Vozidlá na vodíkové palivové články už boli uvedené na trh spoločnosťami ako Hyundai, Honda a Toyota, ako aj niekoľkými ďalšími čínskymi spoločnosťami. Doprava však nie je zďaleka jediným smerom vodíkovej energie.
Vo významných správach posledných rokov o miniatúrnych „solárnych obkladačkách“, o veľkých veterných turbínach na mori, o podzemných úložiskách CO2, o úložných zariadeniach Tesla a iných pôžitkoch z Energiewende (energetická transformácia) to ešte nie je príliš čitateľné, ale už je počuť vzdialené búrenie novej búrky všetkých tradičných dodávateľov ropy. elektrina a plyn. Táto búrka môže preniknúť do diaľky alebo môže zničiť celé tradičné podnikanie energetických gigantov a zároveň aj hospodárstva krajín, ktoré vyvážajú uhľovodíky, alebo sa môže stať životodarným dažďom, čím sa podporí vznik novej ekonomiky.
Tento nový útok je iba najbežnejším prvkom vo vesmíre. Vodík. Niektoré predpovede okolo tohto prvku za tridsať rokov budú mať priemysel s ročným obratom dva a pol bilióna dolárov a tridsať miliónov pracovných miest, ktorý bude schopný vytlačiť takmer 20% fosílnych palív zo svetovej ekonomiky.
Skúsme zistiť, aké sú šance týchto scenárov.
Odkiaľ prišiel?
Keďže Lavoisier nazval vodík pred dvesto tridsiatimi piatimi rokmi, bol schopný zaujať popredné miesto v priemysle. Vodík sa používa na výrobu metanolu, amoniaku a jedlého margarínu a spracováva sa ním olej. Je nemožné „z prírody“čerpať vodík v čistej forme, takže je potrebné spracovať ďalšie látky - hlavnou metódou jeho výroby je parné reformovanie uhľovodíkov. Svet vyprodukuje za rok zhruba šesťdesiatpäť miliónov ton vodíka (ak porovnáme: zemný plyn sa vyrába takmer štyridsaťkrát viac).
Upozornili sme na osobitné vlastnosti vodíka ako paliva v polovici minulého storočia - jeho spaľovacie teplo je niekoľkokrát vyššie ako u benzínu, zemného plynu alebo motorovej nafty rovnakej hmotnosti a nevytvárajú sa žiadne emisie, iba vodná para. V Spojených štátoch v roku 1970 existovali publikácie o prevode prepravy na vodík, súčasne sa stal populárnym aj pojem „vodíková ekonomika“- je to akýsi obraz budúcnosti, v ktorom sa americké mestá úplne vzdialia od „uhľovodíkovej ekonomiky“, vodík sa používa ako palivo pre domy, autá, elektrárne a energia sa skladujú s vodíkom a podľa potreby sa vyrábajú vetrom a slnkom. Inými slovami, vodíková ekonomika je založená na vodíku ako najekologickejšom a najuniverzálnejšom nosiči energie, ktorý spája tepelnú energiu,odvetvia elektrickej energie a dopravy. Čoskoro prišla ropná kríza a rozvoju vodíka sa prikladal väčší význam. Napríklad v ZSSR sa v 80. rokoch objavili „vodíkové“mikrobusy RAF, lietadlo založené na Tu-154 a vodíkový raketový motor pre „Energiu“. Osud tohto projektu je nezáviditeľný - napríklad pridelenie najmenej jednej tretiny využiteľného objemu priestoru pre cestujúcich na palivové nádrže v lietadle, čo výrazne ovplyvnilo náklady na dopravu. V lietadle musela byť aspoň jedna tretina užitočného objemu priestoru pre cestujúcich pridelená na palivové nádrže, čo výrazne ovplyvnilo náklady na dopravu. V lietadle musela byť aspoň jedna tretina užitočného objemu priestoru pre cestujúcich pridelená na palivové nádrže, čo výrazne ovplyvnilo náklady na dopravu.
Propagačné video:
Prečo to ešte nebolo vypracované?
V 20. storočí nedošlo k žiadnemu globálnemu prechodu dopravy na vodík. Náklady na kilometrový beh na vodík boli omnoho vyššie ako na bežné palivo. Hlavným dôvodom sú vysoké náklady: výroba vodíka z uhľovodíkov (reformovanie pary) alebo vody (elektrolýza) vyžaduje veľa energie. Okrem toho je parné reformovanie uhľovodíkov sprevádzané uvoľňovaním skleníkového plynu - CO2, ktorého cieľom je okrem iného smerovanie myšlienky prenosu prepravy na vodík. Výroba vodíka pomocou elektrolýzy (rozklad vody na kyslík a vodík pomocou elektriny) sa ukázala byť ešte nákladnejšia ako reformovanie parou a na výrobu potrebnej elektriny bolo potrebné spaľovať palivo so všetkými emisiami. To všetko trochu znížilo počiatočný záujem,a vodíková ekonomika ako celok zostala až do konca dvadsiateho storočia iba „obrazom budúcnosti“.
Čo sa zmenilo?
„Energetický prechod“v globálnom energetickom priemysle v rokoch 2000 - 2010 viedol k rýchlemu rozvoju obnoviteľnej energie, najmä solárnej a veternej výroby. Náklady na tieto technológie neustále klesajú (súčasná hodnota elektrickej energie zo slnečnej a veternej výroby v Spojených štátoch sa podľa spoločnosti Lazard v rokoch 2009 - 2016 znížila o 70 - 80%). Trh rýchlo rastie (podľa IRENA bolo na svete uvedených do prevádzky 71 GW fotovoltaických solárnych elektrární a 51 GW veterných elektrární a v roku 2017 sa očakáva potvrdenie 90 a 40 GW) - tak, Iba za posledné dva roky bolo na svete zadaných viac kapacít na výrobu veternej a solárnej energie, ako je celková kapacita všetkých elektrární Jednotného energetického systému Ruska.
Ročné investície v tomto odvetví dosahujú viac ako 250 miliárd dolárov - dvakrát toľko ako investície do výroby fosílnych palív. Záznamy cien solárnej energie v Mexiku, Dubaji, Peru, Abú Zabí, Čile, Saudskej Arábii, veternej energii v Brazílii, Kanade, Nemecku, Indii, Mexiku a Maroku dosiahli úroveň približne 1,7 rubľov za kWh (pri porovnaní: obyvatelia Moskvy a regiónu platia za elektrinu vo svojich domovoch dvakrát až trikrát).
Ako predpovedá Medzinárodná energetická agentúra, do roku 2040 bude podiel výroby elektrickej energie zo slnečných a veterných elektrární na svete od 13% do 34% (v roku 2016 - 5%). Je zrejmé, že podiel týchto zdrojov v niektorých regiónoch bude ešte väčší.
Elektrotechnický priemysel sa teda čoraz viac zameriava na zdroje výroby, ktoré sú stochastické a závisia od dennej doby a klimatických podmienok. Vplyv kolísania výroby vo veterných a solárnych elektrárňach (keď slnko náhle prestane svietiť a vietor vane) na energetickú sústavu, ak je ich podiel v regióne vysoký, je porovnateľný s chaotickým zapínaním a vypínaním veľkej KVET - niekoľkokrát denne. Navyše, niekedy tieto stanice vyrábajú oveľa viac, ako potrebujú všetci spotrebitelia elektrickej energie, a potom sa náklady na elektrinu ukážu ako „negatívne“- napríklad takéto správy prichádzajú pravidelne z Nemecka.
Naučili sme sa, ako sa vysporiadať s takýmito výkyvmi vytvorením zariadení na ukladanie energie, ktoré sa „nabíjajú“v obdobiach prebytočnej energie a „vybíjajú sa“v obdobiach nedostatku energie. Ak v 20. storočí zohrávali úlohu takýchto skladovacích zariadení iba čerpacie skladovacie stanice, v súčasnosti sa elektrochemické skladovacie zariadenia aktívne vyvíjajú, z ktorých najznámejšie sú Teslove „čerstvé“projekty v Kalifornii a Austrálii. Navigant Research predpovedá zvýšenie ročného uvedenia skladovacej kapacity obnoviteľných zdrojov energie z približne 2 GW v roku 2018 na 24 GW v roku 2026 - dvanásťkrát za osem rokov. Ročný príjem na tomto trhu sa do roku 2026 úmerne zvýši na 24 miliárd dolárov.
Rastúca potreba skladovania energie prinútila ľudí znova premýšľať o vodíka.
Obnoviteľná energia - na čerpacích staniciach
Vodík sa mohol vyrábať elektrolýzou predtým, ale potom bolo potrebné využiť energiu tradičných tepelných elektrární spaľujúcich palivo. Pokiaľ ide o prebytok a lacnú elektrinu zo solárnych a veterných fariem bez emisií CO2, prečo ju neprevodiť na vodík, ktorý sa dá použiť ako čisté palivo, napríklad pre automobily? Okrem toho to umožní opustiť uhľovodíky ako suroviny na výrobu vodíka. Mnoho inovatívnych spoločností v Európe a vo svete postupuje presne touto cestou. Britská ITM Power sa zúčastňuje na projekte Hydrogen Mobility Europe (H2ME), ktorého cieľom je do roku 2019 spustiť sieť dvadsiatich deviatich čerpacích staníc pre vodík v desiatich európskych krajinách.ktorá bude slúžiť dvesto vozidlám s vodíkovými palivovými článkami a sto dvadsaťpäť hybridných nákladných automobilov. Švédska spoločnosť Nilsson Energy sa špecializuje na riešenia izolované od siete, ktoré využívajú slnečnú a veternú energiu na výrobu a ukladanie vodíka a na pohonné hmoty automobilov a energetických budov.
Vozidlá na vodíkové palivové články už uviedli na trh spoločnosť Honda, Toyota, Hyundai a niekoľko čínskych spoločností. Cieľovou víziou medzinárodného konzorcia Rady pre vodík, založeného v Davose v roku 2017 najväčšími priemyselnými spoločnosťami pod vedením spoločnosti Toyota, je do roku 2050 viac ako 400 miliónov osobných automobilov, 15 - 20 miliónov nákladných automobilov, 5 miliónov autobusov jazdiacich na vodík (tj asi 20 - 25% Celkom). 78% globálnych riadiacich pracovníkov v automobilovom priemysle, ktorých prieskum KPMG uskutočnil v roku 2017, verí, že tieto vozidlá budú prielomom v sektore elektrických vozidiel a zatienia automobily poháňané batériou.
Doprava však nie je zďaleka jediným smerom.
Vodík do každej domácnosti
Stacionárne palivové články (palivové články) - dynamicky sa rozvíjajúca technológia, ktorá umožňuje prijímať elektrickú a tepelnú energiu z vodíka alebo zemného plynu priamo v oblasti domu alebo v suteréne domu. Pri použití vodíkovo čistej vody, ktorá sa dá použiť na klimatizáciu, existuje len jedna emisia. Kompaktné modulárne jednotky veľkosti chladničky sú absolútne tiché. Podľa prognózy Navigant Research sa kapacita stacionárnych palivových článkov zvýši z 500 MW v roku 2018 na 3 000 MW v roku 2025.
Takéto inštalácie sú kombinované s obnoviteľnými zdrojmi energie, elektrolyzérmi, akumulačnými jednotkami a umožňujú vám vytvoriť plnohodnotné autonómne zdroje energie pre domácnosť. Súčasné náklady na elektrickú energiu z palivových článkov na zemný plyn v Spojených štátoch sa podľa spoločnosti Lazard (106 - 167 USD za MWh) už približne rovnajú ukazovateľom jadrových (112 - 183 USD / MWh) a uhoľných (60 - 231 $ / MWh) elektrární a nižšia ako súčasná hodnota jednotlivých strešných solárnych panelov (187 - 319 USD za MWh). V Japonsku bolo v roku 2014 vďaka rozsiahlym vládnym dotáciám viac ako 120 000 takýchto zariadení a cieľové hodnoty sú do roku 2020 viac ako 1 milión a do roku 2030 viac ako 5 miliónov.
Keďže technológie sú lacnejšie (hromadná výroba, štandardizácia) a dosahujú svoju sebestačnosť, japonská vláda plánuje začať zavádzať palivové články na vodík - očakáva sa, že k tomu dôjde do roku 2030. Palivové články sú nepochybne najdôležitejším sľubným segmentom distribuovaných energetických technológií, ktorých potenciál v Rusku podľa nedávnej štúdie Energetického centra Školy Skolkovo postačuje na pokrytie najmenej polovice potreby výroby kapacít do roku 2035.
Power-to-Gas
Vodík získaný z obnoviteľných zdrojov energie sa môže zmiešať do prepravných a distribučných sietí plynu. Takáto stanica funguje vo Frankfurte nad Mohanom od roku 2014 a do miestnej distribučnej siete plynu pridáva až 2% vodíka (takéto obmedzenie obsahu vodíka umožňuje vôbec nič nezmeniť ani v sieťach, ani u spotrebiteľov). V Nemecku existuje niekoľko podobných objektov, nachádzajú sa tiež v Taliansku, Dánsku a Holandsku. Vodík sa niekedy premiešava do bioplynu, čím sa zvyšuje jeho hodnota.
Vo Veľkej Británii sa vodík považuje za spôsob, ako drasticky znížiť emisie z domácností (85% domácností v krajine spaľuje zemný plyn na vykurovanie). V prípade mesta Leeds, ktoré má viac ako 780 000 obyvateľov, sa v roku 2017 uskutočnilo podrobné posúdenie investičnej potreby na úplnú konverziu systému dodávky plynu na vodík - od výmeny kotlov u spotrebiteľov po vytvorenie podzemných zásobníkov vodíka a jednotiek na reformovanie pary. Výška investície sa odhaduje na sto šesťdesiat miliárd rubľov. Tento projekt bude rozšírený na celú krajinu, najmä preto, že britské mestá v 19. a prvej polovici 20. storočia už používali umelý „mestský plyn“obsahujúci až 50% vodíka. Medzitým plánujú plynárenské spoločnosti postupne zvyšovať podiel vodíka na 20%,zabránenie rozsiahlej rekonštrukcii plynových sietí a kotlov u spotrebiteľov.
Japonské spoločnosti od roku 2013 diskutujú s RusHydro o možnosti vytvorenia závodu na výrobu vodíka na ruskom Ďalekom východe, ktorý využíva exportnú technológiu na prepravu plynu. Výpočty japonskej strany sa zakladajú predovšetkým na použití lacnej elektriny z vodných elektrární. Na základe dohody podpísanej na východnom ekonomickom fóre na jeseň 2017 má spoločnosť Kawasaki Heavy Industries aktualizovať štúdiu uskutočniteľnosti tohto projektu. Keďže sa infraštruktúra na Ďalekom východe vyvíja a náklady na elektrolýzu a technológie vodíkovej logistiky klesajú, záujem o tieto projekty bude samozrejme stúpať. Vzhľadom na obrovský potenciál obnoviteľnej energie v tomto regióne je možné predvídať vznik sľubných vývozných projektov.
Vodík - integrátor plynovej chémie a energie
Najpôsobivejší projekt je však teraz na severe Holandska. V tomto regióne, ktorý sa nachádza priamo nad plynovým poľom v Groningene (príčina „holandskej choroby“), sa energia bioplynu už niekoľko rokov rozvíja. Už pred piatimi rokmi jazdili autá ulicami na plyn - biometán vyrobený z odpadu poľnohospodárskeho priemyslu v oblasti s rozlohou dve Moskvy. Nie je prekvapujúce, že tu bol s podporou Európskej únie projekt Chemport Europe, ktorý sa začal pred rokom, ktorého hlavným cieľom je vytvoriť plnohodnotný chemický klaster na plyn, ktorý bude fungovať výlučne na miestnych biologických zdrojoch a vodíku s nulovými emisiami CO2. Spracováva sa drevná biomasa, uhľohydráty vytvorené v procese sa používajú v chémii. Elektrická energia z veterných elektrární na mori sa elektrolyzérmi premieňa na vodík a kyslík. Kyslík a vodík sa používajú v chémii a kyslík sa tiež podieľa na splyňovaní spracovanej biomasy z miestnych polí s rozlohou viac ako milión hektárov. Splyňovanie umožňuje získať syntetický plyn - čistú zmes vodíka, CO2 a CO. Pridáva sa tam aj čistý vodík z veterných turbín. Z tohto plynu sa získava kyselina dusičná, metanol, etylén, propylén, butylén - látky, ktoré môžu úplne vytlačiť ropu a zemný plyn z ich stabilných pozícií ako suroviny pre chemický priemysel.ktoré môžu úplne vytlačiť ropu a zemný plyn zo svojich stabilných pozícií ako suroviny pre chemický priemysel.ktoré môžu úplne vytlačiť ropu a zemný plyn zo svojich stabilných pozícií ako suroviny pre chemický priemysel.
Iniciátori projektu vyhlasujú, že chcú priblížiť náklady na syntetický plyn k nákladom na zemný plyn. Syngas môže byť poslaný na skvapalnenie (bio-LNG), tankovanie vozidlami a použité na iné klasické potreby.
Počiatočná investícia do projektu je 50 miliónov EUR, z čoho 15 miliónov EUR sa poskytuje z grantov Európskej únie.
Vodíková olympijská dedina
V Tokiu sa buduje olympijská dedina na olympijských hrách 2020, do ktorých sa dostane až 17 000 hostí. Hlavným zdrojom energie v dedine bude vodík: autá, benzínové pumpy, palivové články, teplo a elektrina v domoch, plyn v kachliach a kotloch - to všetko bude fungovať na vodík.
Je všetko také bez mračna?
Medzi skeptikov vodíkovej energie patria nielen konzervatívci, ale napríklad aj Elon Musk (hoci má, samozrejme, konflikt záujmov: lítium-iónové batérie Tesly sú priamym konkurentom technológie na výrobu energie z plynu). Označuje nebezpečenstvo manipulácie s vodíkom počas skladovania: úniky je takmer nemožné odhaliť a existuje možnosť vzniku výbušnej zmesi. Niektorí obyvatelia Tokia vyjadrili podobné obavy. Či je možné tieto problémy efektívne a lacno vyriešiť na pozadí vývoja konkurenčných technológií, ukáže čas. Medzitým sa v centrách svetových metropol objavujú čerpacie stanice vodíka.
Stávky už boli uzavreté
Podľa rôznych odhadov sa zatiaľ investície do vodíkovej energie odhadujú na približne 0,85 - 1,4 miliardy EUR ročne. Konzorcium Rady pre vodík plánuje v priebehu piatich rokov investovať 13 miliárd dolárov do sietí na plnenie vodíkových staníc a do vozidiel na vodík. Podľa amerického ministerstva energetiky sektor palivových článkov už zamestnáva 16 000 občanov (s potenciálom rastu až 200 000) a finančná podpora z rozpočtu vlády USA je už mnoho rokov okolo 100 miliónov dolárov ročne. Niekoľko desiatok spoločností, výskumných stredísk a univerzít na celom svete pracuje na znižovaní nákladov na vodíkové technológie, najmä cieľom je znížiť náklady na výrobu vodíka elektrolýzou z 11,5 USD na 5,7 USD za kilogram,ako aj zníženie nákladov na palivové články (trikrát až päťkrát) a skladovanie vodíka (dvakrát až trikrát). Po dosiahnutí týchto cieľov je zrejmé, že „vodíková ekonomika“bude k nám omnoho bližšia, ako si dnes vieme predstaviť.
Ako to ovplyvní svetové trhy s ropou a plynom? Čo to bude znamenať pre ruskú ekonomiku? Ako nájdeme svoje miesto vo svete vodíkovej ekonomiky? To všetko sú otázky, na ktoré treba pripraviť odpovede.