Водородные проекты «газпрома»

Физические свойства водорода

Что такое водород — это самый легкий элемент в химической таблице, поэтому занимает почетное первое место. Его ядро включает всего один протон и один нейтрон. Несмотря на повсеместное распространение во вселенной, в земной коре содержится всего около 1%.

Встречается элемент на Земле чаще всего в виде соединений с другими элементами. Реже в виде двухатомного газа H2, состоящего из пары атомов. В обычных условиях – это бесцветный, нетоксичный газ без какого-либо цвета и вкуса. В смесях с воздухом, кислородом, хлором или фтором при определенной концентрации может быть взрывоопасен.

Температура кипения составляет -252,87°С, а при -259,14°С происходит плавление. Наиболее распространенные соединения с водородом – это вода (Н2О), аммиак (NH3), сероводород (Н2S), метан (CH4), гидриды металлов и некоторые органические соединения.

Стоимость закупки оборудования и сырья в России

В основной своей массе для рынка Российской Федерации доступно оборудование китайского и отечественного производства. Зачастую установки универсальны.

К примеру, оборудование для пиролиза производит не только водород, но и этин, этен и другие органические соединения. По желанию, любой из этих ресурсов можно реализовать, как отдельный продукт, либо использовать в качестве сырья в дальнейшей добыче гидрогена.

Далее идёт категория «потяжелее»: генератор электролиза, потребляющий 30 л воды в час, будет производить 30 куб. метров H и 15 куб. метров O₂ за час. Стоимость такого оборудования составляет около 110 тыс. долларов США. Чистота получаемого на выходе гидрогена оценивается в 99,6-99,8%.

Такой тип генераторов использует наиболее доступный ресурс для производства – воду и электричество. Как уже говорилось ранее, вода может быть абсолютно любого качества. К примеру, можно использовать дождевую воду, речную, либо морскую.

При покупке генератора стоит учесть, что некоторые из них работают только с дистиллированной, то есть технической водой!

Оборудование для добычи гидрогена из биосырья и полезных ископаемых посредством пиролиза, обойдётся гораздо дороже. К примеру, для производства 300 куб. метров H из биотоплива предприниматель должен быть готов выложить 400-800 тыс. долларов.

Тем не менее не стоит забывать, что при пиролизе добывается большое количество побочных продуктов, а чистота водорода достигает отметки в 99.999%. Сырьём для такого типа добычи могут выступать практически любые органические соединения. При этом срок окупаемости такой установки составляет до 5 лет.

Самый простой способ получения водорода.

Как получить водород для двигателя на воде?

СПОСОБЫ МОДЕРНИЗАЦИИ

Чтобы расширить производство или повысить эффективность деятельности, предприятию необходимо произвести модернизацию производства. Модернизация современного производства может осуществляться экстенсивным и интенсивным путем.

К экстенсивным методам модернизации относят увеличение количества цехов, работников и станков в цехе. При этом сохраняется прежняя технология производства продукции и не вносятся инновации в процесс. К интенсивным путям модернизации относят улучшение технологического процесса за счет внедрения новых технологий и методов работы, изменения структуры предприятия.

Модернизацию производства с помощью экстенсивных и интенсивных способов осуществляют по следующим направлениям.

1. Совершенствование технологии производства, выпуск более качественной и востребованной на рынке продукции. К совершенствованию технологии на предприятии можно также отнести улучшение технологической дисциплины производства, отслеживание расхода режущих инструментов, списание сырья и материалов по утвержденным нормам расхода.

2. Автоматизация производства. После внедрения автоматизации предприятие начинает работать более эффективно, повышается производительность, высвобождается часть работающих.

3. Механизация оборудования. В этом случае улучшается ресурс работы оборудования и сокращается время его простоев, снижаются расходы на ремонт. Такой результат достигается через покупку и внедрение более производительных и качественных станков.

Для сокращения простоев оборудования по механической части вводят ряд организационных мероприятий:

• оптимизация штатного расписания ремонтной службы;
• оптимизация и отслеживание ремонта оборудования;
• повышение квалификации работников, которые ремонтируют и обслуживают оборудование.

Модернизация на производстве может осуществляться и по энергетической части. Здесь сокращаются затраты на электроэнергию, устанавливается более энергосберегающее оборудование, подбираются оптимальные по мощности двигатели, чтобы исключить перерасход электроэнергии.

Водородная энергия и технологии

Как бы там ни было, но с подачи развитых государств компании начали активно работать с технологией получения электричества с помощью водорода. 20 декабря 2020 года 7 крупнейших мировых компаний по производству водорода и оборудования для работы с ним объявили о создании глобальной коалиции, которая в ближайшие 6 лет ускорит масштабирование и производство водорода в 50 раз. Это компании ACWA Power, CWP Renewables, Envision, Iberdrola (BMAD: IBE), Ørsted (NASDAQ Copehagen: ORSTED), Snam (BIT: SRG) и Yara (OSE: YARA).

Их цель — снизить себестоимость получения водорода до 2 USD за килограмм. Данная цена может стать переломным моментом, когда водород станет более предпочтительным видом топлива для трудоёмких предприятий, а также транспорта.

Apple запатентовала аккумулятор на водороде

Компания Apple (NASDAQ: AAPL) запатентовала водородные топливные ячейки для своих гаджетов, которые могут работать неделями на одной зарядке. Но на текущий момент не решены основные задачи: как хранить в ячейках достаточное количество водорода и что делать с водой, которая выделяется в процессе получения энергии.

Bosch разрабатывает топливные элементы на водороде

Компания Bosch запланировала выйти на рынок автомобильных топливных элементов, где хочет совершить технологический прорыв в разработке накопителей энергии для грузовых и легковых электромобилей.

Toyota запустила в серийное производство электрокар на водороде

В 2013 году автоконцерн Toyota Motor Corporation (NYSE: TM) представил публике водородный автомобиль Toyota Mirai, который был запущен в серийное производство, а в 2019 году вышло второе поколение данной модели.

В Германии запустили поезд на водороде

В Германии в 2018 году встал на рельсы поезд на водородных топливных элементах. К 2021 году планировалось запустить еще 14 таких поездов.

Яхта на водородном топливе

В 2017 году была спущена на воду первая в мире яхта под названием Energy Observer, которая вырабатывает и использует в качестве источника энергии водород. А в 2020 году стало известно, что Бил Гейтс (Bill Gates) заказал себе яхту, работающую на жидком водороде.  

Где ещё используется водород?

Водородные станции используются на космических кораблях, в местах, где невозможно подвести электричество по проводам, в системе здравоохранения в качестве резервных источников питания и так далее. Водород активно использовался бы и в автомобильной промышленности по всему миру, если бы для этого была создана инфраструктура.

Водород. Проблемы, возникающие при его использовании в качестве топлива

Водород – это газ, не обладающий вкусом, цветом и запахом. Химическое двухатомное соединение – H2, отличающееся в смеси с кислородом или воздухом крайней степенью взрыво- и пожароопасности. Он также взрывоопасен и в присутствии окисляющих газов.

Несмотря на то, что это самый лёгкий химический элемент и самое распространённое вещество во Вселенной, на Земле в чистом виде он практически не встречается. Так как активно взаимодействует с неметаллами, образую воду и ряд органических соединений.

Большинство этих уникальных свойств создают целый набор проблем, требующих решения на уровне самых современных технологий при оптимальных с точки зрения экономики затратах. В перечень возникающих трудностей входят:

• Технические сложности, возникающие во время проведения процессов извлечения водорода из природных материалов (96% которых составляют те же самые углеводороды – в виде нефти, природного газа и каменного угля), к тому же, – ведущими к весьма значительному расходу электрической энергии!
• Необходимость хранения и транспортировки самого лёгкого вида топлива, занимающего самый большой объём из всех известных на сегодня горючих веществ. Решение вопроса ведёт к необходимости создания дополнительных технологических мощностей, направленных на сжатие (в 700 атмосфер!) или сжижение (при –253°C!) исходного газообразного вещества.
• Потребность создания жаропрочных материалов, выдерживающих температуру, превышающую +2800° C, необходимую для сжигания водорода при участии кислорода, который опять же требуется производить и доставлять в топку. Пока что такое возможно лишь на уровне самолётных и ракетных двигателей.
• Угроза загрязнения атмосферы, воды и почвы, оксидами азота (химический механизм Якова Борисовича Зельдовича, впервые описанный им в 1946 году) – токсичными веществами, приводящими к возникновению кислотных дождей и представляющими серьёзную угрозу для здоровья населения. Это развенчивает миф об экологической безопасности водородного топлива, так широко распространяемый его сторонниками. И порождает необходимость разработки, сравнительно приемлемого в плане защиты окружающей среды, механизма сжигания газообразной смеси.
• Вопросы безопасности, связанные с высокой степенью взрывоопасности и горючести водорода, находящегося в соединении с чистым кислородом или кислородом воздуха.

Вполне понятно, что решение этих и параллельно возникающих проблем, требует значительных инвестиций. Но, игра стоит свеч! И необходимые средства находятся. А это означает, что водородная энергетика продолжает развиваться и развиваться, набирая обороты, тем самым вводя в строй дополнительные серьёзные энергетические мощности.

Текущая водородная повестка

В условиях современной природоохранной повестки создание рынка водородного топлива и постепенная замена водородом ископаемых энергоносителей рассматривается ведущими мировыми экономиками в качестве одного из наиболее эффективных средств достижения климатической нейтральности. В частности, ЕС активно расширяет правовую архитектуру перспективного водородного рынка, внося положения, касающиеся Н₂, в большинство выпускаемых в рамках макростратегии «Европейский зеленый курс» документов.

Водороду уделяется внимание как непосредственно в выпущенной Европейской комиссией в июле 2020 г. «Водородной стратегии для климатически-нейтральной Европы», так и, к примеру, в «Стратегии ЕС по интеграции энергосистемы» (июль 2020 г.), «Стратегии ЕС по развитию возобновляемой энергетики в прибрежных морских районах» (ноябрь 2020 г.) и других документах

В частности, в европейскую «водородную стратегию» заложено намерение европейцев к 2030 г. создать по 40 ГВт мощностей электролиза водорода из воды на территории ЕС и в странах «Восточного и Южного Соседства».

Маргарита Афанасьева: Станет ли зеленый водород нефтью завтрашнего дня в ФРГ?

Россия не входит в указанные группы стран, однако официальные представители ЕС неоднократно заявляли о заинтересованности в сотрудничестве с ней по водороду. В частности, об этом говорил исполнительный заместитель председателя Еврокомиссии по Европейскому зеленому курсу Ф. Тиммерманс.

Россия, как и многие другие страны, осознавая происходящие изменения, закладывает в свои стратегии развития соответствующие меры и строит планы на различных уровнях власти. Так, Энергетическая стратегия Российской Федерации на период до 2035 г. предусматривает создание потенциала (в том числе доработку соответствующих технологий и ввод в промышленную эксплуатацию необходимых мощностей) для экспорта 200 тыс. т водорода уже к 2024 г. и 2 млн т к 2035 г., а заместитель министра энергетики Российской Федерации П. Сорокин в ноябре 2020 г. заявлял о потенциальной возможности поставлять в будущем десятки миллионов тонн водорода в год.

В свою очередь правительства стран, которые потенциально будут зависеть от импорта нового вида топлива, спешат «забронировать» будущие объемы водородного сырья, проводя переговоры и подписывая соответствующие международные соглашения. В качестве примеров можно привести германо-марокканское Соглашение о сотрудничестве в сфере зеленого водорода (июнь 2020 г.), японско-австралийское Совместное заявление о сотрудничестве в сфере водорода и топливных ячеек (январь 2020 г.) и российско-германскую Декларацию о намерениях по сотрудничеству в сфере устойчивой энергетики. Интересны и заявления немецких политиков, в частности главы Министерства экономики и промышленности ФРГ П. Альтмайера, в отношении перспектив сотрудничества с Россией.

Крупнейшие отечественные, зарубежные и международные компании ТЭК, убедившись в серьезности намерений страновых и наднациональных правительств, также приступили к проработке возможности генерации водорода в требующихся значительных объемах. Российскими примерами может служить соглашение о совместном продвижении проектов в области «чистого» водорода в России и в Европе, подписанное Госкорпорацией «Росатом» и французской EDF в апреле 2021 г., а также работа ПАО «Газпром» с немецкой Wintershall DEA по изучению возможностей для реализации совместных водородных проектов.

И действительно, использование водорода обладает рядом значительных преимуществ по сравнению с другими возможными вариантами «декарбонизации». В частности, Н₂ является одним из наиболее распространенных в мире элементов, уже используется в промышленности (впрочем, в основном не в качестве отдельного энергоресурса), а технологии по его производству, пусть и требуют проведения серьезной работы по снижению издержек и увеличению производительности, уже существуют или находятся на приемлемой стадии готовности.

ЗАТРАТЫ НА МОДЕРНИЗАЦИЮ И ПОЛУЧЕННАЯ ВЫГОДА

Предположим, в связи с моральным износом оборудования руководство предприятия, занимающегося лабораторными исследованиями, приняло решение провести модернизацию — вместо старого спектрометра приобрести спектрометр атомно-абсорбционный iCE3500 с программным обеспечением нового поколения.

Чтобы оценить все затраты на модернизацию и полученную выгоду, нужно рассчитать производственную мощность оборудования после проведения модернизации.

К СВЕДЕНИЮ

Производственная мощность — это максимально возможный годовой выпуск продукции в номенклатуре и ассортименте планового года при полном использовании оборудования и производственных площадей, а также при наилучших организационно-технических условиях производства.

Производственную мощность определяют как по всему предприятию в целом, так и по отдельным цехам или производственным участкам, где задействовано ведущее оборудование. К ведущему оборудованию относится оборудование, на котором выполняют основные, наиболее трудоемкие технологические процессы и операции по изготовлению изделий или полуфабрикатов.

План выпуска продукции напрямую зависит от производственной мощности, поэтому обоснованность программы производства должна подтверждаться расчетами производственной мощности, которые необходимы для производственного планирования.

Формула расчета производственной мощности (ПМ) предприятия:

ПМ = В_эф / Тр, (1)

где В_эф — эффективный фонд времени работы оборудования;

Тр — трудоемкость изготовления единицы продукции.

Эффективный фонд рабочего времени определяют исходя из количества рабочих дней в году, количества рабочих смен в один день, продолжительности рабочей смены за вычетом потерь рабочего времени.

Рассчитаем производственную мощность рассматриваемого предприятия, учитывая, что оно работает в одну смену. Продолжительность смены — 8 ч.

Произведем расчет эффективного фонда времени, если по производственному плану на год определено 248 рабочих дней, потери рабочего времени на ремонт оборудования и простои составляют 7 %.

Эффективный фонд работы предприятия составит:

(248 дн. × 8 ч) – 7 % = 1845 ч.

Трудоемкость изготовления единицы продукции определяется на каждый вид изготавливаемой продукции по отраслевым нормам, измеряется в нормо-часах.

Для определения производственной мощности нового оборудования (спектрометра атомно-абсорбционного iCE3500 с программой) необходимо рассчитать его мощность и сравнить со старым оборудованием. Для расчетов используем табл. 1.

В целом по предприятию производственная мощность после внедрения спектрометра нового поколения будет составлять 3690 исследований.

Зная производственную мощность, составим план модернизации производства. Расчеты представлены в табл. 2.

Как видно из табл. 2, после модернизации увеличиваются мощность оборудования и объем выпуска продукции, повышаются производительность труда и фондоотдача. Как следствие растет прибыль и рентабельность предприятия.

Производство водорода – российские перспективы

Несмотря на то, что некоторые автомобильные и энергетические компании собирались использовать водород на российском рынке ещё в 2014, широкого распространения такой вид топлива пока что не получил. Несмотря на это, у нас имеются в свободной продаже автомобили с гибридным и водородным двигателями.

Но автомобили – не единственная сфера применения этого газа. Водород используется при сварке тугоплавких металлов, в пищевом производстве, а в промышленности при помощи гидрогена восстанавливают некоторые металлы из их оксидов.

Себестоимость добычи одного килограмма – 1-5 долл. США, а 1 м3 H на российском рынке стоит, в среднем, 1300 рублей. И это только с учётом «чистого» гидрогена, без побочных продуктов производства! А ведь, к примеру, стоимость 40 л ацетилена составляет 2,5-4 тыс. рублей.

Как видите, производство водорода – это выгодный бизнес, масштаб реализации которого можно «вписать» в имеющийся у вас бюджет. А что можно сказать о перспективах дела?

В будущем планируется значительное снижение себестоимости гидрогена, а также широкое распространение автомобилей с водородным двигателем, как альтернативы «классическому» топливу.

Вдобавок ко всему, при добыче газа можно использовать солнечную энергию, что ещё больше удешевляет себестоимость гидрогена. Всё это делает производство водорода перспективным и выгодным вложением.

Источник

Первое практическое применение водорода

Уникальные свойства этого газа быстро  нашли применение в нескольких сферах, в частности, в военной.   В 18 веке воздушная техника сводилась к шарам и дирижаблям. Наполняли емкости горячим воздухом, благодаря которому вся конструкция могла взлетать. Проблемой было то, что воздух требовалось поддерживать горячим, иначе он терял свою подъемную способность.

Газ водород в этом плане был намного выгоднее – он всегда оставался легче воздуха, но наоборот требовал повышенной защиты от огня. Почему не использовали гелий? На тот момент производство этого газа было непомерно дорогим, поэтому о наполнении таких больших объемов как в дирижаблях речи не шло. Сегодня же гелий куда более доступный и активно используется в самых разных сферах.

История дирижаблей на водороде ассоциируется с именем Фердинанда фон Цеппелина, который создал модели LZ-1, LZ-2 и LZ-3. Последнюю заметили военные, после чего эти воздушные суда начали активно использоваться в военных действиях в ходе Первой мировой войны, а также в пассажирских перевозках. Дирижабли без особых проблем могли совершать длительные полеты, в том числе через Атлантический океан.

Водород не только подарил новую жизнь воздушным судам, но и стал причинной их гибели. Газ легко воспламенялся, из-за чего каждый дирижабль фактически становился потенциальной бомбой. Конец эры этих монстров датируется 1937 годом,  когда в США загорелся и рухнул дирижабль «Гинденбург

4 способа получения водорода

Существует более 100 различных методов добычи гидрогена – как теоретических, так и освоенных в промышленных масштабах. В зависимости от выбранного вами вида получения ресурса, производство водорода потребует различного оборудования, сырья и других ресурсов.

Рассмотрим 5 самых распространенных способов производства водорода.

Способ №1. Паровая конверсия

Более 50% всего водорода получается путём паровой конверсии воды и метана. При этом три основных составляющих (природный газ, водяной пар и оксиген) смешиваются в определённых пропорциях.

Таким образом, часть природного газа сгорает вместе с кислородом, тем самым поддерживая необходимую температуру для продолжения химической реакции. Метан, не выгоревший во время реакции конверсии, реагирует с водяным паром, образуя оксид углерода (то есть сажу) и непосредственно гидроген.

Простота и относительная лёгкость делает производство водорода путём паровой конверсии наиболее дешёвым из всех доступных.

Способ №2. Разделение метана на углерод и водород

Второй метод получения гидрогена – крекинг метана, простейшего по составу углеводорода. Благодаря специальному процессу сжиженный метан нагревается до температур свыше 1000-1400 °С, после чего газ начинает разлагаться на гидроген и карбон.

Благодаря дешевизне метана, а также простому способу его получения, такой тип добычи водорода проще всего. Однако высокие температуры и потенциальная пожароопасность требуют дополнительных мер безопасности. К тому же, оборудование для полного процесса крекинга не из дешёвых.

Способ №3. Электролиз воды

Ещё один вид добычи гидрогена – электролиз воды. Это второй по распространённости метод добычи водорода, обеспечивающий достаточно высокую чистоту конечного продукта. Сопутствующим «бонусом» в этом технологическом процессе становится кислород, не менее важный элемент.

Для такого способа производства требуются значительные запасы воды. Тем не менее он совсем не требователен к её качеству – для электролиза можно использовать промышленную, дождевую или даже сточную воду.

Способ №4. Пиролиз

Последняя из наиболее распространённых методик – пиролиз. Иными словами – разложение органики при помощи термической обработки.

«Топливом» для этого могут служить отходы сельского хозяйства и пищевых производств:

• Птичий помёт и другие побочные продукты животноводства.
• Отходы рыбных, соко- и мясокомбинатов.
• Некоторые виды технических культур, специально выращенных для получения биомассы.

При переработке всех этих биоотходов при помощи специальных бактерий образуется синтез-газ, в основном состоящий из двуокиси карбона и метана. Продуктом их переработки и становится гидроген.

Такой способ производства набирает всё большую популярность ввиду того, что, помимо гидрогена, из биомассы добываются этилен и ацетилен. Также ценным сырьём являются и сами биоотходы, которые широко используются в сельском хозяйстве для производства удобрений.

Мировой рынок водорода

Мировой рынок водорода рос со среднегодовым темпом 2,9% за период 1990-2020 гг. Рост спроса обеспечивали все основные сегменты потребления водорода:

• Нефтепереработка (наблюдался наиболее высокий рост за счет увеличения спроса на нефтепродукты (в т.ч. с низким содержанием серы).
• Производство аммиака.
• Производство метанола.

Рис. 6. Динамика потребления чистого водорода и водорода в смеси в мире по сегментам производства, млн т.

В 2020 г. мировое потребление чистого водорода и водорода в смеси с другими газами составило 75 и 44 млн тонн соответственно, из них лишь около 3 млн тонн были произведены с низким углеродным следом.

В США, Китае, Японии, Евросоюзе и других странах в последние годы были утверждены стратегии развития водородного транспорта, при достижении заявленных целей, потребление водорода в транспортном секторе вырастет с 140 тыс. тонн в год до 14 млн тонн в год к 2030 г.

Рис. 7. Прогноз потребления водорода по сегментам экономики в мире, млн т./г.

Общий объем производства водорода в мире в настоящее время оценивается различными источниками в 55-70 млн тонн, причем совокупные среднегодовые темпы его роста за последние 20 лет невысоки — около 1,6%. Более 90% водорода производят на месте его потребления (так называемый кэптивный продукт), и менее 10% поставляют специализированные компании, работающие на рынке промышленных газов (Air Liquide, Linde, Praxair Inc. и др.).

Сегодня в качестве сырья для производства водорода доминируют углеводороды. Более 68% водорода получают сейчас из природного газа, 16% из нефти, 11% — из угля и 5% — из воды с помощью электролиза. Это объясняется сравнительной дешевизной производства из углеводородов – по различным оценкам, себестоимость водорода из природного газа пока в 2-5 раз ниже, чем при электролизе (рис. 8).

Рис. 8. Способы получения водорода

ЭТАПЫ МОДЕРНИЗАЦИИ

Процесс модернизации производства можно разделить на семь этапов (первые три этапа связаны с анализом всей доступной информации и статистических данных).

1. Принятие решения о модернизации. Решение принимается, если для этого есть следующие предпосылки:

• большой объем аварийного и не поддающегося ремонту оборудования;
• большой объем устаревшего оборудования;
• недостаточная эффективность эксплуатируемого оборудования;
• необходимость увеличить производительность;
• расширение производства в перспективе.

2. Поиск оборудования и выбор поставщиков. Изучают оборудование и его поставщиков, поскольку от характеристик и качества оборудования зависит дальнейшая эффективность производственного процесса, а надежность поставщиков влияет на скорость и стоимость модернизации.

3. Составление бизнес-плана. С помощью бизнес-плана можно рассчитать все расходы, время окупаемости и полученную выгоду.

4. Привлечение финансовых средств. Модернизация производства потребует привлечения кредитных ресурсов, так как редко какое предприятие может позволить себе подобное мероприятие за свой счет.

5. Заключение договоров с поставщиками. Договоры с поставщиками можно заключать, не дожидаясь открытия займа. Достаточно получить подтверждение одобрения запроса от кредитора.

6. Доставка и монтаж нового оборудования. Сроки и условия поставки оборудования могут отличаться, так как чаще всего его поставляют разные производители. Этот момент обязательно нужно учитывать.

Первая часть этапа — демонтаж промышленного оборудования. Устаревшие станки, приборы или механизмы необходимо разобрать. После устанавливается новая техника, технические специалисты проводят сборку оборудования. Монтаж происходит быстро (на крупных предприятиях — до месяца), так как ко времени прибытия оборудования предприятие повышает квалификацию своего персонала или нанимает специалистов.

7. Наладка и проверка оборудования, испытание установленного компонента, наладка системы управления. Опытная эксплуатация нужна для выявления неполадок и окончательного монтажа. После испытания оборудование начинает работать в штатном режиме. Как правило, окончательное введение в эксплуатацию занимает до трех месяцев.

Что изменилось?

«Энергетический переход» в мировой электроэнергетике привел к бурному развитию в 2000–2010-х годах возобновляемой энергетики, прежде всего солнечной и ветряной генерации. Стоимость этих технологий постоянно снижается (приведенная стоимость электроэнергии от ветряной и солнечной генерации в США, по данным Lazard, в 2009–2016 годах сократилась на 70–80%). Рынок растет быстрыми темпами (в 2016 году, по данным IRENA, в мире было введено 71 ГВт солнечных станций на фотовольтаике и 51 ГВт ветряных станций, а в 2017 году, как ожидается, будет подтвержден ввод 90 и 40 ГВт соответственно) — таким образом, только за два последних года в мире было введено больше мощностей солнечной и ветряной генерации, чем совокупная мощность всех электростанций Единой энергосистемы России. Годовые инвестиции в сектор составляют более $250 млрд — вдвое больше инвестиций в генерацию на ископаемом топливе. Ценовые рекорды солнечной энергетики в Дубае, Мексике, Перу, Чили, Абу-Даби, Саудовской Аравии, ветряной энергетики в Бразилии, Канаде, Германии, Индии, Мексике и Марокко достигли планки примерно в 1,7 рубля за кВт∙ч (для сравнения: жители Москвы и области платят за электроэнергию в своих домах в два-три раза больше). По прогнозам Международного энергетического агентства, к 2040 году доля генерации электроэнергии на солнечных и ветряных электростанциях в мире составит от 13% до 34% (в 2016 году — 5%). Очевидно, что в отдельных регионах доля этих источников будет еще больше.

Будущее водорода в мировой энергетике

Проблемы экологии вынуждают исследователей искать альтернативные источники энергии. Один из самых животрепещущих вопросов последних лет – водород в качестве автомобильного топлива. Главный плюс – отсутствие выброса вредных газов в атмосферу. В цилиндр двигателя поступает водород и кислород, которые в ходе реакции создают небольшой взрыв и двигают поршни. Побочный продукт в ходе этой реакции – обычная вода. Также выпускаются машины на электротяге, но с водородными ячейками, внутри которых формируется электрическая энергия при взаимодействии H2 и О2.

Крупные автопроизводители постепенно осваивают технологию на прототипах или тестовых машинах. Например,  уже были выпущены и протестированы такие модели, как BMW Hydrogen 7, Mazda RX-8 Hydrogen RE, а также автобусы Ford E-450 для аэропортов. Самым популярным и известным автомобилем на водороде можно назвать Toyota Mirai, которая активно продается на территории США, Канады и Японии.  Во многом популярность этой модели обоснована дотациями со стороны государства. Например, в США при покупке Mirai вы получали дополнительно 15 тысяч долларов на заправку водородом в течение трех лет.

Видео о водородной энергетике

Схожие предложения есть и от других компаний — Honda Clarity, Hyundai Nexo, Mercedes—Benz GLC F-Cell, BMW X5i Hydrogen Next.

Несмотря на все достоинства водородной технологии, есть несколько важных «но». Во-первых, имеется масса вопросов относительно безопасности водорода в автомобильном транспорте. В отличие от бензина, водород легко может взорваться при контакте с воздухом, поэтому даже незначительные ДТП на дороге представляют опасность. Это вынуждает автопроизводителей устанавливать дополнительные датчики и делать баки более ударопрочными.

Во-вторых, в мире образовалась проблема «яйца и курицы». Машины на водороде не появляются из-за отсутствия инфраструктуры, а ее не хотят возводить из-за небольшого количества машин. Разорвать этот замкнутый круг становится сложнее, учитывая конкуренцию со стороны электромобилей. По данным за 2020 год в мире насчитывается около 500 водородных заправок, в то время как станций для зарядки авто – больше 11 миллионов!

Несмотря на эти ограничения, многие уверены, что водород станет неотъемлемой частью энергетики будущего, так же, как он используется сейчас в пищевой и химической промышленности.

Заключение и рекомендации

Водородная логистика ставит перед научным сообществом и деловыми кругами целый ряд сложных проблем с точки зрения дальнейшего удешевления процессов хранения и транспортировки Н₂, которое позволило бы ему быть конкурентоспособным видом топлива. Постепенное сокращение утечек водорода может быть достигнуто путем создания и применения в водородной логистике более подходящих материалов, а также при помощи модернизации существующей ГТС трубами, изначально рассчитанными в том числе на водород. В качестве удачного решения можно выделить возможность применения таких труб при плановых ремонтах ГТС.

Отдельного внимания заслуживает необходимость организации обучения персонала работе на объектах водородной инфраструктуры при строительстве и эксплуатации. Экономически выгодным видится повышение квалификации кадров газовой отрасли вместо обучения новых специалистов. Это позволит также устранить проблему переизбытка кадров на рынке после завершения активной фазы строительства новых водородных трубопроводов.

Несмотря на высокую стоимость водорода и его логистики, представляется, что основные экономические партнеры России в долгосрочной перспективе продолжат постепенный переход от природного газа к водороду, что повышает актуальность наращивания усилий с целью заключения предварительных межправительственных соглашений и коммерческих контрактов на его перспективную поставку до формирования рынка.

Это создаст дополнительные опции с точки зрения переговоров, а также позволит потеснить потенциальных конкурентов и занять более значительную долю рынка.

При заключении долгосрочных договоров на поставку появляется возможность заранее привлечь под проект контрактное финансирование, часть которого можно направить на модернизацию средств логистики.

Проведение консолидированного анализа перспективных технологий транспортировки и хранения водорода позволило бы выявить те из них, которые могут быть в краткие сроки доработаны и введены в промышленную эксплуатацию с целью повышения конкурентоспособности отечественных компаний. Использование национальных ресурсов для работы с такими технологиями может быть весьма востребовано с экономической точки зрения и иметь значимый мультипликативный эффект.

С учетом высокой стоимости водорода и его логистики отдельное внимание необходимо уделить оптимизации производства и логистики водородно-метановой смеси как более дешевой промежуточной альтернативы полному переходу промышленности на водород.