Экологически чистый транспорт будущего! Какую роль сыграет водород? Что мы об этом знаем?

Много говорят о водороде как о топливе будущего. Мало кто сомневается, что это сыграет ключевую роль в обезуглероживании, хотя путь к водородному транспорту будет очень непростым и дорогостоящим. Водород – самый распространенный элемент во Вселенной. Звезды, включая Солнце, представляют собой гигантские шары водорода. Но здесь, на Земле, водород находится в форме соединений с другими элементами, такими как кислород или сложными углеводородами - природный газ, уголь и нефть.

Водород предлагает много преимуществ в качестве источника энергии для грузовиков, но расчет затрат и выгод на данный момент далеко не ясен. Водород не обязательно является топливом сам по себе, хотя может им быть при сжигании в двигателе внутреннего сгорания. При использовании в топливных элементах водород является носителем энергии и преобразовывается электрохимическим устройством в электроэнергию.

Но для начала, его нужно произвести. И здесь есть варианты.

Ученые даже придумали цветовую классификацию для различных процессов производства водорода. Выделяют четыре основных типа: «Зеленый» водород является самым экологичным, т.к. получают его с помощью электролиза. Если электричество поступает от возобновляемых источников энергии (ВИЭ), таких как ветер, солнечная или гидроэнергия, то выбросы СО2 отсутствуют; «Серый» водород производится путем паровой конверсии метана, где исходным сырьем для химической реакции служит природный газ. Этот процесс легко осуществим с практической точки зрения, однако в ходе химической реакции выделяется углекислота, причем в тех же объемах, что и при сгорании природного газа (также расходуется энергия на конверсию); «Голубой» водород - это водород, полученный путем паровой конверсии метана, но при условии улавливания и хранения углерода, что дает примерно двукратное сокращение выбросов углерода. Данный вид получения водорода является весьма дорогостоящим; «Желтый» водород как и зеленый, получают путем электролиза. Однако источником энергии являются атомные электростанции (АЭС). Выбросы СО2 отсутствуют, но метод не является абсолютно экологичным. Поскольку водородные и электрические грузовики рассматриваются как решение для сокращения выбросов СО2 при эксплуатации транспорта, мы должны учитывать и источники энергии, используемые при этом. А иначе какой смысл? Получается, что самым лучшим вариантом является зеленый водород, так как в качестве источников энергии выступают ветер, солнце и гидроэнергия.Идеальный вариант, казалось бы. Однако не все так однозначно. По словам Дэвида Себона, профессора Кембриджского университета машиностроения: «Преобразование возобновляемой электроэнергии в водород посредством электролиза (отделения водорода от кислорода в воде с помощью электрического тока), сжатия и хранения водорода, а затем преобразование в электроэнергию для привода электродвигателя имеет общий КПД около 23 %. Это означает, что 77% энергии теряется в виде низкопотенциального тепла через цепочку преобразования энергии в FCEV (электромобиль на топливных элементах)».

Кроме этого, как утверждает профессор, на каждые 100 кВтч произведенной энергии, лишь около 69 кВтч достигает колес электромобиля. «Следовательно, FCEV требует в три раза больше возобновляемой электроэнергии, чтобы проехать то же расстояние, что и BEV (электромобиль на аккумуляторных источниках питания)».

Тем не менее, по мнению ученых будущее за зеленым водородом. Именно благодаря этому источнику энергии можно добиться максимальной экологичности в транспортной отрасли. Его можно сжимать, хранить и относительно легко использовать для заправки транспортных средств. Да, есть потери при преобразовании, но их можно простить, если конечным результатом будет действительно безуглеродный источник энергии с нулевым уровнем выбросов, учитывая всю цепочку производства – «от ветряка до выхлопной трубы».Компании по всему миру уже инвестируют в эту технологию. Кто-то сосредоточил усилия по производству электролизеров, а кто-то их уже использует для промышленности и транспорта. Известная американская компания Cummins, занимающаяся разработкой, производством и продажей дизельных и газовых двигателей, генераторных установок и комплектующих так же включилась в работу и предлагает электролизеры собственного производства.

Технология электролизеров Cummins представляет собой модульное решение, ее можно масштабировать в зависимости от спроса, и она вполне может использоваться транспортными компаниями на территория своих автопарков. Например, два Cummins HyLYZER-500 могут производить до 2000 кг водорода в день. Этого достаточно для заправки 65–80 среднетоннажных грузовиков, с запасом 25–30 кг водорода при давлении 350 бар. Транспортные компании могут установить подобные установки на своих объектах, однако семизначная цена этой технологии, вероятно, несколько ослабит энтузиазм потенциальных покупателей.

Однако не стоит забывать, что потребность транспортной отрасли, как один из потребителей водорода, составляет на данный момент ничтожную долю того, что в настоящее время потребляется другими отраслями. И выход здесь видится как раз в кооперации между промышленными и транспортными компаниями, где первые имеют избыточные мощности и могут поделится излишками со вторыми, за разумную плату конечно же.По состоянию на 2019 год в мире потреблялось 115 миллионов тонн водорода, подавляющая часть которого использовалась в тяжелой промышленности, включая сталелитейное производство, нефтехимическую переработку и отопление. При этом на долю грузо- и пассажироперевозок всех видов пришлось менее 10000 тонн использованного водорода. По прогнозам Международного энергетического агенства (МЭА), к 2030 году доля потребления водорода транспортом достигнет 1,6 млн тонн, к 2050 году — 66,5 млн тонн, а к 2070 году — почти 160 млн тонн.

Производство такого количества зеленого водорода будет сложной задачей. МЭА предполагает, что в 2070 году электролизеры могут производить около 300 мегатонн водорода в соответствии с так называемым сценарием устойчивого развития. По данным агентства, для этого потребуется 13 750 тераватт-часов электроэнергии, что эквивалентно половине мирового производства электроэнергии сегодня. К 2070 году мощность электролизеров должна возрасти с сегодняшних 170 мегаватт до более чем 3000 гигаватт.Другими словами, для достижения нулевых показателей к 2050 году потребуется шестикратное увеличение производства водорода по сравнению с текущим производством. Вот и представьте какой объем инвестиций потребует так называемый «энергетический переход».

Тем не менее, этот процесс уже запущен, и появление новостей от автопроизводителей о создания очередной новинки электромобиля уже не редкость. А с учетом ужесточающихся требований к экологичности транспорта во всем мире, новости будут звучать еще чаще.