это временное явление. При массовом распространении данной технологии, их стоимость будет значительно снижена, но для этого требуются время и деньги на массовое внедрение новых разработок.


Экономические эксперты утверждают, что сегодня стоимость водородного топлива заметно велика, но на протяжении 10-15 будущих лет использование водорода показывает экономическую выгоду. Сегодня большая часть имеющегося водорода производится из ископаемого сырья. Имеется альтернативный способ получения топлива - методом электролиза - расщепления воды на водород и кислород. В таком случае может использоваться возобновляемая энергия и производиться т.н. зеленый водород. Ввиду значительного внимания к водородной энергетике со стороны инвесторов аналитики прогнозируют изменение статистики уже в ближайшие годы. Использование водородного топлива перспективно не только как удешевление и оптимизация общей энергетической системы, но и как значительный вклад в сохранение экологической ситуации не только в нашей стране, но и на всей планете.
Частные и государственные инвестиции в проекты ФРИВЭ призваны способствовать развитию конкурентоспособного производства в нашей стране. Сегодня можно встретить много крупных и мелких компаний, которые работают в водородной экономике. Наблюдается прирост инвесторов, желающих вложить собственные средства в водородную энергетику. ФРИВЭ приглашает всех желающих к сотрудничеству для построения совместного прибыльного бизнеса и экологически чистого будущего.
ФРИВЭ активно сотрудничает с высокотехнологичными стартапами в сфере водородных технологий, поэтому если у вас есть интересный проект или вы готовы инвестировать вместе с нами, отправьте свое предложение на info@h2portal.ru.

Малогабаритные установки по производству водорода из метанола появятся на многотопливных АЗС.
ФРИВЭ заявил о скором появлении малогабаритных установок по производству водорода на многотопливных АЗС. Это может стать решением вопроса развития инфраструктуры для водородных автомобилей. Фонд развития инноваций в водородной энергетике представляет собой венчурный фонд в виде инвестиционного товарищества. Специалисты фонда ставят перед собой цель обеспечить долгосрочный доход на инвестиционный капитал. Фонд способен объединить финансовые капиталы участников и привлечь финансирование на условиях частного и государственного партнерства. Участники фонда инвестируют в развитие проектов в области водородной энергетики.
Из всех видов топлива именно водород является самым энергоемким и легким веществом. Еще с советских времен он использовался для производства аммиака, поэтому его производство сложно назвать уникальным. Идея перехода от углеводородной на водородную энергетику появилась уже давно. Благодаря инвестициям частных и государственных компаний становится реальной идея монтажа малогабаритных установок по производству водорода из метанола на многопрофильных АЗС.

Около десяти лет назад решилась проблема с транспортировкой и хранением водорода для дальнейшего использования в качестве топлива для автомобилей. Сегодня вместо крупных по размеру баллонов для сжатого газа стали применяться легкие, но не менее безопасные емкости из углепластика, которые устанавливаются на автомобиль. Идея получения водорода прямо на АЗС стала реальностью. Главное, что для процесса производства водорода из метанола непосредственно на многотопливных АЗС возможно использовать существующие емкости для хранения метанола, который легко производить на заводах из природного газа и перевозить в обычных бензовозах вместо нефтепродуктов.
Как получить водород?
Главная цель водородной энергетики - оптимизацию уже существующих источников энергии. Работа по созданию и внедрению водородного двигателя связана с множеством научных исследований и разработок. Это требует значительных инвестиций в проект со стороны частных и государственных компаний.
Уйти от проблем транспортировки водорода к месту заправки позволила идея получения его прямо на АЗС. Наиболее подходящий способ перевозки водорода - транспортировка в связанном состоянии в виде метанола. Именно в таком состоянии он будет поставляться на АЗС. На заправочной станции будет установлена небольшая станция по производству водорода. Такой способ получения экономически обоснован и уже используется в Японии и Китае. Исследовательская работа показала, что транспортировка - далеко не самая сложная часть процесса, но встал вопрос и о хранении запаса водорода, который нужно хранить в компримированном состоянии, но есть простое решение- перевозить и хранить метанол, а водород производить в небольших количествах прямо на АЗС.
Многие страны ЕС выделяют в качестве грантового финансирования сотни миллионов евро. Сегодня водородное топливо используется во многих областях. Развитие топливных элементов в России связано в большей мере с космическими программами. 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. Привлечение инвестиций в ФРИВЭ позволит значительно ускорить процесс развития водородной энергетики и получить прибыль от проектов данной отрасли.
ФРИВЭ активно сотрудничает с высокотехнологичными стартапами в сфере водородных технологий, поэтому если у вас есть интересный проект или вы готовы инвестировать вместе с нами, отправьте свое предложение на info@h2portal.ru.