0
9341
Газета Печатная версия

17.01.2022 16:55:00

Вопросы цены и безопасности сдерживают переход на альтернативное топливо

Практическое использование водорода связано с рядом нерешенных политических, технологических и технических проблем

Тэги: энергопереход, энергоносители, цена, безопасность, альтернативное топливо, водород, исследование, климат, защита


энергопереход, энергоносители, цена, безопасность, альтернативное топливо, водород, исследование, климат, защита Водород пока считается энергоносителем будущего, но его производство представляет собой довольно сложный технологический процесс. Фото Reuters

Энергопереход к декарбонизированной энергетике связывается с замещением ископаемых энергоносителей водородом. Этой теме была посвящено исследование, выпущенное берлинским фондом «Наука и политика» в декабре 2021 года. Авторы – известные немецкие исследователи, сотрудники фонда Юлиан Гриншгл, Якопо Мариа Пепе и Кирстен Вестфаль. Исследование вышло под названием «Новый мир водорода: геотехнологические, геоэкономические и геополитические особенности применения для Европы».

В преамбуле исследования отмечается, что надежды на всеохватывающее применение водорода в мире велики и водород будет последовательно – пусть и частично, оговариваются авторы, – замещать нефть и газ в качестве энергоносителей и таким образом создавать новые товарные потоки. Политика стоит на пороге решений, которые станут в будущем определять контуры водородного мира.

Что касается самой Германии, то использование водорода будет скорее связано не с производством электроэнергии. Согласно статистике, энергопотребление в стране достигает 2500 ТВт (в 1 ТВт содержится 10 в девятой степени киловатт). В то же время только 560 ТВт приходится на электроэнергию. В исследовании, правда, упоминается энергоэффективность, использование возобновляемых источников как метод борьбы с выбросам парниковых газов. Но именно водород должен параллельно с этим найти широкое применение, чтобы человечество смогло добиться решающего поворота в эмиссии прежде всего двуокиси углерода.

В этом контексте понятно, что использование водорода не является самоцелью, а лишь служит решению проблемы защиты климата.

Для глубокой и быстрой декарбонизации и установления связи между различными секторами водород незаменим и как средство накопления и хранения энергии. В этом плане он найдет применение в таких отраслях, которые с трудом поддаются декарбонизации, как химия, производство стали, алюминия и цемента, а также в производстве удобрений, при добыче нефти и нефтехимии. Сейчас, по оценке автора, уже ясно, что без использования производных водорода в среднесрочном плане не обойтись в таких отраслях, как воздушное и морское сообщение и перевозка крупногабаритных и тяжелых грузов.

Но именно в применении водорода, согласно заключению Международного энергетического агентства (МЭА), имеются значительные недоработки, что касается механизмов регулирования и применения. Для успешного применения водорода необходимо расширение его производства и аналогичное снижение стоимости производства, как это происходит при снижении стоимости производства электроэнергии с помощью возобновляемых источников. Технологии для этого имеются, но они должны быть соответственно масштабированы и создана инфраструктура поставок и бизнес-модели. Пока же прежде всего ценовые различия между ископаемыми энергоносителями и произведенным водородом достаточно велики, чтобы говорить об эффективности, например, замены бензина на водород.

К вышесказанному следует добавить некоторые скептические размышления российских ученых, которых нет в анализе берлинского фонда. Но скорее всего авторы доклада фонда эти трудности имеют в виду, когда предлагают прежде всего политические решения водородной проблематики.

О чем идет речь?

Водород сложно и дорого производить, а его эксплуатация крайне опасна. Об этом в интервью ФАН заявил инженер Сколковского института науки и технологий, гендиректор одной из компаний-резидентов Евгений Ерхан. «Водородно-топливная энергетика, по моему мнению, – это абсолютно тупиковая ветвь развития, не имеющая никакого продолжения», – заявил собеседник агентства. По словам ученого, использование водородных двигателей в транспортных средствах в случае попадания такого автомобиля или автобуса в аварию чревато большим количеством жертв. «Представьте себе, что у вас в машине баллон 700 атмосфер и вы на этой машине влетаете в стену или в аварию попадаете. Так вот, при ударе ваш баллон превращается в гранату, разрывая все вокруг себя, – пояснил инженер. – Если вы возьмете статистику, посмотрите, какое количество аварий в России произошло и какое количество машин загорелось, оно просто ничтожно мало. Но если в автомобиле будет баллон с водородом и если он взорвется, то мало того, что 100-процентно пострадает человек, который находится внутри машины, так еще и автомобиль превратится в шрапнель, куски гранаты, которые будут уничтожать все вокруг себя». Ученый привел в пример случаи взрывов баллонов с бытовым газом в жилых домах, которые способны разрушить несколько квартир и даже несколько этажей друг над другом. «Давление в газовом баллоне при этом всего 14 атмосфер, а в водородном – 700 атмосфер. Это опасная, страшная технология», – подчеркнул Ерхан.

Он также обратил внимание на то, что водород является крайне сложным в производстве газом. «Добывать водород при помощи электролиза воды крайне неэффективно и очень дорого, это колоссальные затраты энергии. На сегодняшний день единственным эффективным способом получения водорода является сжигание метана. В итоге получается водород, и в машине, или где бы вы его ни использовали, выбросов не будет», – заметил он.

Но для того, чтобы получить этот водород, придется обязательно загрязнять атмосферу в процессе производства этого водорода», – пояснил эксперт.Собеседник агентства подчеркнул, что еще одним аргументом против использования водорода является энергоемкость таких двигателей: она значительно меньше, чем у традиционных двигателей внутреннего сгорания. «Что бы ни делали, как бы ни танцевали, но если вы возьмете водородный самолет и керосиновый самолет, то второй будет летать дольше – это факт. Некоторые доказывают, что это несовершенная технология, что ее нужно доработать, что водородно-топливной энергетике еще только 20 лет. Но эти 20 лет прошли, и за это время не сильно-то поменялась технология. В ее основе в любом случае лежат платиновые либо палладиевые мембраны. И платина, и палладий – это колоссально дорогие элементы», – добавил Ерхан.

1-9-002480.jpg
Энергоемкость двигателей на водородных
технологиях значительно меньше,
чем у традиционных двигателей
внутреннего сгорания.  Фото Reuters
Отдельный вопрос, по словам ученого, связан с созданием специальной инфраструктуры для работы с водородом.

«Водород должен находиться в специальных газгольдерах, далеко от помещения. Его молекулы очень маленькие, даже через стекло проходят – для его хранения не подходят баллоны для обычного метана, пропана или бутана. Емкости для хранения водорода более сложны в изготовлении и стоят дороже, – отметил собеседник ФАН. – Водородная инфраструктура очень сложна: для нее необходимы редукторы, трубы, шланги, индикаторы утечки водорода». Коварство водорода заключается в том, что при мельчайшем размере молекулы, способной проникать через большинство материалов, он не имеет запаха. Человек не способен почувствовать утечку водорода – в отличие, например, от бытового газа. При этом водород легковозгораем и взрывоопасен, предупреждает эксперт.

«Водородные топливные элементы можно использовать разве что вместо батареек, вместо ячеек, – сказал Ерхан. – В самолетной индустрии есть только одна причина заниматься водородом: у водородных топливных элементов суммарная энергоемкость больше, чем у литий-полимерных батареек. Но если сравнить этот же показатель с бензином, то бензин выигрывает. Условно говоря, если ваш коптер на батарейке пролетает 40 минут, а на водородном топливе – около двух часов, то на бензине он пролетает примерно три с половиной часа. КПД бензиновых двигателей гораздо выше, чем КПД водородных ячеек».

Поэтому, считают авторы исследования фонда, именно политики должны решить, что важнее в применении водорода: его цветность («голубой», «зеленый», «коричневый» и т.д.), или, другими словами, источник происхождения (вода, газ, атомная энергия, уголь) либо содержание парникового газа, возникающего при его производстве. В этом плане в различных странах имеется разный подход к этой проблеме. Так, в Японии, Южной Корее и в США подходят к ней чисто технологически.

Для них главное состоит в том, чтобы при производстве 1 кг водорода на каждое место производства выделялось в ходе производства не более 2 кг эквивалента двуокиси углерода. Германия же фокусируется на «зеленом» водороде, произведенном с использованием только альтернативных источников энергии. И только такой водород, согласно нынешним немецким представлениям, может стать в 2050 году частью реализованного энергетического поворота. Именно политики определяют, где должны применяться водород и его производные. Водород занимает особое место среди главных отличительных черт климатической защиты, и это прежде всего касается таких энергоемких отраслей, как, например, сталелитейное производство. В плане же теплоснабжения и в сфере пассажирского движения его применение пока еще является спорным. С одной стороны, не стоит пренебрегать скоростью экономии выбросов парниковых газов, с другой – увлекаться глубиной декарбонизации. Начавшийся процесс внедрения водорода в экономику трудно реализовать без каких-либо промежуточных ступеней. Это авторы исследования объясняют тем, что, например, организовать использование водорода в сталелитейной промышленности потребует сначала определения объемов водорода, необходимого для поставки на заводы. Следующим шагом станет не только сооружение производственных объектов для водорода, но и создание возможности для его хранения и передачи. А это уже создание сложных логистических цепочек.

Для будущего применения водорода необходимо определиться, какое вещество будет использоваться: сам водород или его производные – аммониак, метанол или другие синтетические продукты, полученные в результате использования процесса Фишер–Тропш. Напомним, что это химическая реакция, происходящая в присутствии катализатора, в которой моноксид углерода (СО) и водород (Н2) преобразуются в различные жидкие углеводороды. Их же используют в качестве синтетических смазочных масел или синтетического топлива. Главным критерием в этом случае будут расходы. Тот, кто быстрее и дешевле сможет организовать всю цепочку от производства до поставок, тот и будет владеть рынком сбыта.

Важным фактором в водородной истории остается сертификация. Именно технические нормативы и стандарты, различные в странах, будут определять и деловые модели, и соответственно шансы для стран-партнеров выйти на рынок ЕС.

Для Германии и ЕС, утверждают авторы, главным вызовом в такой ситуации является анализ спроса и предложения под углом зрения регулирования внутреннего рынка и конкуренции. Другими словами, возникает вопрос, как реализовать в ЕС водородный рынок и согласовать его с импортом извне.

В России и в водородной тематике избрали собственный путь, и политические решения на этом направлении уже приняты. Как известно, правительство России ранее утвердило план по развитию водородной энергетики в стране до 2024 года, а направление, связанное с разработкой технологий атомно-водородной энергетики, включено в комплексную программу «Развитие техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года». Речь идет о создании крупномасштабного экологически чистого производства водорода на базе высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов. Назван срок пуска первой в России атомной станции для наработки водорода.Первую в России атомную станцию для наработки водорода планируется запустить к 2033 году, а ввести в промышленную эксплуатацию – к 2036 году, сообщил в интервью РИА Новости генеральный директор машиностроительного дивизиона госкорпорации «Росатом» холдинга «Атомэнергомаш» Андрей Никипелов. Участие «Атомэнергомаша» в водородных проектах рассматривается по нескольким направлениям – это и разработка проекта атомной энерготехнологической станции (АЭТС) для производства водорода, и создание систем оборудования для его хранения и транспортировки, сказал Никипелов. По его словам, сейчас предприятие «Атомэнергомаша» ОКБМ Африкантов (Нижний Новгород) завершает разработку эскизного проекта высокотемпературного газоохлаждаемого реактора.

Понятно, что российские решения приняты еще до политических решений в ЕС и допуск российского водорода на рынок ЕС остается в связи с этим весьма неопределенным. 


Оставлять комментарии могут только авторизованные пользователи.

Вам необходимо Войти или Зарегистрироваться

комментарии(0)


Вы можете оставить комментарии.


Комментарии отключены - материал старше 3 дней

Читайте также


Константин Ремчуков. Экономические показатели Китая заметно снижаются, власти КНР не согласны с заявлениями Запада по Сенкаку

Константин Ремчуков. Экономические показатели Китая заметно снижаются, власти КНР не согласны с заявлениями Запада по Сенкаку

Константин Ремчуков

Мониторинг ситуации в Китайской Народной Республике по состоянию на 16.05.22

0
3194
Газовую подушку для Старого Света наполняют всем миром

Газовую подушку для Старого Света наполняют всем миром

Олег Никифоров

Зеленые предпочитают закрывать глаза на экологически "грязный" американский СПГ

0
2774
Когда и от чего погибнет наша планета

Когда и от чего погибнет наша планета

Олег Никифоров

Версии сроков катастрофы разнятся от нескольких десятилетий до миллиарда лет

0
2378
Геополитические противоречия не должны препятствовать достижению экологических целей

Геополитические противоречия не должны препятствовать достижению экологических целей

Ирина Гайда

Египетская конференция призвана сплотить мир перед лицом глобального потепления

0
2204

Другие новости