Топливные элементы/

Ниже приводится соответствующий ответ:

Преимущества топливных элементов/элементов

Топливный элемент – это устройство, которое вырабатывает постоянный ток и тепло из топлива, богатого водородом, в результате электрохимической реакции.

Топливный элемент похож на аккумулятор в том смысле, что он вырабатывает постоянный ток в результате химической реакции. Топливный элемент содержит анод, катод и электролит. Однако, в отличие от батарей, топливные элементы не могут накапливать электроэнергию, не разряжаются и не требуют электричества для подзарядки. Топливные элементы могут непрерывно вырабатывать электроэнергию, пока у них есть запас топлива и воздуха.

В отличие от других генераторов энергии, таких как двигатели внутреннего сгорания или турбины, работающие на газе, угле, мазуте и т.д. Это означает отсутствие шумных роторов высокого давления, громкого шума выхлопа и вибрации. Топливные элементы производят электроэнергию посредством бесшумной электрохимической реакции. Еще одной особенностью топливных элементов является то, что они преобразуют химическую энергию топлива непосредственно в электричество, тепло и воду.

Топливные элементы очень эффективны и производят мало парниковых газов, таких как углекислый газ, метан и закись азота. Единственными выбросами являются вода в виде пара и небольшое количество углекислого газа, который вообще не выделяется, если в качестве топлива используется чистый водород. Топливные элементы собираются в блоки, а затем в отдельные функциональные модули.

Цветовая классификация методов выделения водорода включает пять типов выделения: черный, коричневый, серый, синий и зеленый. Эта градация не имеет ничего общего с цветом самого газа. “Черный” водород производится путем окисления нефти и угля, при этом выделяется значительное количество CO2, что не является экологически чистым способом производства водорода. Бурый водород производится путем окисления редкого и дорогого бурого угля. Серый водород производится путем каталитического преобразования метана в присутствии пара при температуре 1000 °C. Выходной продукт – водород и углекислый газ. “Голубой водород” – это усовершенствованный вариант добычи природного газа, при котором побочный продукт CO2 улавливается и не выбрасывается в атмосферу.

Водородная энергия: прекрасное и далекое

Если “зеленую” энергетику и электромобили можно считать актуальной тенденцией последнего десятилетия, то электростанции и автомобили, работающие на чистом водороде, – это совершенно футуристические проекты, которые сегодня становятся реальностью. Автомобили на водородных топливных элементах, такие как Toyota Mirai, уже ездят по миру, из выхлопных труб которых выходит только дистиллированная вода. Автономные портативные водородные электростанции H2One компании Toshiba используют солнечную энергию для производства собственного водорода из воды, а затем преобразуют его в электричество. Казалось бы, это решение всех проблем: человечество овладело самым распространенным элементом во Вселенной и превратило его в абсолютно экологически чистый энергоноситель. Но все не так просто, и судьба водородной энергетики очень сложна и неоднозначна.

В условиях нашей планеты водород является крайне неоднозначным энергоносителем. В отличие от нефти, угля или древесины, на Земле нет месторождений чистого водорода. Его производство является относительно дорогим, ресурсоемким и зачастую чрезвычайно “грязным” процессом.

Цветовая классификация методов выделения водорода включает пять типов выделения: черный, коричневый, серый, синий и зеленый. Это не имеет никакого отношения к цвету самого газа. “Черный” водород производится путем окисления нефти и угля, при этом выделяется значительное количество CO2, что не является экологически чистым способом производства водорода. Бурый водород производится путем окисления редкого и дорогого бурого угля. Серый водород производится путем каталитического преобразования метана в присутствии пара при температуре 1000 °C. Выходной продукт – водород и углекислый газ. “Голубой” водород – это усовершенствованный вариант добычи природного газа, при котором побочный продукт CO2 улавливается, чтобы он не попадал в атмосферу.

Цена производимого водорода может варьироваться в зависимости от страны-производителя водорода и цены на ископаемое топливо. Стоимость водорода из метана в России составляет около 1,1-1,6 долларов США/кг. В странах Ближнего Востока стоимость одного килограмма снижается до 0,9/кг, а в Европе достигает 2,3 USD/кг. Энергетическая ценность 1 кг водорода равна примерно 3,7 литрам бензина. Это означает, что водород почти в три раза дешевле бензина.

Все вышеперечисленные способы производства водорода предполагают добычу ископаемого топлива и связанные с этим выбросы углекислого газа. Единственный по-настоящему “зеленый” способ промышленного получения водорода – это электролиз воды. Если вам вспоминается апокалиптическая фраза из фильма “Кин-дза-дза!” о превращении всех морей планеты в луц (топливо), помните, что только 1,3% от количества воды, используемой в настоящее время в мировой энергетике, достаточно для производства водорода, достаточного для современного поколения. И хотя для электролиза предпочтительнее использовать пресную воду, опреснение соленой воды не добавит более 1% к конечной цене водорода.

При всей своей привлекательности “зеленый” водород составляет смехотворные 0,1% (100 000 куб. см). тонн) мирового производства, в то время как около 75% добывается из природного газа. Причина, к сожалению, прозаична: для производства текущего годового объема водорода методом электролиза потребуется больше электроэнергии, чем вырабатывают все электростанции Европейского Союза. Из-за высоких энергетических затрат цена зеленого водорода составляет в среднем от 3,0 до 7,5 долларов США за килограмм, что делает его неконкурентоспособным.

В прошлом году Volkswagen дал понять, что когда речь идет о современных, экологически чистых и эффективных автомобилях, у него есть много аргументов в пользу литий-ионных батарей и ни одного – в пользу водородных топливных элементов, которые окисляют водород и вырабатывают электричество. Хотя автомобили на топливных элементах выбрасывают значительно меньше CO2 по сравнению с электромобилями (2,7 г против 20,9 г), экологичность, включая экономию ресурсов, подрывается очень низкой эффективностью полного цикла водородных топливных элементов.

Давайте сделаем простой расчет: предположим, что 100 ватт вырабатывается солнечной энергией или ветряными мельницами – обычному электромобилю достаточно подключиться к сети, чтобы получить эту энергию, а затем пустить ее на работу электродвигателей без особых потерь. Около 5% от этой суммы будет потеряно при передаче электроэнергии от электростанции к автомобилю, еще 10% от первоначальной суммы – на потери при зарядке и разрядке, и еще 5% – в электродвигателе (КПД электродвигателя автомобиля составляет около 95%).

В результате из 100 ватт, вырабатываемых электростанцией, мы получаем 80 ватт для электродвигателя автомобиля.

В случае с водородными топливными элементами ситуация пока не намного хуже: после выработки 100 ватт на электростанции необходимо сначала затратить некоторое количество энергии для выделения водорода. При экологической эффективности электролиза воды до 75% на первом этапе расходуется 25 Вт энергии.

Полученный водород необходимо охладить, сжать, доставить на заправочную станцию и закачать в баллон автомобиля, что требует еще 10 Вт.

Хотя теоретическая эффективность топливных элементов в сферически-вакуумных лабораторных условиях достигает 83%, в реальности при преобразовании водорода в электричество потребуется заметные 25 ватт. На этом фоне потери в электродвигателе кажутся незначительными. В конечном счете, менее 40 ватт из первоначальных 100 ватт пойдет на электродвигатель – 60% произведенной энергии будет потеряно автомобилем, но оплачено потребителем. Поэтому можно предположить, что эффективность полного цикла электромобиля с батареей составляет около 80%, в то время как у автомобиля с водородным двигателем – менее 40%. В свете этих результатов скептическое отношение Volkswagen к топливным элементам более чем понятно.

С водородной энергетикой ситуация аналогична, при этом электродвигатель исчезает из цепочки – электроэнергия, вырабатываемая топливным элементом, отправляется в сеть или хранится в батареях. Выработка электроэнергии для получения водорода и его обратного преобразования в электричество на электростанции кажется неразумной.

Создается впечатление, что водород как массовый энергоноситель обречен. Однако есть небольшой, но очень важный нюанс – водороду есть куда “расти”. Если эта цель будет достигнута, стоимость электролиза может быть значительно снижена, как и цена водорода, получаемого из ископаемого топлива, если принять во внимание крупные промышленные инвестиции. Эффективность топливных элементов также далека от теоретических пределов. Водородная энергетика находится в самом начале своего пути, впереди долгие разработки и усовершенствования.

Прогресс в области аккумуляторов замедлился почти до стагнации – реальных, а не лабораторных успехов в производстве автомобильных батарей не было уже очень давно, и даже предвкушение прошлогоднего Tesla Battery Day, на котором Элон Маск обещал продемонстрировать нечто революционное, обернулось разочарованием в связи с обычным переходом Tesla на новые размеры ячеек. Вдобавок ко всему, цена на кобальт, обязательный компонент литий-ионных батарей, очень высока и крайне неустойчива: за первые два месяца 2021 года она выросла с 32 000 до 52 000 долларов за тонну.

Как только цена водорода для конечного потребителя упадет до $4,0/кг, он станет экономически выгодным для общественного транспорта для перевозки грузов и пассажиров. Автомобили на водородном топливе могут конкурировать с электромобилями только в том случае, если стоимость водорода не превышает 1,5 USD/кг (сейчас на немецких заправках он стоит 9 USD/кг). При цене 3,0 USD/кг водород был бы хорошим источником энергии для отопления в странах с дорогой электроэнергией. А само электричество станет жизнеспособным благодаря топливным элементам, когда водород будет стоить 1,9 USD/кг. Водород из ископаемого топлива более или менее находится в этом ценовом диапазоне, но использовать его для транспорта и производства электроэнергии не имеет смысла, поскольку исчезает экологическая привлекательность.

По данным Водородного совета, килограмм “зеленого” водорода можно производить дешевле, но его производство должно быть увеличено со 100 000 до 12 миллионов тонн в год к 2030 году. К сожалению, эти амбициозные планы выглядят утопично.

Фукусимское исследовательское поле водородной энергетики – экспериментальное электролитическое производство водорода, питающееся от собственной солнечной электростанции, было построено в Японии при поддержке компании Toshiba. Его производственная мощность составит 900 тонн в год.

Концепт грузовика Hyundai на водородных топливных элементах
Источник: Logist.today

Топливные элементы и водородная энергетика

Синопсис. В данной статье представлен обширный аналитический материал по использованию водорода в топливных элементах. Авторы подробно описывают типы топливных элементов, преимущества их использования и условия эксплуатации каждого из них. Особое внимание в статье уделено возможностям производства и массового применения топливных элементов в России.
Ключевые слова: водород, топливные элементы, производство электроэнергии, электростанция.

Тезисы. Данная статья содержит обширный аналитический материал по использованию водорода в топливных элементах. Авторы подробно описывают типы топливных элементов, преимущества их применения и условия эксплуатации каждого из них. Особое внимание в статье уделено возможности запуска производства и массового использования топливных элементов в России.
Ключевые слова: водород, топливные элементы, производство энергии, электростанция.

В последние годы наблюдается возобновление интереса к водородной энергетике в связи с растущей политикой декарбонизации мировой экономики [1]. Предыдущий всплеск интереса к водороду произошел около 20 лет назад и был связан с развитием концепций чистой энергии [2,3]. Однако теперь намерения кажутся более целенаправленными. Несколько стран разработали соответствующие программы, в частности Германия, Япония и Южная Корея. В основном это страны, которые являются крупными импортерами природного газа. Переход на водород рассматривается как одна из основных мер по сокращению выбросов парниковых газов, наряду с развитием возобновляемой энергетики. Ожидается, что возобновляемые источники энергии (ВИЭ) станут основной базой для производства водорода.

Электростанция на топливных элементах PowerCell Швеция
Источник: Ritmindustry.com

Существуют хорошие перспективы для роста мирового потребления водорода. Например, согласно прогнозу Bloomberg NEF [4], потребление водорода может вырасти до 700 млн тонн в год в 2050 году. На него будет приходиться 24% мирового конечного потребления энергии. Предполагается, что рост спроса на водород будет происходить в основном на транспорте и в электроэнергетике. Теоретически возможный объем мирового потребления водорода к 2050 году определен в 1,37 млрд тонн в год или 49% от мирового конечного спроса на энергию к тому времени [4].
Энергетическая стратегия России до 2035 года предусматривает экспорт водорода в объеме 0,2 млн тонн в 2024 году и 2 млн тонн в 2035 году. Это амбициозные значения, учитывая, что только “зеленый” водород, произведенный путем электролиза воды с использованием электроэнергии от ВИЭ, имеет относительно определенные экспортные перспективы. Такой водород требует высокого качества ресурсов ВИЭ, чтобы иметь приемлемую стоимость. Такие ресурсы в России обычно расположены в отдаленных регионах (например, высококачественные ветровые ресурсы на побережьях арктических и дальневосточных морей) и их трудно использовать на практике в больших масштабах. Производство “голубого” водорода из природного газа должно сопровождаться утилизацией сопутствующего CO2, что резко повышает стоимость водорода. Нет уверенности в том, что потенциальные страны-импортеры водорода, такие как Германия или Япония, согласятся покупать “коричневый” водород, произведенный на атомных электростанциях.
Основным преимуществом перехода на водород является устранение выбросов углекислого газа. Это, конечно, если он не выделяется в процессе производства водорода. Кроме того, экологическая чистота водорода делает его привлекательным для удовлетворения энергетических потребностей мегаполисов и крупных городов с высоким удельным потреблением энергии на единицу площади. Наконец, водород может оказаться экономически привлекательным энергоносителем для использования в мобильной (транспортной) энергетике, где он находится в прямой конкуренции с электротранспортом и традиционными двигателями внутреннего сгорания.
Следует отметить, что замена природного газа на водород в традиционных технологиях машиностроения – паровых и газовых турбинах – не будет иметь значительных положительных эффектов. Эффективность силовых установок останется неизменной. Она зависит от величины термодинамических параметров установки и уровня ее технического совершенства. Однако стоимость производства электроэнергии возрастет, поскольку стоимость водорода в несколько раз выше стоимости природного газа. Проблема контроля образования оксидов азота при сжигании топлива останется неизменной. Правда, не будет выбросов углекислого газа, полиароматики и других углеродосодержащих загрязнителей. Но даже при сжигании природного газа мы уже давно научились успешно справляться с ними.
Единственная технология, которая оправдывает переход на водородную энергетику с энергетической и экономической точки зрения, – это топливные элементы. Недаром ключевым элементом национальной водородной стратегии Германии является многомиллиардная “Национальная инновационная программа по технологиям водорода и топливных элементов”. [5]. Еще раньше активные разработки топливных элементов начались в Японии, Южной Корее и США. В Японии и Южной Корее при активной государственной поддержке создаются демонстрационные зоны для того, чтобы, во-первых, испытать технологию в реальных условиях эксплуатации и, во-вторых, продемонстрировать возможности технологии для ускорения создания соответствующего рынка. По такому же пути идут в Германии, где создаются “водородные регионы”. (HyLands) для ускорения разработки и внедрения на рынок топливных элементов и других “водородных” технологий.
Топливные элементы, или электрохимические генераторы, представляют собой безмашинную технологию прямого преобразования химической энергии из топлива в электричество, т.е. за один шаг (рис. 1). Они не имеют движущихся частей. Основными конкурентными преимуществами электростанций на топливных элементах являются высокая энергоэффективность, надежность, практически нулевые выбросы и бесшумная работа. Практически нет существенных ограничений на их размещение непосредственно рядом с потребителями. Поэтому это наиболее перспективная технология для распределенной генерации.

Рисунок 1: Схема преобразования химической энергии топлива в электричество
в обычных энергетических установках и в топливных элементах

В обычных электростанциях, как известно, существует несколько промежуточных этапов преобразования энергии с соответствующими преобразователями и потерями. Сначала химическая энергия топлива преобразуется в тепловую энергию рабочего тела (паровой котел, камера сгорания), затем тепловая энергия преобразуется в механическую энергию (турбина, поршневой двигатель), которая затем преобразуется в электрическую энергию (электрогенератор). Очевидно, что это делает электростанцию более сложной и более дорогой.
Повышение эффективности традиционных энергетических установок исторически сопровождается, во-первых, увеличением термодинамических параметров (температуры и давления) и, во-вторых, увеличением единичной мощности установок. Первое связано с ограничениями цикла Карно, а второе – с уменьшением потерь на единицу мощности по мере увеличения размера установки и, следовательно, ее эффективности. Кроме того, повышение эффективности агрегата позволило снизить затраты на материалы, себестоимость, персонал и техническое обслуживание. Единичная мощность современных парогазовых электростанций достигает 1,5 ГВт, а их электрический КПД составляет 62-64%. На небольших заводах КПД значительно ниже (52-54%). Следует отметить, что эти КПД достигаются только при работе электростанции с номинальной нагрузкой. При работе с частичной нагрузкой КПД значительно снижается.
Возможности повышения эффективности традиционных энергетических установок и их единичной мощности уже приблизились к термодинамическому, механическому и экономически оправданному пределу. Все меньшее повышение эффективности достигается за счет усложнения цикла, повышения температуры – в настоящее время в газовых турбинах она достигает 1800°C – и роста инвестиций и эксплуатационных расходов. Чрезвычайно высокая удельная мощность современных электростанций начинает оказывать негативное влияние на работу энергосистемы, в которой они установлены.
Электростанции на топливных элементах имеют большой потенциал для усовершенствования [6-8]. Эффективность современных серийно выпускаемых одиночных топливных элементов достигает 75%, а возможность достижения 80% была продемонстрирована на практике. Это позволило на современном уровне развития технологий создать электростанции на топливных элементах с электрическим КПД 60-65%. Важно, что это могут быть небольшие установки мощностью всего несколько киловатт. В диапазоне мегаваттных мощностей в гибридном цикле (с ГТУ или ПГУ) можно ожидать электрический КПД 70-75%. В циклах когенерации и тригенерации эффективность использования химической энергии топлива может достигать 90%. Очевидно, что в широком диапазоне мощности электростанции на топливных элементах просто не имеют конкурентов (рис. 2).

Рисунок 2: Сравнение эффективности производства электроэнергии различными технологиями в диапазоне установленной электрической мощности от 1 кВт до 100 МВт, включая топливные элементы (ТС), газовые поршневые двигатели (ГПД), микротурбины (МТ), газовые турбины простого цикла (ГТЦ), газовые турбины сложного цикла (ГТЦСЦ), парогазовые электростанции (ПГУ), гибридные электростанции (ТС+ПГУ).

Отсутствие движущихся частей и минимальная роль сгорания топлива обеспечивают высокую надежность и автономность работы таких установок с длительными периодами работы без технического обслуживания.
Гибридные электростанции, включающие топливные элементы и микротурбины, интенсивно разрабатываются в Японии компанией MHI при финансовой поддержке японского правительства [8]. Было разработано несколько демонстрационных моделей. Разрабатываются гибридные установки с электрической мощностью 250 кВт и 1000 кВт на основе твердооксидных топливных элементов с рабочей температурой 900 °C и микротурбины. Топливом является природный газ. Установка мощностью 250 кВт обеспечивает электрический КПД 55% или выше при выбросах оксидов азота менее 15 ppm [9]. MHI намерена разработать гибридную электростанцию мощностью 100 МВт, состоящую из твердооксидных топливных элементов, газовой турбины и паровой турбины с общим электрическим КПД 70%.

Топливные элементы все еще дороги. Это связано с небольшим объемом производства. Переход к массовому производству неизбежно снизит их стоимость в два раза. В то же время топливные элементы хорошо подходят для крупномасштабного производства, в отличие от обычных мощных приводных устройств.
Топливные элементы (ТС) классифицируются в зависимости от типа электролита и рабочей температуры (Таблица 1) [6, 7]. Низкотемпературные топливные элементы включают полимерные протонно-мембранные топливные элементы (PPMTE), прямые метаноловые топливные элементы (DMTE) и щелочные топливные элементы (alkaline fuel cells); среднетемпературные топливные элементы включают фосфорнокислотные топливные элементы (PACE); высокотемпературные топливные элементы включают расплавленные карбонатные ТЭ (MCCTE), твердооксидные ТЭ (SOTE) с керамической мембраной и перспективную разновидность последних – протонокерамические ТЭ (PCTE).

Таблица 1: Виды тепловыделяющих элементов

Технологическая схема электростанции на топливных элементах очень проста (рисунок 3) [6]. Топливо подается в анодное пространство батареи топливных элементов, а воздух – в катодное пространство. Чистый водород – идеальное топливо для топливных элементов. Однако высокотемпературные топливные элементы (ТВЭ) могут успешно работать на синтез-газе (смесь H2 и CO), полученном из любого органического топлива. Продуктом реакции является вода и, в случае синтез-газа, углекислый газ. Для использования природного газа или других жидких и газообразных углеводородных топлив в тепловой электростанции в технологическую схему электростанции включается топливный процессор. Это один или несколько каталитических реакторов, в которых углеводородное сырье преобразуется в водород или сингаз. Для производства сингаза топливный процессор состоит из одного реактора; для производства чистого водорода – из двух или трех реакторов.
Здесь следует упомянуть о разработке высокотемпературных протонно-керамических топливных элементов для стационарной генерации электроэнергии.

Рисунок 3: Схема технологического процесса для электростанции на топливных элементах

Протонпроводящие мембраны, благодаря меньшему размеру иона водорода, обладают лучшей проводимостью, чем анионпроводящие мембраны. Такие тепловыделяющие элементы имеют следующие преимущества: они эффективно работают при более низких температурах, чем LTTE; они позволяют напрямую подавать углеводородное топливо на тепловыделяющий элемент; они облегчают организацию отвода тепла из зоны реакции потоком окислитель-воздух, поскольку сама реакция и сопутствующее выделение тепла происходят на катоде. Это устраняет необходимость в топливном процессоре, значительно упрощает и удешевляет конструкцию блока и систему управления, снижает потребность в строительных материалах, а также повышает эффективность и надежность всего энергоблока.
Химический процесс в топливном элементе является экзотермическим, т.е. он производит тепло, которое может быть использовано в циклах когенерации и тригенерации для отопления и охлаждения. Для высокотемпературных топливных элементов тепловой поток имеет большой потенциал и поэтому может быть успешно использован в гибридных циклах с газовыми турбинами, паровыми турбинами и электростанциями комбинированного цикла.

Водородный завод Linde
Источник: eibmann-photographik.de

В последние годы наблюдается рост продаж электростанций на топливных элементах на мировом рынке. В 2019 г. Их годовой объем продаж достиг 70 900 единиц, а общая установленная мощность достигла 1 130 МВт, впервые превысив 1 ГВт в год и показав 30-кратный рост по сравнению с 37 МВт в 2007 году [10]. В целом, в период с 2007 по 2019 год в мире было введено в эксплуатацию более 4,3 ГВт электростанций на топливных элементах, из которых более 70% – стационарные установки. При этом спрос оказался на установки в широком диапазоне единичной электрической мощности – от единиц до сотен киловатт.
Наиболее популярными являются низкотемпературные полимерные мембранные топливные элементы (POMTE) и высокотемпературные керамические мембранные топливные элементы (CFC). Первые характеризуются хорошими маневровыми свойствами – коротким временем запуска и остановки, высокой степенью изменчивости нагрузки в широком диапазоне – и поэтому нашли применение на транспорте, в резервных энергосистемах и для покрытия пиковых нагрузок. Последние получили преимущество в стационарном применении в электроэнергетике, поскольку имеют самый высокий КПД, хотя и довольно посредственные шунтирующие характеристики. Сочетание обоих типов топливных элементов в одной электростанции позволяет усилить их преимущества и нивелировать недостатки.
Основной особенностью электростанций на топливных элементах является их модульность – генераторная установка строится из большого количества однотипных элементов (рис. 3) [11]. Элементарный элемент – это один топливный элемент малой емкости, который собирается в батареи. Последние объединяются в модули, из которых собираются электростанции, а затем, при необходимости, электростанции любой мощности. Это уникальная особенность, благодаря которой электростанции на топливных элементах имеют множество преимуществ:
– Массовое производство и использование изделий одного типа обеспечивает высокую надежность, низкую стоимость и высокий уровень ремонтопригодности силовых установок;
– Модульная конструкция экономит затраты и время за счет унификации модулей и технических решений, поскольку дизайн и технологии могут быть испытаны на недорогих изделиях с низким энергопотреблением;
– Широкий диапазон регулирования мощности, недоступный для традиционных энергоблоков, и высокий КПД во всем диапазоне регулирования (регулирование мощности путем отключения некоторых модулей при сохранении общего КПД);
– Возможность обеспечения требуемой мощности электростанции за счет параллельной работы агрегатов оптимальных размеров, производимых в массовом масштабе.
В стационарном производстве электроэнергии, источники энергии для автономных потребителей и распределенная генерация должны рассматриваться как наиболее перспективная область применения электростанций на топливных элементах в ближайшем будущем [12]. Они могут заменить дизельные и газопоршневые двигатели, ГТУ и микротурбины, используемые в настоящее время в качестве основных и резервных генераторов. В то же время, электростанции на топливных элементах могут быть легко подключены к интеллектуальной сети, работая параллельно друг с другом и/или с распределительной сетью в островном режиме. В будущем, по мере развития и удешевления этой технологии, она может найти применение и в более крупном энергетическом секторе. В климатических условиях России ТЭ ТЭЦ представляют особый интерес, в том числе для необходимой модернизации существующих систем централизованного теплоснабжения [13].

Концепт грузовика Hyundai на водородных топливных элементах
Источник: Logist.today

Электростанции на топливных элементах могут эффективно использоваться в системах долгосрочного хранения энергии от ВИЭ со стохастической генерацией (солнечные и ветряные электростанции). Топливные элементы используют водород, произведенный путем электролиза и накопленный в периоды избыточного производства энергии ВИЭ, для покрытия нагрузки в периоды дефицита электроэнергии.
В России более десятка организаций занимаются разработкой топливных элементов и электростанций на их основе еще с советских времен. Исследования и разработки в этой области наиболее активно велись во второй половине прошлого века, в основном для космических программ и военно-морского флота, включая подводные лодки, но крупномасштабное производство так и не было реализовано. Отечественная электрохимическая наука была одной из самых сильных в мире, и, несмотря на спад активности на рубеже веков, существуют возможности для успешного развития отечественных электростанций на топливных элементах:
– сохранились научные и научно-технические школы;
– имеются резервы и успешный практический опыт разработки, производства и эксплуатации топливных элементов; технологии и производство топливных элементов развиваются в сотрудничестве между академическими и прикладными исследовательскими центрами, промышленными и коммерческими структурами
– имеются производственные мощности со специализированным оборудованием;
– существуют значительные внутренние потребности в эффективных чистых источниках энергии в различных диапазонах мощности и перспективы их экспорта на мировые рынки;
– Бизнес все больше интересуется этим вопросом: крупные государственные и частные компании, такие как Росатом, Газпром, ЛУКОЙЛ, НОВАТЭК и другие, создают долгосрочные программы по развитию водородной инфраструктуры.
Отечественные автопроизводители также активно участвуют в разработке автомобилей на водородно-воздушных топливных элементах. КАМАЗ” планирует разработать электробус, самосвал и тягач на топливных элементах. ОАО “РЖД” разрабатывает проекты пассажирских электропоездов на топливных элементах, маневровых локомотивов, поездов для капитального ремонта и тоннельных поездов. В Центральном научно-исследовательском институте судовой электротехники был разработан экспериментальный трамвай на топливных элементах. ЦИАМ совместно с Институтом проблем химической физики Российской академии наук и компанией InEnergy разработал небольшой пилотируемый самолет на топливных элементах. Другие проекты находятся на разных стадиях завершения.
Важность исследований и разработок в области топливных элементов в стране признана Советом 20 “Б” по научно-техническому приоритету “Переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородов, создание новых источников энергии, способов ее транспортировки и хранения”. В 2018 году Совет 20B одобрил проект “Топливные элементы для стационарной и мобильной энергетики”, инициированный компанией InEnergy. В 2019 году этот проект был одобрен Координационным советом по приоритетным направлениям научно-технологического развития при Президенте Российской Федерации. К сожалению, федеральный орган исполнительной власти, который мог бы выступить в качестве ответственного подрядчика-координатора данного проекта, пока не определен. На наш взгляд, Министерство энергетики России лучше всего подходит для этой цели.
Потенциальная емкость российского рынка энергоустановок на топливных элементах для стационарного применения в период до 2035 года оценивается в 55 ГВт электроэнергии и 131 тыс. Гкал/ч тепловой энергии [6]. Существуют реальные возможности значительного улучшения технико-экономических показателей энергоустановок на топливных элементах с достижением преимуществ перед альтернативными техническими решениями. Все это является основой для проведения в стране масштабных научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области топливных элементов и организации производства соответствующего оборудования. Целью этой работы должно стать создание отечественных электростанций на топливных элементах различной мощности и назначения, конкурентоспособных с лучшими мировыми образцами. Для сохранения высоких позиций и конкурентоспособности на внутреннем и международном рынке производство установок, работающих на топливных элементах, должно быть полностью локализовано в России (от высокотехнологичной переработки сырья для топливных элементов до изготовления конечного продукта) на высокоавтоматизированных промышленных предприятиях, обеспечивающих массовое производство при минимальных затратах, высокую эффективность и надежность.
Можно с полным основанием утверждать, что в настоящее время не известно другой экономически жизнеспособной технологии преобразования химической энергии топлива в электричество, которая могла бы конкурировать с топливными элементами по эффективности и экологичности. Страны, которые первыми освоят крупномасштабное производство электростанций на топливных элементах с конкурентоспособной стоимостью жизненного цикла и надежностью и начнут использовать их для производства электроэнергии, получат глобальное преимущество на многие годы вперед.

Водород подается на анодную сторону, где платиновый катализатор расщепляет его на положительно заряженные ионы водорода или протоны и отрицательно заряженные электроны. Мембрана протонного обмена пропускает протоны только к катоду, а генерируемый электрический потенциал привлекает электроны на другую сторону по внешнему пути. На этот внешний путь подается электрическая нагрузка.

Следующие шаги

HyPoint поддерживает контакты с рядом крупных игроков на растущем рынке eVTOL в США, Европе и Австралии, говорит Иваненко, но пока он не хочет называть их имена, кроме ZeroAvia и Bartini.

“Мы наблюдаем большой интерес со стороны многих компаний из США, Европы и Австралии”. – говорит он. “Мы считаем, что нашли для них решение. Многие из них просят нас проверить нашу технологию на прототипе, потому что до сих пор мы испытывали ее только в лаборатории. Мы согласны с этим. Поэтому в этом году мы планируем построить прототип мощностью 15-20 кВт для проверки нашей технологии. За ним последует полномасштабный прототип мощностью от 150 до 200 кВт в 2022 году”.

Водородный топливный элемент

Как работает водородный топливный элемент?

Водородные топливные элементы вырабатывают электроэнергию в результате химической реакции. Каждый топливный элемент имеет два электрода: отрицательный анод и положительный катод. Реакция, в результате которой вырабатывается электричество, происходит на этих электродах, причем электролит переносит между ними электрически заряженные молекулы, а катализатор ускоряет реакцию.

Водород выступает в качестве основного топлива в водородном топливном элементе, но для работы элемента также необходим кислород. Одним из самых больших преимуществ этих топливных элементов является то, что они производят электроэнергию с очень низким уровнем загрязнения, поскольку водород и кислород, используемые для выработки электроэнергии, объединяются и в качестве побочного продукта производят воду. Ячейки, использующие в качестве топлива чистый водород, полностью очищены от углерода.

Другие типы систем топливных элементов включают в себя системы, использующие углеводородное топливо, такое как природный газ, биогаз или метанол. Поскольку в топливных элементах используется электрохимическая реакция, а не горение, они могут достигать более высокого КПД, чем традиционные методы производства электроэнергии. Это может быть улучшено с помощью генераторов тепла и энергии, которые используют отработанное тепло от ячейки для нагрева или охлаждения.

Процесс изготовления топливного элемента можно описать следующим образом:

  1. Атомы водорода попадают на анод, а атомы кислорода – на катод.
  2. На аноде атомы водорода расщепляются на протоны и электроны.
  3. Теперь положительно заряженные протоны проходят через мембрану (или электролит) к катоду, а отрицательно заряженные электроны идут по другому пути, проходя через цепь для выработки электричества.
  4. После прохождения через цепь и, соответственно, через мембрану, электроны и протоны встречаются на катоде, где они соединяются с кислородом, выделяя в качестве побочных продуктов тепло и воду.

Одиночные топливные элементы не вырабатывают много электроэнергии, поэтому их складывают в стопки, чтобы выработать достаточно энергии для намеченной цели, будь то питание небольшого цифрового устройства или электростанции.

Топливные элементы работают как батареи, но, в отличие от батарей, они не разряжаются и не нуждаются в подзарядке, и могут вырабатывать электричество до тех пор, пока есть источник топлива (в данном случае водород).

водородный топливный элемент

Водородный топливный элемент

Топливный элемент состоит из анода, катода и электролитической мембраны, поэтому в нем нет движущихся частей, что делает его бесшумным и надежным.

Плюсы и минусы

Существует ряд преимуществ и недостатков, связанных с водородными топливными элементами, к преимуществам относятся:

  • Долголетие
  • Энергетическая безопасность
  • Топливная гибкость
  • Высокая эффективность
  • Низкие/нулевые выбросы
  • Бесшумная работа
  • Надежность
  • Масштабируемость

Проблемы, связанные с топливными элементами, включают:

Стоимость

Стоимость топливных элементов может быть высокой, учитывая использование платины в качестве одного из основных материалов для компонентов. В настоящее время ведется работа по поиску способов использования катализаторов на неплатиновой основе.

Экстракция водорода

Добыча водорода для использования в топливных элементах может потребовать большого количества энергии, что подрывает экологические преимущества топливных элементов.

Инфраструктура

Необходима инфраструктура для поддержки роста использования топливных элементов, включая модернизацию транспортных средств.

Безопасность

Воспламеняемость водорода создает очевидные проблемы безопасности в связи с его широким использованием.

Росатом также организует “западный” и “восточный” водородные кластеры для поставок водорода на внутренний и экспортный рынки Европы и Азии. В настоящее время Росатом работает над технико-экономическими обоснованиями двух перспективных проектов. Это запуск поездов на водородном топливе на Сахалине и экспорт российского водорода в Японию.

Энергия 2.0 и водородная долина в России

Но с момента трагедии в Лейкхерсте прошло более 80 лет. Технологии и материалы изменились, и безопасность водорода возросла на порядок. Каждый из нас хотя бы раз ездил на газовом автобусе. Некоторые из нас переоборудовали свои автомобили газовыми баллонами. И все они живы.

Действительно, скептики были в чем-то правы, поскольку существующая монополия на углеводородное топливо до недавнего времени, очевидно, блокировала все водородные проекты. Но мир не стоит на месте. И мои предсказания относительно водородной энергии начали сбываться, обретая форму. И конфликт интересов между углеводородной монополией и водородным топливом исчерпан.

За последние 15-20 лет мировой рынок водорода вырос с 40 миллионов долларов до 12 миллиардов долларов. По прогнозам Bank of America, рынок водородного топлива скоро достигнет 11 триллионов долларов. Основными игроками на этом рынке являются Канада, США, Китай, ЕС, Япония и Корея.

В 2020 году, несмотря на пандемию коронавируса, многие страны объявили о планах по декарбонизации, или “нулевому углероду”, к 2050 году. В их планы входит постепенный отказ от использования угля, нефти и газа, а водород является жизнеспособным альтернативным топливом для достижения 100% нулевого уровня углерода.

Оказалось, что сократить выбросы на 80% сложно, но возможно. Однако высокая стоимость устранения оставшихся 20% является препятствием для всех программ декарбонизации.

Wood Mackenzie, международная консалтинговая компания, занимающаяся глобальными энергетическими исследованиями, объявила, что 2020-е годы станут “десятилетием водорода”. В июле прошлого года в Европе была принята “Водородная стратегия ЕС”. Так называемая инициатива ассоциации Hydrogen Europe “2x40GW”. Они планируют установить 40-гигаваттные электролизеры, производящие экологически чистый водород, к 2030 году и хотят экспортировать такое же количество водорода из соседних стран. Австралия, Япония, Китай, Канада и несколько штатов США также объявили о стратегии использования водорода в качестве топлива с нулевым уровнем выбросов.

Страны, лидирующие в производстве водорода, обещают увеличить его производство в 50 раз в течение шести лет.

Недавно созданный международный консорциум энергетических гигантов Green Hydrogen Catapult также планирует к 2026 году создать 25-гигаваттное производство зеленого водорода, снизив его стоимость до 2 долларов за килограмм. В консорциум входят саудовская IPP ACWA Power, разработчик морских ветровых турбин Orsted, китайский производитель ветровых турбин Envision и итальянская газовая компания Snam.

Из отчета Bloomberg “Перспективы водородной экономики:

Другими словами, потребление водорода будет расти пропорционально снижению стоимости его производства.

“Водородная долина”.

Наша страна также не осталась в стороне от глобальных тенденций.

В 2015 году Россия “включилась в игру”, подписав Рамочную конвенцию ООН, которая предусматривает многократное сокращение выбросов углерода от производства электроэнергии в течение следующего десятилетия. Прошлым летом премьер-министр России Михаил Мишустин утвердил Энергетическую стратегию Российской Федерации до 2035 года, в которой водородная энергетика выделена в отдельный пункт.

“Развитие производства и потребления водорода,

Российская Федерация станет одним из мировых лидеров по его производству и экспорту”.

Планируется, что Россия будет экспортировать около 200 000 тонн водорода к 2024 году и в 10 раз больше к 2035 году – около 2 миллионов тонн.
Всестороннее развитие водородной энергетики и превращение страны в одного из мировых лидеров по производству и экспорту водорода – это не просто подвиг, и через десять лет это может означать, что 10-15% мирового рынка водорода.

Вот “дорожная карта” развития водородной энергетики в России:

– К концу 2020 г. Была разработана концепция развития водородной энергетики, а также меры поддержки пилотных проектов по производству водорода.

– Стимулы для экспортеров и покупателей водорода на внутреннем рынке должны быть введены в действие к началу 2021 года.

– Первыми производителями водорода станут “Газпром” и “Росатом. В 2024 году компании запустят опытные установки по производству водорода – на атомных электростанциях, газодобывающих и перерабатывающих предприятиях.

– В 2021 году “Газпром” должен разработать и испытать метаново-водородную газовую турбину.

– К 2024 году “Газпром” изучит возможность использования водорода и метановодородного топлива на газовых электростанциях (газовые турбины, газовые котлы и т.д.) и в качестве моторного топлива на различных видах транспорта.

– В 2024 году Росатом построит опытный полигон для испытания железной дороги на водородном топливе. Это включает в себя перевод поездов на водородные топливные элементы на Сахалине, о котором было объявлено в 2019 году. Российскими железными дорогами, Росатомом и Трансмашхолдингом.

В ноябре 2020 года российский консорциум “Технологическая водородная долина“, которая будет заниматься исследованиями и разработкой водородных технологий. В созданный консорциум входят: Томский технический университет, Институт катализа СО РАН, Институт проблем химической физики РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Самарский государственный технический университет и Сахалинский государственный университет. Возможно, позже к ним присоединятся другие университеты и научные учреждения.

А вот и заказчики: российские компании, делающие ставку на водородную энергетику: Газпром, Гапромнефть, СИБУР, РЖД, Северсталь, Росатом и НОВАТЭК. Скажем прямо, у нашей страны есть приятное “преимущество” в виде собственной разработки и производства водорода на атомных электростанциях, что позволяет практически сразу увеличить производство водорода.

Но есть, как говорится, некоторые нюансы…

Производство водорода

Что касается способа получения водорода, то его принято делить по цвету:

“зеленый” водород (без выбросов) – электролиз с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ);

“Желтый” водород (без выбросов) – электролиз с использованием атомных электростанций (АЭС);

“Бирюзовый” водород (низкоуглеродный) – пиролиз с использованием природного газа (метана);

“Голубой” водород (средний углерод) – паровая конверсия метана (PCM) или угля с утилизацией CO2 (CCS – и технология улавливания и хранения углерода);

Водород Grey’ (высокоуглеродистая) – метано-паровая конверсия с выбросами CO2;

Коричневый водород (высокоуглеродистый) – газификация или паровая конверсия угля.

Основные способы получения водорода и энергия, необходимая для его производства, показаны на этом рисунке.

Энергия 2.0 и водородная долина России

Обратите внимание на каталитическое разложение метана в присутствии катализатора (нижняя линия). Преимуществом этого метода является отсутствие CO2 и CO в продуктах реакции и образование ценного продукта – нановолокнистого углерода (НВУ), который сегодня используется во многих отраслях промышленности. В настоящее время наши исследователи работают над улучшением характеристик материалов, используемых в каталитических мембранных реакторах (КМР), которые выделяют водород из газообразных сред.

Я даже наткнулся на экзотический способ производства зеленого водорода (в CMRs) из сероводорода на дне Черного моря, где его потенциальные запасы могут достигать 3 миллиардов тонн.

Существует также технология двухступенчатого производства “коричневого” водорода.

I этап – производство сингаза из нефтяных отходов, жидких горючих отходов, твердых бытовых отходов, биомассы, низкозольных и высокозольных углей, торфа, горючих сланцев и других ископаемых видов топлива.

Фаза II – использование сингаза для производства тепла, выработки электроэнергии, производства водорода (на LME).

В нашей стране разработаны структурированные катализаторы, макеты риформинга и топливные процессоры для получения водорода и водородсодержащих смесей из различных жидких (дизельное топливо, биодизель, бензин, метанол, этанол и др.) и газообразных (метан, пропан-бутан, диметиловый эфир) топлив.

В Китае, например, “коричневый” водород добывается в промышленных масштабах из низкосортного угля и сланца. Однако в результате сильно страдают экология и атмосфера.

Метод электролиза

Электролиз воды является самым экологически чистым способом получения “зеленого” водорода, но он также является самым дорогим в мире. Стоимость производства водорода методом ПЭМ-электролиза для Европы оценивается в 3,93 евро/кг.

В России электролиз водорода идеально подходит для использования энергии неиспользуемых гидроэлектростанций, ветряных электростанций или атомных электростанций. Наличие такой комбинированной нагрузки, как производство электролитического водорода, очень выгодно для атомных электростанций, поскольку обеспечивает работу станции на постоянном уровне мощности, сглаживая “синусоиду” нагрузки в периоды низкой нагрузки.

План нашей стратегии развития атомной энергетики до 2050 года предусматривает производство 50 миллионов тонн водорода в год, что составляет 10% от мирового потребления водорода.

Кольская АЭС – идеальный вариант для пилотного проекта Росатома.

Энергопотребление при производстве “желтого” водорода электролизом на АЭС составляет 6 кВтч на 1 м3 водорода. Производительность составляет до 83 000 м3/ч водорода. Стоимость произведенного водорода составляет $3 за кг. Однако транспортировка водорода в Европу остается под вопросом, а желтый водород, произведенный таким образом, может не иметь сертификата “возобновляемости”, который так важен для рынка ЕС.

Росатом также организует “западный” и “восточный” водородные кластеры для поставок водорода на внутренний и экспортный рынки Европы и Азии. В настоящее время Росатом работает над технико-экономическими обоснованиями двух перспективных проектов. Это запуск поездов на водородном топливе на Сахалине и экспорт российского водорода в Японию.

Мы должны признать, что электролиз пока не способен производить водород в необходимых количествах экономически выгодным способом. В настоящее время во всем мире водород в больших объемах производится из природного газа методом метано-паровой конверсии (PMC). Однако почти половина исходного газа сжигается, а продукты сгорания попадают в окружающую среду. С другой стороны, производители газа довольны, их продукт пользуется спросом, они могут производить дешевый серый водород и продавать его в больших количествах с прибылью.

Однако если тепло высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (HTGR) или высокотемпературного газоохлаждаемого реактора (HTGRU) используется с технологией преобразования метана в пар (PCM), то получается идеальный тандем для производства электроэнергии и “голубого” водорода. Это позволяет экономить природный газ, электроэнергию и не производит вредных выбросов в окружающую среду.

Эта программа может быть использована для строительства передовой атомной электростанции (АЭС), которая обеспечит крупномасштабное производство экологически чистого “желтого” и дешевого “голубого” водорода по цене, аналогичной природному газу. Таким образом, всего один тепловой модуль ВТГР мощностью 200 МВт может производить около 100 000 тонн водорода в год.

Хранение и транспортировка водорода

Из-за высокой “ликвидности” водорода его очень трудно транспортировать на большие расстояния, как, например, сжиженный природный газ (СПГ).

Проблема транспортировки жидкого водорода заключается в том, что молекулы этого вещества настолько малы, что могут проникать в атомную структуру металлического контейнера при температуре выше -253°C. Поддержание такой температуры в большом объеме в течение длительного времени требует больших затрат энергии. Но есть и другая проблема – водородное охрупчивание и деградация металлов под воздействием атомарного водорода. Этому подвержены даже высокопрочные стали, а также титановые и никелевые сплавы.

Хранение водорода в больших количествах в настоящее время нерентабельно. Ученые все еще разрабатывают эффективные и безопасные способы его хранения. Поэтому более разумно производить водород на месте, но хранить только 10% от использованного количества, что означает непрерывный цикл производства и потребления.

Стоит также помнить, что даже небольшие количества водорода и кислорода образуют взрывоопасный “горючий газ”. Однако этот эффект можно вылечить и в смеси метана и водорода (MWM), которая остается безопасной даже при концентрации водорода 30%.

Водород будет производиться из метана (или MWS) по запатентованной “Газпромом” технологии адиабатической конверсии метана (AMC). Можно предположить, что водород будет транспортироваться в Европу именно таким образом, и для этого срочно строится газопровод “Северный поток-2”. Германия заинтересована в этом больше, чем любая другая европейская страна, поскольку она выдвинула свою водородную доктрину, обязывающую страну полностью перейти на водород к 2050 году. СМИ сообщают, что “Газпром” даже предложил принимающей стране построить крупный водородный завод в районе выхода на берег строящегося трубопровода и даже отводить CO2 из Германии.

Жидкие обратимо гидрированные органические соединения (LOHC), метанол и аммиак могут быть использованы для транспортировки водорода в долгосрочной перспективе. Однако это сопряжено с такими проблемами, как токсичность “ароматики” и очень сложные условия для обратных реакций.

Наши ученые также разработали еще более эффективные способы хранения водорода. Это основано на уникальной способности твердых обратимо гидрированных металлов и сплавов на основе LaNi5 удерживать водород в своей структуре с атомной плотностью, превышающей плотность жидкого водорода.

Этот метод называется “интерметаллическим” хранением водорода. Интерметаллические накопители (ISU) уже были изготовлены и испытаны и доказали свою эффективность и надежность. Чтобы извлечь водород из такого компактного хранилища, пользователю нужно только нагреть его.

Наконец, я хотел бы познакомить вас с еще одной уникальной нанокапиллярной технологией хранения и транспортировки водорода (CNT), которая основана на принципе разделения структуры хранилища на миллионы независимых капилляров – микрообъемов, или так называемых “микрообъемов”. поликапиллярный матрикс. Такие водородные батареи будут иметь много преимуществ: они будут легкими, компактными и взрывобезопасными.

Топливный элемент и водородный двигатель

Основным устройством, преобразующим водород в электроэнергию, остается твердооксидный топливный элемент (ТОТЭ). Это устройство преобразует химическую энергию топлива (водорода) непосредственно в электричество путем окисления кислорода без его сжигания.

Внутри топливного элемента молекулы водорода вступают в химическую реакцию с ионами кислорода, вырабатывая электричество, тепло и пар. Топливные элементы могут работать на различных видах углеводородного топлива: водороде, а также метане, бутане или сингазе. Их электрический КПД достигает 60%, а в будущем – 80%, в то время как КПД тепловых, газовых или атомных электростанций составляет около 40%.

БТЭ-84 создан на основе твердополимерных топливных элементов, работает на синтез-газе (водороде) и воздухе при минимальном избыточном давлении – 0,004 кг/см2, номинальная мощность 6,5 кВт, диапазон напряжения 40-80 В, ток нагрузки 0-160 А, рабочая температура +60 ºС, количество ТЭ – 84, масса – 72 кг.

С точки зрения энергоэффективности водород в 3-4 раза превосходит традиционные виды топлива и впервые был использован в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания в 1806 году. В Советском Союзе во время войны в осажденном Ленинграде водород также использовался для транспорта из-за отсутствия бензина.

Разрабатываемый современный водородный роторно-поршневой двигатель (РПД) планируется устанавливать на электромобили в основном для увеличения их пробега. А в газотурбинных двигателях для различных видов транспорта к 2024 году “Газпром” планирует опробовать использование водорода и метановодородного топлива.

Водородный бум

Наконец, вот краткая подборка новостей о водороде в мире.

Канадас годовым производством около 3 млн тонн водорода уже входит в десятку крупнейших производителей водорода, обеспечивая растущий рыночный спрос.

США разрабатывает самый большой в мире водородно-электрический карьерный грузовик класса UFCEV.

General Motors объявила о своем намерении стать углеродно-нейтральной компанией к 2035 году. А это означает не только отказ от производства автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, но и то, что все заводы автогиганта будут использовать только возобновляемые источники “зеленой” энергии.

Япония еще в 2019 году заключила сделку на импорт водорода из России, а также с ОАО “РЖД”, АО “Трансмашхолдинг” и региональными властями о запуске железнодорожного транспорта на Сахалине с использованием поездов на водородных топливных элементах. Япония намерена запретить продажу автомобилей с двигателями внутреннего сгорания к 2035 году. В Фукусиме в 2020 году должен открыться крупнейший в мире водородный завод на солнечных батареях, способный обеспечить энергией до 560 автомобилей на топливных элементах в день.

В настоящее время в стране уже работают 100 водородных заправочных станций, а к 2030 году планируется построить еще 900. Компания Kawasaki выпустила первый в мире автомобиль на жидком водороде. В сентябре 2020 года японский консорциум NYK Line объявил о планах по разработке туристического судна на топливных элементах вместимостью 100 пассажиров.

Корея. Hyundai Motor намерена поставлять на российский рынок электромобили с водородным двигателем и ведет переговоры с Росатомом о создании соответствующей инфраструктуры.

Судостроительная компания Samsung Heavy Industries и Bloom Energy объявили о разработке судов на основе масштабируемых твердооксидных топливных элементов (SOFC).

Китай выпустила свой первый автомобиль с водородным двигателем, Grove Obsidian, с запасом хода 1000 км. На конец 2020 года в Китае насчитывалось примерно 6 165 FCEV. Планируется увеличить количество таких автомобилей до 50 000 к 2025 году и до 1 миллиона к 2030 году. Планируется построить 350 водородных заправочных станций к 2025 году и 1 000 к 2030 году.

Австралия планирует 1,5 ГВт производства аммиака (транспортировка водорода) с использованием энергии солнца и ветра.

Саудовская Аравия. ACWA Power совместно с американской Air Products планирует построить завод по производству экологически чистого водорода и аммиака мощностью 4 ГВт.

Великобритания запретит эксплуатацию автомобилей с двигателями внутреннего сгорания в 2030 году и планирует перейти на полностью безуглеродную энергетику к 2050 году. Компания Shearwater Energy работает над созданием гибридной электростанции в Северном Уэльсе, которая объединит ветряные электростанции, американский модульный ядерный реактор NuScale и производство водорода.

Норвегия планирует построить водородный завод в Гейрангер-фьорде для питания паромов и круизных судов. Ожидается, что первые водородные паромы начнут курсировать в 2021 году.

Нидерланды. Оператор газовых сетей Gasunie и порт Гронинген сформировали консорциум NortH2. План предусматривает создание “европейской водородной долины” с 10 ГВт выделенных энергетических мощностей от морских ветряных электростанций к 2040 году.

Германия выдвинул водородную доктрину, предусматривающую перевод к 2050 году всех отраслей экономики на водород, включая тяжелую промышленность и нефтехимию. Таким образом, их водородная стратегия фактически нацелена на Россию как на “соседнюю страну”, которая может решить водородную проблему Германии.

Франция. Крупнейший оператор атомных электростанций, компания EDF, объявила о создании дочерней компании Hynamics для развития водородной энергетики.

Компания Airbus, производитель самолетов, представила три концепции водородных самолетов: “классический” турбореактивный самолет, турбовинтовой самолет и самолет с интегрированным фюзеляжем (летающее крыло).

Италия. Судостроительная компания Fincantieri SpA обратилась к PowerCell для декарбонизации топливного элемента MS-30, используемого для производства электроэнергии на кораблях и яхтах компании.

Украина хочет построить в стране водородный завод,

чтобы экспортировать его в ЕС.

Россия как-то буднично и без заминок представила собственные разработки водородного транспорта, включая легковые автомобили, автобусы, грузовики КАМАЗ, трамваи, самолеты и поезда. Также был представлен ряд уникальных решений и технологий для производства и хранения водорода, что свидетельствует о стратегическом развитии страны в выбранном направлении.

Читайте далее:
Сохранить статью?