Vozidla na vodíkové palivové články již byly prodávány společnostmi jako Hyundai, Honda a Toyota, jakož i několika dalšími čínskými společnostmi. Doprava však není daleko od jediného směru vodíkové energie.
Ve významných zprávách posledních let o miniaturních „solárních obkladech“, o obrovských pobřežních větrných turbínách, o podzemním skladování CO2, o úložných zařízeních Tesla a dalších potěšeních Energiewende (energetický přechod) to ještě není příliš čitelné, ale už je slyšet vzdálené rachotění nové bouřky všech tradičních dodavatelů ropy. elektřina a plyn. Tato bouřka může proniknout do dálky nebo zničit celé tradiční podnikání energetických gigantů a současně i ekonomiky zemí, které vyvážejí uhlovodíky, nebo se může stát životodárným deštěm a podporovat vznik nové ekonomiky.
Tento nový útok je pouze nejběžnějším prvkem ve vesmíru. Vodík. Některé předpovědi kolem tohoto prvku za třicet let budou existovat odvětví s ročním obratem dva a půl bilionu dolarů a třicet milionů pracovních míst, které budou schopny vytlačit téměř 20% fosilních paliv ze světové ekonomiky.
Pokusme se zjistit, jaké jsou šance těchto scénářů.
Odkud přišel?
Protože Lavoisier jmenoval vodík před dvěma sty třiceti pěti lety, byl schopen zaujmout přední místo v tomto odvětví. Vodík se používá k výrobě methanolu, amoniaku a jedlého margarínu a olej se s ním zpracovává. Je nemožné „vzít z přírody“vodík v jeho čisté formě, takže je třeba zpracovat i jiné látky - hlavní metodou jeho výroby zůstává parní reformování uhlovodíků. Svět produkuje asi šedesát pět milionů tun vodíku za pouhý rok (pokud porovnáme: zemní plyn je produkován téměř čtyřicetkrát více).
Upozorňovali jsme na zvláštní vlastnosti vodíku jako paliva v polovině minulého století - jeho spalné teplo je několikrát vyšší než u benzínu, zemního plynu nebo motorové nafty stejné hmotnosti a nevznikají žádné emise, pouze vodní pára. Ve Spojených státech v roce 1970 existovaly publikace o převodu přepravy na vodíkové palivo, současně se stal populární pojem „vodíková ekonomika“- jedná se o jakýsi obraz budoucnosti, ve kterém se americká města zcela vzdálí od „uhlovodíkové ekonomiky“, vodík se používá jako palivo pro domy, auta, elektrárny a energie se ukládají s vodíkem a podle potřeby se vyrábějí s větrem a sluncem. Jinými slovy, vodíková ekonomika je založena na vodíku jako na nejekologičtějším a nejvšestrannějším nosiči energie, který spojuje tepelnou energii,odvětví elektřiny a dopravy. Brzy došlo k ropné krizi a rozvoju vodíkové dopravy byl přikládán větší význam. Například v SSSR se v 80. letech objevily „vodíkové“mikrobusy RAF, letadlo založené na Tu-154 a vodíkový raketový motor pro „Energii“. Osud tohoto projektu je nezáviditelný - například to, že na palivové nádrže v letadle bylo přiděleno alespoň třetina užitného objemu prostoru pro cestující, což výrazně ovlivnilo náklady na dopravu. V letadle musela být alespoň třetina užitného objemu prostoru pro cestující přidělena na palivové nádrže, což výrazně ovlivnilo náklady na dopravu. V letadle musela být alespoň třetina užitného objemu prostoru pro cestující přidělena na palivové nádrže, což výrazně ovlivnilo náklady na dopravu.
Propagační video:
Proč to ještě nefungovalo?
Ve dvacátém století nedošlo k žádnému globálnímu přechodu na přepravu vodíku - náklady na kilometr najeté na vodík byly mnohem vyšší než na konvenční palivo. Hlavním důvodem jsou vysoké náklady: výroba vodíku z uhlovodíků (reformování páry) nebo vody (elektrolýza) vyžaduje hodně energie. Kromě toho je parní reformování uhlovodíků doprovázeno uvolňováním skleníkových plynů - CO2, k boji proti kterému byla mimo jiné směřována myšlenka přenosu dopravy na vodík. Výroba vodíku pomocí elektrolýzy (rozklad vody na kyslík a vodík využívající elektřinu) se ukázala být ještě dražší než parní reformování a pro výrobu požadované elektřiny bylo nutné spalovat palivo se všemi emisemi. To vše mírně snížilo počáteční zájem,a vodíková ekonomika jako celek až do samého konce dvacátého století zůstala pouze „představou o budoucnosti“.
Co se změnilo?
„Energetický přechod“v globálním energetickém průmyslu vedl v letech 2000 - 2010 k rychlému rozvoji obnovitelných zdrojů energie, zejména solární a větrné výroby. Náklady na tyto technologie neustále klesají (současná hodnota elektřiny ze solární a větrné výroby ve Spojených státech se podle Lazarda v letech 2009–2016 snížila o 70–80%). Trh rychle roste (podle IRENA bylo ve světě uvedeno do provozu 71 GW fotovoltaických solárních elektráren a 51 GW větrných elektráren, v roce 2017 se očekává potvrzení 90 a 40 GW) - Jen za poslední dva roky bylo na světě uvedeno do provozu více kapacit větrné a solární energie, než celková kapacita všech elektráren Jednotného energetického systému Ruska.
Roční investice v tomto odvětví činí více než 250 miliard USD - dvakrát tolik než investice do výroby fosilních paliv. Záznamy cen solární energie v Mexiku, Dubaji, Peru, Abú Dhabí, Chile, Saúdské Arábii, větrné energii v Brazílii, Kanadě, Německu, Indii, Mexiku a Maroku dosáhly úrovně asi 1,7 rublů za kWh (při srovnání: obyvatelé Moskvy a regionu platí za elektřinu ve svých domovech dvakrát až třikrát více).
Jak předpovídá Mezinárodní energetická agentura, do roku 2040 bude podíl výroby elektřiny ze solárních a větrných elektráren na světě činit 13% až 34% (v roce 2016 - 5%). Je zřejmé, že podíl těchto zdrojů v některých regionech bude ještě větší.
Elektrický průmysl se tak stále více mění na zdroje výroby, které jsou stochastické a závisí na denní době a klimatických podmínkách. Dopad výkyvů ve výrobě větrných a solárních elektráren (když slunce náhle přestane svítit a vítr fouká) na energetický systém, pokud je jejich podíl v regionu vysoký, je srovnatelný s chaotickým zapínáním / vypínáním velké KVET - několikrát denně. Navíc tyto stanice někdy generují mnohem více, než potřebují všichni spotřebitelé energetické soustavy, a pak se náklady na elektřinu ukážou jako „negativní“- takové zprávy přicházejí například pravidelně z Německa.
Naučili jsme se, jak se s takovými výkyvy vypořádat vytvořením zařízení pro ukládání energie, která se „nabíjí“během období přebytečné energie a „vybíjí se“během období nedostatku energie. Pokud ve dvacátém století roli takových úložných zařízení hrály pouze přečerpávací skladovací stanice, dnes se elektrochemická úložná zařízení aktivně vyvíjejí, z nichž nejznámější jsou Teslovy „čerstvé“projekty v Kalifornii a Austrálii. Společnost Navigant Research předpovídá nárůst ročního uvádění skladovací kapacity pro obnovitelné zdroje energie z přibližně 2 GW v roce 2018 na 24 GW v roce 2026 - dvanáctkrát za osm let. Roční příjem na tomto trhu do roku 2026 poroste úměrně na 24 miliard dolarů.
Rostoucí potřeba skladování energie přiměla lidi znovu myslet na vodík.
Obnovitelná energie - na čerpacích stanicích
Dříve bylo možné vyrábět vodík elektrolýzou, ale potom bylo nutné použít energii tradičních tepelných elektráren, které spalují palivo. Pokud jde o přebytek a levnou elektřinu ze solárních a větrných farem, bez emisí CO2, proč ji nepřevést na vodík, který lze použít jako čisté palivo, například pro automobily? Navíc to umožní opustit uhlovodíky jako suroviny pro výrobu vodíku. Mnoho inovativních společností v Evropě a ve světě postupuje přesně touto cestou. Ve Velké Británii se ITM Power podílí na projektu Hydrogen Mobility Europe (H2ME), jehož cílem je do roku 2019 zprovoznit síť dvaceti devíti vodíkových čerpacích stanic v deseti evropských zemích.který bude obsluhovat dvě stě automobilů s vodíkovými palivovými články a sto dvacet pět hybridních nákladních vozidel. Švédská společnost Nilsson Energy se specializuje na řešení izolovaná od sítě, která využívají sluneční a větrnou energii k výrobě a ukládání vodíku a používají jej k pohonům automobilů a energetických budov.
Vozidla na vodíkové palivové články již byla na trhu společností Honda, Toyota, Hyundai a řada čínských společností. Cílovou vizí mezinárodního konsorcia Hydrogen Council, založeného v Davosu v roce 2017 největšími průmyslovými společnostmi pod vedením Toyota, je do roku 2050 více než 400 milionů osobních automobilů, 15–20 milionů nákladních vozidel, 5 milionů autobusů provozovaných na vodík (tj. Asi 20–25% celkový). 78% globálních vedoucích pracovníků v automobilovém průmyslu, kteří provedli průzkum v KPMG v roce 2017, věří, že taková vozidla budou průlomem v odvětví elektrických vozidel a zastíní automobily poháněné bateriemi.
Doprava však není daleko od jediného směru.
Vodík do každého domova
Stacionární palivové články (palivové články) - dynamicky se rozvíjející technologie, která umožňuje získat elektrickou a tepelnou energii z vodíku nebo zemního plynu přímo v oblasti domu nebo v suterénu domu. Při použití vodíkově čisté vody, která může být použita pro klimatizaci, existuje pouze jedna emise. Kompaktní modulární jednotky velikosti chladničky jsou naprosto tiché. Podle prognózy Navigant Research se kapacita stacionárních palivových článků zvýší z 500 MW v roce 2018 na 3 000 MW v roce 2025.
Taková zařízení jsou kombinována s obnovitelnými zdroji energie, elektrolyzéry, akumulačními jednotkami a umožňují vám vytvořit plnohodnotné autonomní zdroje energie pro domácnost. Současné náklady na elektřinu z palivových článků na zemní plyn ve Spojených státech se podle Lazarda (106–167 USD za MWh) již přibližně rovnají ukazatelům jaderných (112–183 USD za MWh) a uhlí (60–231 USD za MWh) a nižší než současná hodnota jednotlivých střešních solárních panelů (187–319 USD za MWh). V Japonsku bylo díky rozsáhlým vládním dotacím v roce 2014 již více než 120 000 takových zařízení a cílové hodnoty jsou do roku 2020 více než 1 milion a do roku 2030 více než 5 milionů.
Jak technologie zlevňují (hromadná výroba, standardizace) a dosáhnou své soběstačnosti, japonská vláda plánuje zahájit zavádění vodíkových palivových článků - očekává se, že k tomu dojde do roku 2030. Palivové články jsou bezpochyby nejdůležitějším slibným segmentem distribuovaných energetických technologií, jejichž potenciál v Rusku podle nedávné studie Energetického centra Školy Skolkovo postačuje k pokrytí nejméně poloviny potřeby výroby kapacit do roku 2035.
Power-to-Gas
Vodík získaný z obnovitelných zdrojů energie může být smíchán do přepravních a distribučních sítí plynu. Taková stanice funguje ve Frankfurtu nad Mohanem od roku 2014 a přidává až 2% vodíku do místní distribuční sítě plynu (takové omezení obsahu vodíku umožňuje vůbec nic nezměnit ani v sítích, ani u zákazníků). V Německu existuje několik podobných objektů, vyskytují se také v Itálii, Dánsku a Nizozemsku. Vodík se někdy mísí s bioplynem, čímž se zvyšuje jeho hodnota.
Ve Velké Británii je vodík vážně považován za způsob radikálního snížení emisí z domácností (85% domácností v zemi spaluje zemní plyn pro vytápění). Pro město Leeds, které má více než 780 000 obyvatel, bylo v roce 2017 provedeno podrobné posouzení investiční potřeby pro úplnou přeměnu systému dodávky plynu na vodík - od výměny kotlů u spotřebitelů po vytvoření podzemních zásobníků vodíku a jednotek pro reformování páry. Výše investice se odhaduje na sto šedesát miliard rublů. Tento projekt bude rozšířen na celou zemi, zejména proto, že britská města v průběhu 19. a první poloviny 20. století již používala umělý „městský plyn“obsahující až 50% vodíku. Mezitím plynárenské společnosti plánují postupně zvyšovat podíl vodíku na 20%,zamezit rozsáhlé rekonstrukci plynových sítí a kotlů u spotřebitelů.
Japonské společnosti od roku 2013 diskutují s RusHydro o možnosti vybudovat závod na výrobu vodíku na ruském Dálném východě s využitím technologie power-to-gas s cílem jeho exportu. Výpočty japonské strany jsou založeny především na využití levné elektřiny z vodních elektráren. Na základě dohody podepsané na východním ekonomickém fóru na podzim roku 2017 má společnost Kawasaki Heavy Industries aktualizovat studii proveditelnosti tohoto projektu. Jak se infrastruktura na Dálném východě vyvíjí a náklady na elektrolytickou a vodíkovou logistiku klesají, zájem o takové projekty samozřejmě vzroste. Vzhledem k obrovskému potenciálu obnovitelné energie v tomto regionu lze zde předvídat vznik slibných vývozních projektů.
Vodík - integrátor plynové chemie a energie
Ale nejpůsobivější projekt je nyní na severu Nizozemska. V této oblasti, která se nachází přímo nad plynovým polem Groningen (příčina „nizozemské choroby“), vzrostla energie bioplynu již několik let. Již před pěti lety projížděly ulice ulicí automobily na plyn - biomethan, který se zde vyrábí z odpadu zemědělského průmyslu v oblasti o rozloze dvou moskevských oblastí. Není divu, že právě zde byl s podporou Evropské unie zahájen projekt Chemport Europe před rokem, jehož hlavním cílem je vytvoření plnohodnotného plynového chemického klastru pracujícího výhradně na místních biologických zdrojích a vodíku s nulovými emisemi CO2. Zpracovává se dřevní biomasa, uhlohydráty vytvořené v procesu se používají v chemii. Elektřina z elektřiny z větrných turbín na moři je přeměněna na vodík a kyslík. Kyslík a vodík se používají v chemii a kyslík se také podílí na zplyňování zpracované biomasy z místních polí o rozloze více než milion hektarů. Zplyňování umožňuje získat syntetický plyn - čistou směs vodíku, CO2 a CO. Tam se také přidává čistý vodík z větrných turbín. Z tohoto plynu se získá kyselina dusičná, methanol, ethylen, propylen, butylen - látky, které mohou zcela vytlačit ropu a zemní plyn ze svých stabilních poloh jako suroviny pro chemický průmysl.které mohou zcela vytlačit ropu a zemní plyn ze svých stabilních pozic jako suroviny pro chemický průmysl.které mohou zcela vytlačit ropu a zemní plyn ze svých stabilních pozic jako suroviny pro chemický průmysl.
Iniciátoři projektu prohlašují, že chtějí přiblížit náklady na syntetický plyn nákladům na zemní plyn. Syngas lze poslat na zkapalnění (bio-LNG), tankovat vozidla a použít pro jiné klasické potřeby.
Počáteční investice do projektu je 50 milionů EUR, z čehož 15 milionů EUR je poskytováno z grantů Evropské unie.
Vodíková olympijská vesnice
V Tokiu se buduje olympijská vesnice na olympijských hrách 2020, do kterých se dostane až 17 000 hostů. Hlavním zdrojem energie v obci bude vodík: automobily, benzinové stanice, palivové články, teplo a elektřina v domech, plyn v kamen a kotle - to vše bude fungovat na vodík.
Je všechno tak bezmračné?
Mezi skeptiky vodíkové energie patří nejen konzervativci, ale také například Elon Musk (i když samozřejmě má střet zájmů: Teslovy lithium-iontové baterie jsou přímým konkurentem technologie power-to-gas). Označuje nebezpečí manipulace s vodíkem během skladování: úniky jsou téměř nemožné detekovat a existuje zde možnost vzniku výbušné směsi. Někteří obyvatelé Tokia vyjádřili podobné obavy. Zda je možné tyto problémy efektivně a levně řešit na pozadí vývoje konkurenčních technologií, čas ukáže. Mezitím se ve střediscích světových metropolí objevují čerpací stanice vodíku.
Sázky již byly uzavřeny
Podle různých odhadů se dosud celosvětové investice do vodíkové energie odhadují na přibližně 0,85–1,4 miliardy EUR ročně. Konsorcium Rady pro vodík plánuje v průběhu pěti let investovat do sítí čerpacích stanic a vodíkových automobilů 13 miliard dolarů. Podle amerického ministerstva energetiky sektor palivových článků již zaměstnává 16 000 lidí (s růstovým potenciálem až 200 000) a finanční podpora z vládního rozpočtu USA je po mnoho let zhruba 100 milionů dolarů ročně. Několik desítek společností, výzkumných středisek a univerzit po celém světě pracuje na snižování nákladů na vodíkové technologie, zejména cílem je snížit náklady na výrobu vodíku elektrolýzou z 11,5 na 5,7 dolaru na kilogram,a také snížení nákladů na palivové články (třikrát až pětkrát) a skladování vodíku (dvakrát až třikrát). Po dosažení těchto cílů bude samozřejmě „vodíková ekonomika“k nám mnohem blíže, než si nyní můžeme představit.
Jak to ovlivní globální trhy s ropou a plynem? Co to bude znamenat pro ruskou ekonomiku? Jak najdeme své místo ve světě vodíkové ekonomiky? To vše jsou otázky, na které je třeba nyní připravit odpovědi.