Водородная энергетика

Для начала стоит сказать, что такое водород и чем он интересен в плане топлива. Водород – самый распространённый во вселенной элемент. Звёзды, в основном, состоят из водорода, как, например, наше Солнце, это 70-80% водорода.

Использование водорода в качестве топлива на самом деле очень классная идея. При сгорании водорода выделяется, например, втрое больше энергии, чем у того же бензина, и скорость горения на треть выше. Одно из относительно массовых применений водорода в качестве топлива было, например, в Блокадном Ленинграде. Там была очень интересная история: город защищали заградительные аэростаты. Их нужно было поднимать, опускать, а для этого нужны были лебедки. Лебёдки работали от двигателей «полуторок», соответственно эти двигатели нужно было чем-то питать. Бензина не было, зато было в избытке водорода. Аэростаты спускали, водород постепенно их них выходил, туда попадал воздух, попадала влага и смесь становилась непригодной для использования (для подъёма этих аэростатов). Зато он оказывался вполне пригодный для использования в качестве топлива в ДВС. Был там один лейтенант, Борис Челищ, который как раз начал экспериментировать с водородом. Не все эксперименты были удачными, у них сгорело несколько аэростатов, сгорел 1 газгольдер, а сам Борис получил контузию. Они разобрались в причинах неудач, сконструировали специальный гидрозатвор в схеме питания и дело пошло на лад. Где-то к концу войны, больше 600 аэростатных «полуторок» уже питались от водорода.

В советское время тоже экспериментировали с водородом. Его подмешивали в топливо и получали прибавку экологичности, делали с электрохимическими генераторами автомобили, но всё это оставалось в таких, скажем там, в виде концептов. Был, кстати, очень крупный эксперимент, собрали самолёт ТУ-155, 1 из 3 двигателей которого питался исключительно водородом. Самолёт совершил 12 экспериментальных полётов, участвовал в Европейской выставке, собрал кучу наград, но опять же, в серию вся эта история не пошла. Впереди всех по водородным проектам - Корея. У них давно на государственном уровне принята программа перехода на водород, по поддержке всей водородной индустрии и самая масштабная вещь, которую они сделали, это электростанция, близ города Ичхон. Она была запущена прошлой осенью и вырабатывает 80 МВт.

Обязательно стоит сказать про автомобильный транспорт. Уже, наверное, около 10 лет выпускается серийно-массово водородный автомобиль, например Toyota Mirai, Hyundai Nexon.

Есть очень хороший пример, французская компания Alstom давно уже собрала и запустила поезда на водороде (пригородные электрички). Они уже года 2-3 колесят по различным маршрутам, но пока в обкаточном режиме. Но недавно пришла новость, что впервые уже один из таких поездов перевёз регулярным рейсом первых пассажиров.

В РФ водородом занимаются достаточно давно, поскольку водород является топливом для нескольких типов ракет. Кроме того, Россия в прошлом году захотела активно поучаствовать во всей этой водородной суете и была принята программа (программа развития водородной индустрии до 2024 года и набор планов до 2030 года).

В частности , планируется , что в 2024 году появятся первые мини-электростанции мощностью до 1 МВт на водороде , появится какой-то городской транспорт , а самое главное то , что выпуск этого водорода будет налажен на АЭС и на некоторых ГЭС , опять же с учётом того , что всё это в какой-то момент пойдёт на экспорт .

Перейдём к проблемам водорода. Наверное, самая главная проблема водорода – это его цена. Если смотреть на оценку стоимости производства водорода в России из Российской Академии Наук. Очевидно, что производство «зеленого» водорода из возобновляемых источников энергии оценивается в 8-13$ за 1 кг. От ГЭС и от АЭС более интересно его производить, порядка 4$ за 1 кг, ну и самый выгодный – это поровая конверсия металла с улавливанием CO2, так поучается около 2-2.3$ за 1 кг. К 2035 году оценки уже корректируются и видно, что «зеленый» водород может подешеветь до 5-6$.

Исследовательское подразделение S&P Global говорит нам, что сейчас стоимость производства зеленого водорода ими оценивается от 3-х до 6,5$ за килограмм, из газа этот же самый водород можно получать по цене 1,8$, если не улавливать CO2 и 2,4$, с улавливанием CO2. Здесь такой нюанс, что это пока цены конца прошлого года, т.е сейчас ситуация меняется.

Стоит упомянуть о британской компании Aurora Energy Research, которая тоже проанализировала стоимость производства водорода из электролизеров в соответствии с 4-мя различными бизнес-моделями в 8 европейский странах. К 2030 году вряд-ли получится производить водород из возобновляемых источников энергии, чтобы он был дешевле 3$ за 1 кг. Но это цена себестоимости товара, но когда товар попадёт на рынок – цена будет абсолютно иной.

Яркий пример – газ. Себестоимость добычи газа в России составляет 30$ за 1000 кубометров. Несколько лет назад Европа очень возмущалась, ибо Россия поставляла туда этот самый газ, который добывала по 30$, там она его продавала по 200-300$ за 1000 кубометров. Европе хитрые люди подсказали, что надо сделать биржу, где будут несколько поставщиков и, якобы, газ будет дешеветь. Но биржи, наоборот, работают в обратном порядке, дабы была возможность поднимать цены, так сказать, взвинчивать до небес.

Стоит упомянуть о стоимости всех этих водородных штуковин и всех этих водородных проектов. Начнём с той самой электростанции в Ичхоне, которая, кстати, обошлась в 300 млн $.

Ещё 1 интересный пример – это водоробусы. Городские автобусы, которые ездят на водороде, с ними уже больше 10 лет экспериментируют в разных странах, разных городах (Шотландия, Канада, Корея, Китай). Все эти проекты на сегодняшний день фактически приостановлены. Москва в прошлом году сказала, что купит первый водоробус, весной они отказались, а сейчас заявили, что до конца года водоробус появится на московских улицах. По слухам, этот самый водоробус обойдётся бюджету города в 150 млн руб, притом что обычный дизельный автобус такого же размера стоит 15 млн руб. Те самые электробусы, которые уже давно ездят по городу, они обходятся порядка от 30 до 60 млн руб. Всё, что касается водорода – достаточно дорого.

Ещё одна проблема, которая есть у водорода – это его летучесть. Он просачивается фактически через все щели, через всё, что только можно, и это, кстати, большая беда. Например, владельцы Toyota Mirai отмечают, что в сутки заправленный автомобиль стоя на месте теряет от 1 до 2 % водорода из своих баков.

Присутствует большая проблема с хранением. В сжиженном состоянии его нужно охлаждать до температуры абсолютного нуля, это очень сложно, это очень дорого. Если хранить его в связанном виде, как аммиак, его впоследствии придётся извлекать.

Самое простое – в сжатом виде. Но, опять же, водород очень лёгкий.

Все эти технологии сложны, дороги, все они не обкатаны и не единого понимания, как же с этим водородом поступать дальше. Ещё одна проблема с водородом – это низкий КПД. Имеется ввиду КПД, как энергия, путь энергии от первичного источника и до конечного потребителя. В итоге мы получаем КПД всей этой цепочки порядка 30 %. По этому поводу, уже года 2 назад очень ехидно высказывался Илон Маск. Он назвал технологию получения энергии не «топливными ячейками», а «дурацкими элементами», как раз намекая на то, что вот этот слишком низкий КПД, т.е эти 30 %, которые в итоге идут в работу – это в 2 раза меньше, чем КПД обычных электромобилей с аккумуляторами. Да, у них есть потери при зарядке, но всё равно конечный КПД электромобиля будет 60-65%, а здесь мы получаем всего лишь 30 %. По прогнозам аналитических агентств, к 2050 году 24% мировых потребностей в энергии будет покрывать именно его применением. Поэтому уже сейчас развитие Н2 энергетики – мировой тренд. В России разрабатывают собственные технологии производства водорода.

Водородный рынок формируется на глазах. Колоссальные бюджеты ведущий стран направлены на его создание. Главная ставка – экологичность продукта. Сейчас, в основном, производят голубой водород из природного газа, при этом приходится утилизировать вредные отходы. Самый чистый «зеленый» или «климатически-нейтральный» водород можно получить методом электролиза воды с помощью возобновляемых источников энергии. Во время его производства углекислый газ в атмосферу не выделяется вообще. В Новоуральске, впервые в России, изобрели установку для крупнотоннажного производства такого водорода.

Очевидно, что у водорода нет каких-то выгодных и дешёвых сфер применения. Хранение дорого, производство дорого, водород сам дорогой и он будет ещё дороже. Кроме того, этот энергетический рынок на нём действуют другие законы, цена будет определяться не дешевеющим технологиям, цена будет определяться другими людьми, другими кампаниями, которые будут этот рынок подминать под себя. Тут всё будет достаточно дорого, какие-то перспективы дорогих технологий мне, честно говоря, пока не очень понятны, но, тем не менее мы уже вступили в эту водородную историю.