Водородная энергетика: сегодняшние реалии и грядущие перспективы. Часть II

В первой части нашего материала читатели могли познакомиться с возникновением и ролью водородной энергетики в системе мирового хозяйствования. Перед их мысленным взором предстали огромные возможности и перспективы самого распространённого во всей Вселенной вещества, позволяющего извлекать гигантские запасы тепловой и электрической энергии.

Вполне возможно, что некоторые из них всерьёз задумались о возможностях получения водорода в космических условиях. А более реалистичные прагматики решили изучить данный вопрос с целью обретения кое-какой экономической выгоды. Всё это правильно, но пока что гораздо более актуальным представляется интерес к достижениям этого вида альтернативной энергетики, применимо к настоящему времени.

XXI век. Гонка водородных энергетических технологий набирает обороты

Ранее описанное стремительное завоевание рынка средствами водородной энергетики, естественно, нашло своё продолжение и в дальнейшем. Сегодня всё, что только может двигаться, уже давно опробовало на себе водородные топливные элементы или непосредственно водородное топливо. Мало того, – уже находят широкое распространение смеси на основании традиционных топлив и водорода. К их числу можно отнести HSNG – смесь, содержащую в своём составе водород и природный газ.

Транспорт

Разработчики активно изыскивают возможности производить самое распространённое вещество из дистиллированной воды непосредственно на борту практически любого транспортного средства. Это – тяжёлые грузовики и горная техника, где получаемый таким образом водород смешивается с дизельным топливом. Еще есть танкеры, использующие силу ветра в целях выработки водорода.

С целью внедрения водородных топливных элементов и водородного топлива, организован ряд консорциумов и ассоциаций, включающих сотни организаций, работающих в сфере морского транспорта. Испания в лице своей судостроительной компании Navantia S.A. осваивает производство подводных лодок, на борту которых будут размещаться топливные элементы, использующие водород, получаемый из этанола. В 2008 году стартовал проект Zemships, предусматривающий строительство кораблей, оснащённых силовыми установками на базе ВТЭ. Исландский рыболовецкий флот стремительно переводит на водород все свои суда. Интересно, что необходимое для них топливо будет добываться посредством эксплуатации ГЭС и источников геотермальной энергии!

Это что касается непосредственно транспортных средств, среди которых можно также выделить:

  • Производство автомобилей на водородном топливе. Нишу на существующем рынке уже освоили такие компании, как Toyota (пробег в 650 км до следующей заправки может свободно преодолеть созданный ей автомобиль Mirai), Honda, Hyundai. В ближайшей перспективе к ним планируют присоединиться, разрабатывающие соответствующие энергетические модели транспортных средств, – Audi, BMW, Daimler, Nissan, Ford.
  • Водородные поезда в Дании, Германии и Японии.
  • Двухтопливные и гибридные автомобили, выпускаемые пока в ограниченных количествах известными европейскими производителями.
  • Беспилотный самолёт Boeing Company, способный совершать рейсы, отличающиеся значительной продолжительностью и совершаемые на больших высотах.
  • Автомобили, оснащённые водородными топливными элементами, производством которых десятки компаний из Америки, Европы и Азии.
  • Гибрид трамвая и автобуса, оснащённый ВТЭ и маховиком, созданный специалистами из института Fraunhofer (Германия).
  • Вертолёт и беспилотные летательные аппараты, создаваемые в Германии, США и Израиле.
  • Оснащённые водородными топливными элементами велосипеды, вилочные погрузчики, велосипеды, мотоциклы, скутеры и иные виды транспорта.
  • Элементы бортового питания самолётов, судов и крупнотоннажных грузовых автомобилей.

Однако обольщаться не стоит. Существует множество моментов, оказывающих сдерживающее влияние на развитие транспорта, использующего водородное топливо. Одна только эксплуатация его обойдётся владельцу в сумму 100-кратно превышающую эксплуатацию бензинового автомобиля (факт, подтверждённый исследователями из Массачусетского технологического института)!

Энергетика

В 2008-2010 годах крупнейшему итальянскому энергетическому концерну Enel удалось запустить первую водородную электростанцию в городе Фузине. Используя водород, как побочный продукт нефтепереработки, названная станция, мощностью в 12 МВт, располагая также 4 МВт дополнительной мощности от сжигания топочного газа (получаемого в результате работы водородной турбины угольной электростанции) сможет производить 60 млн КВт·ч электрической энергии в год. Что позволит стабильно обеспечивать энергетические нужды 20 тыс. домохозяйств.

В 2018 году в городе Кобе (Япония) на газотурбинной ТЭЦ, мощностью в 1 Мвт удалось довести топливный баланс до 100% содержания H2!

2020 год. Чуть севернее известной всему миру своими трагическими событиями АЭС Фукусимы-1, открывается работающая на солнечных батареях станция по разложению воды, предназначенная для получения водорода.

25 июня 2020 года та же Япония заявила о запуске газотурбинной электростанции на водороде, предназначенной для удовлетворения нужд нефтеперерабатывающего завода компании Tao Oil.

26 октября 2021 года состоялась торжественная церемония запуска самой мощной на сегодняшний день электростанции, работающей на ВТЭ. Событие, подарившее 78,96 МВт генерации жителям Южной Кореи, произошло в портовом городе Инчхон.

Бытовые нужды

Не исключено, что в ближайшем будущем водород начнёт отапливать жилые помещения, став заменой природному газу. При этом сами существующие структуры отопления могут оставаться прежними, лишь подвергнувшись кое-какой модернизации. Во всяком случае, эксперименты в этом направлении уже ведутся на территории Австралии, Великобритании и Германии. Также имеется возможность разбавления природного газа на 20% водородом, что осуществимо и без модернизации.

Есть и другой, более апробированный вариант получения электрической и тепловой энергии в домашнем хозяйстве – топливные элементы. Статистика свидетельствует, что уже к началу 2007 года в мире насчитывалось свыше 5 тыс. стационарных водородных станций мощностью до 10 Квт.

Стратегии и компании

Складывающаяся в области водородной энергетики ситуация такова, что уже не удовлетворяет своих потребностей посредством использования одних только производственных мощностей работающих в этой сфере организаций. Требуются меры широкой государственной поддержки, направленные на научные исследования, ввод новых технологий, значительный рост мощностей, изыскания, акцентированные на поиск природных залежей данного газа. И это происходит:

  • Первой ласточкой, сформировавшей в 2017 году свою национальную стратегию использования водорода, стала Япония. К 2019 году она приняла «Стратегическую дорожную карту для водорода и топливных элементов».
  • В 2019 году на этот же путь вступила Республика Корея, а затем и крупнейший экспортёр энергоресурсов – Австралия.
  • В марте 2020 года к членам «Водородного клуба» присоединяются Нидерланды, в июне к ним добавляются Германия и Норвегия, в июле – Португалия, в сентябре – Франция.
  • Создав в 2003 году Национальную ассоциацию водородной энергетики (НП НАВЭ), российское правительство в 2020 году утверждает план мероприятий направленных на всемерное развитие водородной энергетики. Он был положен в основу «Концепции развития водородной энергетики до 2024 года», предусматривающей экспорт этого энергоносителя, что позволило бы получать от 23,6 до 100,2 млрд долларов ежегодно.

На сегодняшний день в списках крупнейших игроков на рынке водородной энергетики можно увидеть:

  • среди производителей самого газа:
    1. Air Products
    2. Linde
    3. Cummins.
    4. Praxair.
    5. Air Liquide.
    6. BOC Group.
    7. Iwatani International.
    8. среди изготовителей топливных элементов:
    9. Ballard Power Systems.
    10. Bloom Energy.
    11. Fuel Cell Energy.
    12. Plug Power.
    13. Power Cell Sweden.
  • среди компаний, осуществляющих выпуск электролизеров:
    1. McPhy Energy.
    2. Nel ASA.
    3. ITM Power.

Можно констатировать, что «Росатома» и «Газпрома» среди них нет, так как они заняты осуществлением целого ряда пилотных проектов, в числе которых можно выделить:

  • разработку технических средств по производству водорода на низкоуглеродной основе,
  • создание турбин, работающих на метано-водородном топливе,
  • изучение возможностей получения водорода на базе АЭС,
  • постепенное внедрение водородной энергетики в сферу железнодорожного транспорта.

Среди других компаний, подвизающихся в области нового направления энергетики, можно упомянуть «Норильский никель», вложивший сюда в своё время сотни миллионов долларов. Однако позже инициатива по использованию электрохимических технологий в области водородной энергетики перешла в руки АО «Группа компаний ИнЭнерджи», сумевшей воплотить в жизнь существенную часть имеющихся идей и разработок. Одним из положительных результатов отрасли, включающей в себя эти и целый ряд других организаций, стал троекратный рост производства водорода, достигший к 2019 году 1,95 млрд м3.

На территории Российской Федерацией одной из пилотных площадок по реализации российской водородной стратегии выступает Кольская АЭС, а в качестве территории размещения соответствующего кластера был выбран Сахалин – место значительного сосредоточения энергетических ресурсов, привлекшее к себе внимание российских и французских организаторов и производителей, и направленное на потребителей из Азиатско-Тихоокеанского региона.

В заключение необходимо отметить, что водородная энергетика, представляющая собой, казалось бы, столь перспективное направление развития мирового энергохозяйства, не лишена целого ряда серьёзнейших недостатков, порождающих множество трудно разрешимых проблем. Как всегда бывает в подобных случаях, решение их можно найти лишь на стыке – синергии традиционных и возобновляемых источников энергии, имеющих значительную финансовую основу.

Только такое взаимодействие позволить и дальше развивать как промышленную основу, так и поиск природных водородных месторождений, могущих поставить водородную энергетику на новый экономический и технический уровень развития.