Сравнение водородных и электрических автомобилей

Сколько будет стоить заправка для водородных авто

Рыночная стоимость водорода в Европе сейчас составляет около 9 евро за килограмм, что соответствует примерно 45 евро для полного бака автомобиля Toyota Mirai. При запасе хода в 500 км сумма получается на уровне 9 евро на 100 км. Если учитывать, что стоимость бензина на европейских заправках около 1,3-1,35 евро, потребление водородного авто примерно соответствует среднему расходу седана с бензиновым мотором 1,5-2 литра в комбинированном режиме.

С одной стороны, это не много – но только, если не сравнивать с электромобилями. При использовании электродвигателей владелец автомобиля Tesla Model S или Toyota Prius потратит около 2,5 евро на то же стокилометровое расстояние. Поэтому, пока цена на водород для автомобилей не снизилась хотя бы до 25-30 евро за полный бак, преимущество останется за электрокарами.

Применяемые материалы

В системе отопления применяется, как правило, дистиллированная вода, в которую добавляют гидроксид натрия в пропорции 10 л жидкости на 1 ст. л вещества. При отсутствии или проблематичности получения нужного количества дистиллята разрешается использование и обычной воды из крана, но только в том случае, если в ее составе отсутствуют тяжелые металлы.

В качестве металлов, из которых изготавливают водородные котлы, допустимо использовать любые виды нержавеющих сталей – отличным вариантом станет ферримагнитная сталь, к которой не притягиваются лишние частицы. Хотя основным критерием выбора материала все-таки должна быть устойчивость к коррозии и ржавчине.

Для сборки аппарата обычно используются трубки диаметром 1 или 1,25 дюйма. А горелка приобретается в соответствующем магазине или интернет-сервисе.

Если правильно подобрать материалы и тщательно изучить схему отопления, изготовление установки и ее присоединение к котлу не представляет собой ничего сложного.

Поезда на водороде

С 2018 года в Германии можно сесть на первый в мире водородный поезд Coradia iLint. Он развивает скорость до 140 километров в час и может преодолеть почти тысячу километров без дозаправки – примерно столько же, сколько поезда на дизеле.

Пока что по Германии курсируют два водородных поезда. Разработчик этих поездов, французская компания Alstom, поначалу собиралась построить еще 14. Но поезда на водороде оказались настолько востребованными, что в 2020 году немецкие железнодорожные компании заказали уже 41 водородный поезд.

В Португалии тоже есть поезд на водороде, всего один, зато какой: винтажный Vouginha, на котором летом можно прокатиться в Порту. Этот исторический поезд ходит по последней оставшейся в Португалии узкоколейной железной дороге, а его вагоны сохранились с 1908 года.

Сколько водорода нужно мировой экономике?

Планы развития водородной энергетики строятся на ожидании, что объёмы этого рынка серьёзно вырастут. Ключевой вопрос — насколько? По этому поводу нет единого мнения, разброс мнений от нескольких десятков до почти 700 млн тонн в год.

То есть всё ещё непонятно: сформируется ли глобальный рынок с поставками водорода от центров производства к местам потребления, как это происходит сейчас с нефтью и газом; или производство и потребление водорода будет сосредоточенно в рамках локальных регионов. В пользу каждого из этих сценариев можно привести свои доводы.

Сейчас спрос на чистый водород в мире невысок и находится на уровне 75 млн тонн в год, приводит цифры заместитель председателя правительства РФ Александр Новак в своей статье «Водород: энергия «чистого» будущего» в журнале «Энергетическая политика». При этом основными потребителями являются (около 95% всего спроса) нефтеперерабатывающая и химическая промышленность.

В качестве сырья или топлива водород используется в смеси с другими газами — это ещё около 42 млн тонн водорода. А если взять именно транспорт и энергетику — сферы, с которыми обычно и связывают применение водорода, то здесь объём потребления будет менее 0,01 млн тонн в год, продолжает Александр Новак.

Член наблюдательного совета Института развития технологий ТЭК Александр Лопатников в своей статье «Водородная энергетика: как широко, как скоро» отстаивает точку зрения, что серьёзным стимулом к развитию альтернативных источников энергии, в том числе водорода, станут высокие цены на углеводороды.

Доля нефти в мировом энергобалансе уже снизилась с 50% в 1970-е годы до 29% в наши дни, в основном за счёт роста потребления газа. Учитывая, что ряд крупнейших экономик поставили задачу добиться углеродной нейтральности, эта тенденция получит дальнейшее развитие.

В случае, если стране удастся достичь поставленных целей, потребление нефти к 2030 году снизится до 28%, а к в 2050-му до 22%. Параллельно доля возобновляемых источников вырастет с нынешних 12% до 19% в 2030 году, и 37% в 2050 году, прогнозирует Международное энергетическое агентство.

В свою очередь, Артём Боев считает, что водород сможет выйти на мировой рынок уже в ближайшее десятилетие. Однако, по мнению эксперта, он никогда не сможет полностью заместить природный газ, а лишь займёт свою нишу в мировом энергетическом балансе.

Но при этом, даже если оптимистичные прогнозы сбудутся, водороду всё равно придётся выдержать жёсткую конкуренцию с другими источниками «зелёной» энергии, отмечают аналитики агентства Argus в своём обзоре «Водород — новая надежда или хайп?».

Например, в сфере перевозок водород конкурентоспособен при использовании в большегрузных транспортных средствах, но если рассматривать «гражданский» автопром, то здесь эффективнее электрокары на батареях, считают в Argus. Так что путь водорода к господству на топливном рынке отнюдь не устлан розами, лидирующие позиции придётся завоёвывать в острой конкуренции.

История создания водородного двигателя

Начнем с того, что идеи построить водородный мотор появились еще в 1806 г. Основоположником стал Франсуа Исаак де Риваз, который получал водород из воды методом электролиза. Как видно, двигатель на водороде «родился» задолго до того, как был поднят ряд вопросов касательно окружающей среды и токсичности выхлопа.

Другими словами, попытки запустить ДВС на водороде были предприняты не для защиты окружающей среды, а в целях банального использования водорода в качестве топлива. Спустя несколько десятков лет (в 1841 г.) был выдан первый патент на такой двигатель, в 1852 г. в Германии появился агрегат, который успешно работал на смеси воздуха и водорода.

Во времена Второй мировой войны, когда возникли сложности с поставками нефтяного топлива, техник из СССР Борис Исаакович Шелищ, который был родом из Украины, заложил основы российской водородной энергетики. Он также предложил использовать смесь водорода и воздуха в качестве горючего для ДВС, после чего его идеи быстро нашли практическое применение. В результате появилось около полутысячи двигателей, работавших на водороде.

Однако после окончания войны дальнейшее развитие водородного двигателя было приостановлено как в СССР, так и во всем мире. Затем об этом двигателе вспомнили только тогда, когда в 70-е годы XX века случился топливный кризис. В результате компания BMW в 1979 г. построила автомобиль, двигатель которого использовал водород в качестве основного топлива. Агрегат работал относительно стабильно, не было взрывов и выбросов водяного пара.

Другие автопроизводители также начали работы в этой области, в результате чего к концу XX века появилось не только много прототипов, но и вполне успешно действующих образцов двигателей на водородном топливе (бензиновый и дизельный двигатель на водороде).

Однако после того как топливный кризис окончился, работы над водородными ДВС также были свернуты. Сегодня интерес к альтернативным источникам энергии снова растет, теперь уже по причине серьезных экологических проблем, а также с учетом того, что запасы нефти на планете быстро сокращаются и на нефтепродукты закономерно растут цены.

Также правительства многих стран стремятся стать энергонезависимыми, а водород является вполне доступной альтернативой. На сегодняшний день над водородными ДВС ведут работы GM, BMW, Honda, корпорация Ford и т.д.

Стратегия развития зеленого водорода

установление политических приоритетов;
гарантии происхождения;
дающие возможности политики;
национальные водородные стратегии.

на первом этапе (2020–2024 гг.) – производство 1 млн тонн возобновляемого водорода и установка электролизеров общей мощностью не менее 6 ГВт;
на втором этапе (2025–2030 гг.) – производство 10 млн тонн возобновляемого водорода и установка мощностей по его производству в объеме не менее 40 ГВт.

Национальные водородные стратегии

Таблица 1. Сравнительная характеристика действующих водородных стратегий некоторых стран

Страна	Ориентиры	Финансирование	Управление
Япония	Базовая водородная стратегия 2017 года ■ Достижение «общества водорода» для повышения энергобезопасности и декарбонизации ■ Ориентация на импорт водорода (с акцентом на «зеленый» водород после 2040 года) ■ Основное применение в электроэнергетике ■ Развитие экспорта автомобилей на топливных элементах (например, Toyota)	664 млн долл. США в 2020 финансовом году	Министерский совет по ВИЭ, водороду и смежным вопросам
ЕС	Водородная стратегия для климатически нейтральной Европы 2020 года ■ Достижение климатической нейтральности и отсутствия загрязнения ■ Использование водорода на основе энергии ветра и солнца	145 млрд евро (170 млрд долл. США) до 2030 года на гранты и субсидии	Европейский альянс чистого водорода, включающий представителей власти, бизнеса и гражданского общества
Германия	Национальная водородная стратегия 2020 года ■ Достижение климатической нейтральности ■ Ориентация на импорт и внутреннее производство «зеленого» водорода ■ Основное применение на транспорте и в промышленности ■ Развитие технологий Power-to-X	1,4 млрд евро (1,7 млрд долл. США) в 2016-2026 годах на инновации; 1,1 млрд евро (1,3 млрд долл. США) в 2020-2023 годах на R&D и трансфер технологий; 9 млрд евро (10, 6 млрд долл. США) — План восстановления	Государственный комитет по водороду (состоящий из министров); Координационный офис по водороду в правительстве; Национальный совет по водороду (экспертный)
Франция	Национальная стратегия развития «чистого» водорода 2020 года ■ Достижение климатической нейтральности ■ Расширение мощностей электролиза и внутреннее производство «зеленого» водорода — Основное применение на транспорте и в промышленности	7,2 млрд евро (8,5 млрд долл. США) до 2030 года — План восстановления	Национальный комитет по водороду; Французская ассоциация по водороду и топливным элементам
Норвегия	Водородная стратегия 2020 года ■ Достижение климатической нейтральности ■ Расширение мощностей электролиза и внутреннее производство «зеленого» водорода, в т.ч. с использованием CCS ■ Основное применение на транспорте и в промышленности	120 млн крон (13 млрд долл. США) — План восстановления	Правительство

Принцип работы

Под воздействием электрического заряда вода распадается на водород и кислород. Затем, при взаимодействии молекул водорода и кислорода, происходит реакция, в результате которой образуется так называемый газ Брауна и происходит процесс выделения тепла. Тепло, в свою очередь, будет осуществлять нагрев воды и позволит обеспечить нормальную температуру в помещении.

Элементы системы отопления с использованием водорода

Строение водородных котлов:

Электролизер — это специальный генератор водорода для отопления дома, который обеспечивает реакцию между кислородом и водородом.
Горелка для отопления, при помощи которой создается пламя.
Котел, который выступает в качестве теплообменника.

Процесс электролиза для получения водорода

Для успешной работы водородной установки важно соблюдать следующее:

Возможность поступления воды, чаще всего это вода из водопровода.
Параметры потребления жидкости напрямую зависят от мощности прибора.
Обеспечивать доступ к электроэнергии, которая нужна для осуществления электролизной реакции.
Заменять катализатор в соответствии с определенной частотой, которая зависит от модификации и мощности котла.

Самостоятельное сооружение

Ввиду того что массовое производство подобных агрегатов на сегодняшний день отсутствует, их покупка является нелегким процессом. Скорее всего, придется оформлять индивидуальный заказ или договариваться о поставке оборудования из Италии, где впервые разработали и запустили в работу такие устройства.

Но подобное решение вопроса по карману далеко не всем потребителям. В этом случае стоит рассмотреть возможность сооружения котла своими руками.

Как устроен самодельный котел отопления на водороде?

Система водородного обогрева состоит из генератора, горелки и котла.

Точной и гарантирующей успех инструкции по сооружению водородного котла на сегодняшний момент не может дать ни один источник. Но согласно навыкам и опыту практикующих химиков и техников такой агрегат должен состоять из следующих компонентов:

Теплообменник.
Электролизер.
Камера сгорания.
Предохранительный блок, защищающий от «обратки» (с 2 ступенями).
Емкость с электролитом и вырабатываемым водородом. Она должна быть изготовлена из легированной или нержавеющей стали, а также снабжена клапаном, с помощью которого можно сбрасывать давление в системе.

Принцип действия котла

Водород начинает вырабатываться после попадания электролитического раствора внутрь электролизера. Под воздействием катализатора с О2 элемент делится на тепло и воду. Полученное тепло, имеющее температуру порядка 40 градусов, идет в отопительную систему, проходя предварительно через теплообменник. Очень часто такой температуры хватает для полноценного обогрева дома с помощью теплых полов.

Выделившаяся в результате химической реакции вода поступает в бак (с электролитом), а затем определенная часть раствора подвергается самовоспламенению за счет процесса рециркуляции.

Давайте рассмотрим некоторые из причин, в том числе серьезные опасности, которые могут быть связаны с водородной энергетикой.

Первый минус. -Да, это правда, водород самый распространенный элемент во всей Вселенной, однако на самой Земле в чистом виде газообразный водород найти сегодня практически невозможно. Этот газ необычайно легок. Поэтому в чистом виде он очень быстро (почти моментально) поднимается к верхним слоям атмосферы и уходит дальше в безвоздушное пространство.

В подавляющем большинстве случаев атомы водорода связаны с другими типами атомов в разнообразные молекулы, которые образуют после этого различные вещества. Вот например, H2O, более известная нам всем, как вода, или тот же СН4, также известный, как метан, оба эти элемента содержат в себе молекулы водорода.

Поэтому получается, прежде чем водород может быть использован в качестве альтернативного топлива, он сначала должен быть извлечен из этих самых веществ, а затем уже переведен в особое состояние, то есть как правило, в тот самый сжиженный и необходимый нам вид.

На все эти действия потребуются очень большие затраты энергии, а значит и коллосальные материальные средства. К примеру, для извлечения H2 (водорода) из воды с помощью электролиза требуется большое количество электроэнергии, что на данный момент просто нерентабельно. По разным подсчетам стоимость 1 литра сжиженного водорода составляет примерно от $2 долларов и до 8 Евро, в зависимости от способа его добычи.

Следующим звеном в цепочке под номером два идет: -отсутствие развитой структурной сети самих водородных заправок. Стоимость оборудования для таких заправочных станций в разы выше, чем у обычной АЗС. Существует различные проекты для водородозаправляющих станций, как от классических АЗС, так и до частных минизаправок. При сегодняшнем развитии смежных технологий все эти проекты чрезвычайно дороги и относительно опасны.

Развитие сети водородных заправок дело будущих десятилетий. Именно столько должно пройти времени, чтобы стоимость их постройки была целесообразной.

Существуют ли опасности, которые связаны с наличием большого количества чистого водорода скопившегося в одном месте? Безусловно существует. Когда жидкий водород хранится в резервуарах, это безопасно, но стоит ему просочится в окружающую среду, как он моментально превращается в гремучую смесь (гремучий газ).

В плюсах мы уже отметили, что водородом можно заправлять автомобили с обычным двигателем внутреннего сгорания (в домашних условиях не повторять! ОПАСНО!!!), но однако, этот обычный двигатель проработает на чистом водороде не долго. Он быстро сломается. При сгорании водородной смеси выделяется большее количество тепла, чем при сгорании того же бензина, а это может привести под высокими нагрузками к перегреву клапанов и поршней двигателя. Помимо этого ,под воздействием высоких температур H2 (водород) может влиять на саму смазку в двигателе и на материалы из которых сделан мотор, что непременно приведет к повышенному износу рабочих частей агрегата.

Отсюда мы делаем неутешительный вывод: -без очень дорогостоящей модернизации ДВС, которая должна приспособить мотор к работе на этом виде горючего, использование водорода как топлива не приведет к ожидаемому результату.

А пока все построенные объекты для заправки автомобилей водородом скорее всего используются в качестве рекламного хода и для демонстрации возможностей будущего.

Топливные ячейки стоят на третьей позиции в качестве минусов. Эти вроде безопасные элементы тоже не избежали тернистого пути метода проб и ошибок. Как и с теми же заправочными станциями и с теми же двигателями ДВС, все упирается именно в стоимость применяемых на данный момент технологий.

Приведем один пример. В качестве катализатора в этих топливных элементах используется на данный момент платина. А теперь представляете друзья стоимость такой детали?!

Некоторые технологии для ДВС настолько дороги, что проще купить жене платиновое кольцо с бриллиантом, чем заменить сломавшуюся деталь в водородном автомобиле.

Хорошая новость в этом достаточно дорогом деле заключается в том, что ученные непрерывно день-изо-дня ищут замену этому драгоценному металлу. Разрабатываются все новые технологии, проходят тестирования новые современные материалы. В конечном итоге ученые надеются, что «топливные элементы будущего» могут существенно снизить себестоимость сегодняшних элементов в 1000 раз и более.

Есть ли будущее у водородных авто

Машины, работающие на водородном топливе, не выделяют в воздух углекислого газа, а, значит, не вредят окружающей среде и не способствуют глобальному потеплению.

Это преимущество – серьёзный повод для перехода на этот газ, но не единственный.

Есть у водородных авто и другие плюсы:

Бесшумная работа. В отличие от ДВС, водородные двигатели практически не создают шума.
Высокий крутящий момент в самом начале движения. Причина – использование в конструкции таких автомобилей только электрических моторов.
Большой рабочий диапазон. 1 грамм водорода позволяет получить втрое больше энергии по сравнению с 1 г бензина.
Быстрая заправка. Новые технологии позволяют залить бак с водородом быстрее, чем будет заряжаться любой электромобиль, и почти так же быстро, как заливается бензин.
Запас хода до 500-600 км, превышающий показатели большинства электромобилей. Конечно, с бензиновыми авто эта цифра не сравнится – но разница не такая большая. У многих работающих на бензине машин дальность поездки с полным баком не превышает 800-900 км.

Среди серьёзных минусов отмечают, что водородное топливо пока слишком дорогое по сравнению с электричеством.

Даже, если сравнивать его с бензином (цена 1 км пути почти одинакова), стоит уделить внимание высокой стоимости водородных автомобилей. Переплачивая за электрокар, можно рассчитывать на экономию в будущем – переплата за машину с водородным двигателем не окупится

С одной стороны, причин для отказа от водородного топлива в качестве конкурирующего с электричеством варианта, достаточно.

С другой – проблему с заправками уже решают правительства разных стран – Китая, Японии, Германии.

Так, в КНР к 2030 году планируется установить больше 1000 водородных станций, число японских ВЗС превысило сотню, немецких – 50.

Интерес к развитию технологии проявили такие известные производители как VW, GM, Daimler AG и BMW. Когда заправок будет больше, водородный транспорт станет серийным, популярность FCEV может увеличиться.

От серого к синему, желтому и зеленому

Современные «серые» методы получения водорода отрабатывались десятилетиями. Тут даже вопроса не стоит о снижении выбросов углерода — дело в удобстве производства и энергоэффективности.

Как промежуточную меру перехода к безуглеродным способам получения водорода, предлагается дополнить «серый» водород технологией захвата и захоронения углерода (CCS). Такой водород называют «синим». Проблема в том, что технологии CCS совершенно не отработаны. Захваченный углерод предлагают закачивать под землю. Сейчас эти технологии в основном используются для добычи нефти: в обедневшую скважину закачивают СО2, чтобы увеличить добычу. Но, во-первых, «зеленая» энергетика должна увести человечество от постоянной добычи углеводородов, а не увеличить её. А во-вторых, потребности нефтяной промышленности просто не предполагают использование 500 млн тонн углерода.

Гораздо перспективней выглядит получение с помощью АЭС «жёлтого» водорода. Во-первых, в этом случае у нас под рукой есть и пар, и избыток электроэнергии. А во-вторых, электролиз Н2 не даст дополнительных выбросов СО2 в атмосферу. В США из-за понижения расценок на кВт/ч, выработанных с помощью ВИЭ, получение водорода на АЭС уже признано стратегией спасения этой отрасли энергетики. С 2019 года местное Минэнерго выделяет крупные гранты на эксперименты в этой области.

В эту ядерно-водородную гонку потихоньку включаются все ядерные державы. Во Франции и Великобритании крупнейшие операторы и владельцы АЭС также рассматривают вопрос производства «жёлтого» водорода. В России Росатом планирует к 2030 году создать атомную электротехнологическую станцию (АЭТС) производства водорода. Так же в планах у компании создание целой сети ядерно-водородных комплексов на базе уже имеющихся АЭС.

Однако наиболее перспективным считается использование возобновляемых источников для создания дешевого и действительно «зелёного» водорода. На это опираются большинство стратегий перехода к «безуглеродному миру». Насколько все серьезно, говорит проект с сооружением самого большого в мире завода по производству водорода в Саудовской Аравии на базе солнечной электростанции. И это только начало.

Металлический водород

5 октября 2016 года в физической лаборатории Harvard University получили металлический водород. Для этого потребовалось давление 495 гигапаскаль. Если решить вопрос стабильности и охлаждения камеры сгорания (6000 К), то металлический водород станет самым перспективным ракетным топливом.

Ученые предполагают, что металлический водород позволит получить в двигателях импульс 1000-1700 секунд. (В современных ЖРД пока достигнут импульс 460 секунд). Плюс для хранения металлического водорода понадобятся маленькие баки, что позволит делать одноступенчатые ракеты для вывода полезной нагрузки в космос, это откроет новую эру освоения космического пространства!

Преимущества водородной энергетики

Высокая применимость. Электрификация транспорта поможет снизить выбросы в атмосферу, но авиацию, морские и грузовые перевозки на дальние расстояния трудно перевести на использование электроэнергии, потому что для этих секторов требуется топливо с высокой плотностью энергии. Зеленый водород может удовлетворить эти потребности. Например, Airbus представил концепции самолетов с водородным двигателем и надеется ввести его в эксплуатацию к 2035 году.

Nikola строит полуприцепы, работающие как на аккумуляторных батареях, так и на водороде. Компания заявляет, что ее топливные элементы могут работать при более низких температурах, чем батареи. И они легче, что делает их более практичными для грузовиков и другой тяжелой техники. Nikola также утверждает, что дальность хода такого грузовика составит 900 миль на баке с водородом. Для сравнения: у Tesla Semi с батарейным питанием, который может быть запущен в производство в конце этого года или в 2022 году, заявленная дальность — 200—300 миль.

Также свои аналогичные модели транспорта представили компании Toyota, Honda и BMW.

Время заправки электромобиля на топливных элементах в среднем составляет менее четырех минут. При этом в отличие от батарей они не нуждаются в перезарядке. Поскольку они могут работать независимо от сети, то могут использоваться как запасные генераторы электричества или тепла.

Важный элемент перехода на водород — его применение в ЖКХ. Кроме пилотных проектов в Великобритании Лидс станет первым городом, энергоснабжение которого будет полностью водородным. Согласно плану, все газовые сети и транспортное оборудование переведут на него.

Запасы водорода практически безграничны. Так как он встречается почти всюду, его можно использовать там, где он производится. В отличие от батарей, которые не могут хранить большое количество электроэнергии в течение продолжительного времени, водород можно производить из избыточной возобновляемой энергии и хранить в больших количествах.

Энергоэффективность. Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с КПД от 33 до 35%, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию с КПД до 65%. Для примера, у солнечных элементов КПД — 20%, а у ветряных — 40%.

Весной 2020 года в городе Фукусима была запущена самая крупная в мире электростанция, работающая на водороде. Для питания электролизных установок на ней размещены солнечные батареи общей мощностью 20 МВт. Всего станция вырабатывает 1,2 тысячи кубических метров водорода в час.

В автомобилях топливные элементы используют 40—60% энергии топлива, а также обеспечивают сокращение его расхода на 50%.

Зеленый водород — отличная среда для хранения энергии. Например, у Германии существует проблема с энергосистемой. В ясные и ветреные дни солнечные экраны и ветряные турбины на севере производят больше электроэнергии, чем может потребить эта часть страны. Из-за этого Германия вынуждена продавать излишки электроэнергии соседним странам себе в убыток. Избыток электроэнергии из ВИЭ можно хранить в виде водорода, а затем сжигать для выработки электроэнергии, когда это необходимо.

Водородная энергетика в России

Рис. 9. Стоимость производства водорода в России в зависимости от технологии долл./кг

Технологии производства водорода

паровая конверсия метанаГазификация угля. Электролиз.CCUS.Рис. 10. Плановые показатели производства водорода для продажи в 2030 г., млн т.

Экспорт российского водорода

Рис. 11. Два потока газовых поставок из РФ в ЕС для производства чистого водорода (без выбросов СО2) внутри ЕС (концепция, альтернативная предлагаемой программными документами ЕС/ФРГ и др.)

Ключевые игроки рынка водородной энергетики

Таблица 2. Проекты ГК «Росатом» и Группы «Газпром» в области водородной энергетики

Компания

Проекты в области водородной энергетики

ГК «Росатом»

■ В сентябре 2019 г. подписано соглашение между ГК «Росатом», ОАО «РЖД» и АО «Трансмашхолдинг» о сотрудничестве и взаимодействии по проекту организации железнодорожного сообщения с применением поездов на водородных топливных элементах. В рамках проекта ГК «Росатом» может выступить в качестве поставщика водорода, топливных элементов и другого ключевого оборудования проекта.

■ В сентябре 2019 г. АО «Русатом Оверсиз» и Агентство по природным ресурсам и энергетике Министерства экономики, торговли и промышленности Японии подписали соглашение о сотрудничестве в сфере совместной разработки в 2020-2021 годах. ТЭО пилотного проекта экспорта водорода из России в Японию. Рассматривается возможность производства водорода методом электролиза.

■ В августе 2018 г. АО «Концерн Росэнергоатом» заключило контракт с АО «ОКБМ Африкантов» на обоснование разработки проектных предложений по энергоэффективному и экологически чистому промышленному производству водорода на АЭТС. Сооружение головной АЭТС может быть завершено к 2030 году.

Группа «Газпром»

■ Реализуются два инновационных проекта по получению метано-водородного топлива в качестве топливного газа газоперекачивающих агрегатов на основе адиабатической конверсии метана — в Самаре и Уфе. Эффект от внедрения выражается в экономии топливного газа — до 5%, снижении выбросов СО2 — на 30% и загрязняющих веществ: NOx — в 4,5 раза, СO — в 5 раз. Следующий шаг — организация блочно-комплектного исполнения оборудования по производству метано-водородного топлива (его унификация) для серийного производства и тиражирование технологии на объектах «Газпрома».

■ Ведется работа над созданием полностью безуглеродных технологий производства водорода из природного газа. В качестве перспективной рассматривается инновационная технология разложения природного газа в неравновесной низкотемпературной плазме на водород и углерод.

■ Реализуется международный научно-технический проект совместно с немецкими и австрийскими компаниями по проверке возможности безопасного хранения метано-водородных смесей в ПХГ.

Барьеры для развития водорода

наличием значительного энергетического потенциала и ресурсной базы;
наличием недозагруженных генерирующих мощностей;
географической близостью к потенциальным потребителям водорода;
научным заделом в сфере производства, транспортировки и хранения водорода;
наличием действующей транспортной инфраструктуры.

Самолеты на водороде

Это пока дело будущего, но уже сейчас идут активные разработки водородных самолетов. Например, во Франции европейская компания Airbus создала три прототипа коммерческого самолета на водороде. Конструкция одного из них позволяет безопасно хранить водородное топливо, поэтому такой самолет сможет поднять в воздух до 200 человек для перелета на 3,7 тысячи километров — в отличие от двух других моделей, рассчитанных на 100 пассажиров при той же дальности маршрута.

Конструкторы того же Airbus разработали съемный водородный двигатель для самолетов, который позволит не зависеть от наземной инфраструктуры. Водородное топливо в него не закачивается, а устанавливается в переносных капсулах. Поэтому самолеты с такими двигателями смогут заправляться в аэропортах без устройств для подачи водородного топлива.

В прошлом году Евросоюз объявил новую инициативу RefuelEU: поиск решений для экологически чистой авиации. Теперь перед Евросоюзом стоит задача перевести до 1-2% европейских самолетов на «зеленое» топливо, в том числе на водород.

Подведем итоги

Как видно, сегодня водородные автомобили и двигатель на воде можно считать вполне реальной альтернативой не только привычным ДВС, которые используют нефтяное топливо, но и электрокарам.

Прежде всего, такие установки менее токсичны, при этом они не нуждаются в дорогостоящем топливе на основе нефти. Также автомобили с водородным двигателем имеют приемлемый запас хода. В продаже имеются и гибридные модели, использующие как водород, так и бензин.

Что касается недостатков и сложностей, машина с водородным двигателем сегодня имеет высокую стоимость, а также могут возникать проблемы с заправкой топливом по причине недостаточного количества заправочных станций. Не стоит забывать и о том, что также не просто найти специалистов, которые способны качественно и профессионально обслужить водородную силовую установку. При этом обслуживание будет достаточно затратным.

Напоследок отметим, что активное строительство трубопроводов для перекачки газа метана обещает в дальнейшей перспективе возможность перекачки по этим же трубопроводам и водорода. Это значит, что в случае роста общего числа авто с водородными двигателями, также высока вероятность быстрого увеличения количества специализированных заправочных станций.