Із зниженням ціни на відновлювані джерела енергії та технологій зберігання водневе паливо привертає нову увагу.

Хорго Чатзімаркакіс заправляв свій автомобіль з водневими паливними елементами на одному з Заправки 50 плюс розкидався по Німеччині, коли водій Tesla, який підзаряджав власний автомобіль, підійшов.

Чоловік був схвильований, коли бачив автомобіль, що працює на водневому в дії, і наближався до питань. Чацімаркакіс, який є генеральним секретарем Російської Федерації Воднева Європа, з радістю відповів на них, і двоє розмовляли кілька хвилин.

Але до того часу водневий автомобіль був повністю заправлений, тоді як водій Tesla все ще стикався з довгим очікуванням, поки його акумулятор зарядився.

"Це реальність", - каже Чацімаркакіс. "Сьогодні заправні станції готові, машина готова, я можу без будь-яких проблем спланувати свою поїздку зі Швейцарії до Данії та до Норвегії".

Бачення світу, що споживає водень, має більше близьких помилок, ніж Wile E. Coyote. У 1923 британський генетик JBS Haldane уявив собі мережа вітрогенераторів, що генерують водень влада Британії, але нічого з цього не вийшло. У 1970 електрохімік походження з Південної Африки Джон Бокріс вперше застосував у своїй промові термін "воднева економіка", а згодом опублікував книга, що описує, як може виглядати світ з сонячним воднем. Але знову ж нічого не змінилося. У 2002 американський економічний та соціальний теоретик Джеремі Ріфкін стверджував, що водень може перейти з нафти і що Майбутнє енергії лежало у паливних елементах, що живлять водень.

Але галузь була не готова, каже Чацімаркакіс. "Це було дійсно дуже справедливо, що сказав Джеремі Ріфкін, але політики та журналісти вони завжди хочуть бачити докази", - говорить він. "І в той час це було дійсно далеко від реалізації, оскільки дослідження були недостатньо розвиненими".

Водень приходить у вік

Можливо, нарешті, прийшов момент водню.

Японія планує використовувати для демонстрації своїх Олімпійських ігор 2020 в Токіо бачення водного суспільства та інвестував 348 млн. дол. США у створення водозаправних станцій та іншої інфраструктури. Німеччина запустила перший у світі потяги, що працюють на водень щоб доповнити все більшу кількість водневі заправні станції по всій країні. Швейцарія є придбання вантажних автомобілів 1,000 з водневим приводом, Норвегія водневі заправні станції з часу 2006, а Південна Корея інвестуючи 2.33 млрд. дол. США протягом наступних п'яти років створити водневі заправні станції, станції транспортних засобів на паливних елементах, автобуси з паливними елементами та системи зберігання водню. І Австралія побачила і своє національне наукове агентство CSIRO та головний вчений Алан Фінкель окремо повідомляють про своє бачення країни, що працює на водень та експортної галузі.

Coradia iLint почав забезпечувати масовий транзит з водородом в Німеччину в 2018. Фото люб’язно надано Alstom | R Frampe

В основі економіки водню лежить використання електроенергії з відновлюваних джерел, таких як сонячна, вітряна та гідроенергетика для розщеплення води на кисень та водень - процес, який називається електроліз. Цей "зелений водень" може бути використаний у паливних елементах для отримання електроенергії, а паливні елементи можуть використовуватися індивідуально для управління транспортними засобами або в штабелях, щоб підтримувати або навіть живити електромережу. Найкраще, що вихлоп, що утворюється водневими паливними елементами, - це вода, яку одного дня можна буде повторно захопити та повторно переробити для електролізу.

Економіка та клімат

Отже, що змінилося, щоб нарешті вивести водень на перший план у світових енергетичних планах? Дженні Хейворд, старший науковий співробітник CSIRO та співавтор її Національна дорожня карта 2018, каже, сприятливіша економіка зіграла значну роль.

"У вас виробництво скорочується, але у вас є використання, що скорочується у вартості", - говорить Хейвард. Ціни на електроенергію від сонячної фотоелектрики та вітру не тільки різко знизилися, але й електролізерні технології стали значно дешевшими, масштабнішими та ефективнішими. У той же час, водневі паливні елементи також покращують як ефективність, так і вартість, каже вона.

Натисніть, щоб побачити інфографіку Міністерства енергетики США про водневі види палива.

Ще одним головним фактором є зростаюча нагальність щодо значного скорочення викидів парникових газів, говорить Джон Ендрюс, експерт з питань енергетики та професор з університету RMIT в Мельбурні, Австралія.

"Це так важливо, щоб його введення було пов'язане з тим, щоб бути частиною рішення боротьби зі зміною клімату", - говорить Ендрюс. «Це не лише питання отримання альтернативного палива; це питання отримання паливно-енергетичної системи з нульовими викидами ».

Сприяти адаптації водню як палива було непросто. Незважаючи на багатовікові прагнення до водневої економіки, для досягнення цієї мети було подолано деякі значні технологічні виклики - і це ще в перші дні.

Розв’язання проблеми зберігання

Ключовим питанням використання водню для транспортування було зберігання. Лише недавно стало можливим стиснення водню в контейнер, досить малий і легкий, щоб поміститися на задній частині легкового транспортного засобу, в той час як все ще міститься достатньо енергії для того, щоб заправити цей автомобіль хоча б на 300 миль.

"Завжди вважалося, що дуже складно отримати накопичувач водню, який може би перемогти цілі Міністерства енергетики США для використання з водневими автомобілями на паливних елементах", - говорить Ендрюс. Тоді прийшов розвиток а резервуар для водню високого тиску виготовлені з передових композитів, які змогли відповідати і навіть перевищувати вимоги.

Зберігання палива стало великим викликом для транспортування водороду. Нещодавні вдосконалення розширили діапазон пасажирських транспортних засобів до більш ніж 300 миль за заправку. Фото © iStockphoto.com/Tramino

"Я думаю, що змусивши людей сісти і сказати" так ", можливо, існує форма зберігання, яка може використовуватися для перевезення водню на борту транспортного засобу і давання асортименту, порівнянного зі звичайними автомобілями, і часу на заправку - це критично важливо Перевага водню - лише кілька хвилин », - каже він.

Транспортні засоби з водневими паливними елементами зараз відповідають або навіть перевищують діапазон звичайних бензинових або дизельних транспортних засобів; Toyota стверджує, що її отримує Mirai близько 312 миль з резервуара водню. Це робить їх набагато більш привабливою перспективою для подорожей на великі відстані, ніж автомобіль з електричним акумулятором.

Це також робить їх життєздатним варіантом для більш працьовитих транспортних засобів, каже Ліза Руф, координатор компанії Воднева мобільність Європа та головний консультант у Element Energy у Великобританії.

"При експлуатації вантажних автомобілів, для таксі, служб швидкого реагування ви повинні мати дальність і час заправки, аналогічний звичайним транспортним засобам", - говорить вона, посилаючись на випадок Столична поліція Лондона, яка цього року придбала водневі автомобільні паливні елементи 11. 

Годування сітки

За словами Моррі Марковіц, президента Ради Моррі Марковіц, також розглядають водень як спосіб сприяти підтримці стабільності енергосистеми з відновлюваним живленням. Асоціація енергетики паливних елементів та водню в США

"Оскільки сонце не світить постійно, а вітер не дме, у поновлюваних джерел енергії виникає проблема переривчастості, тому вам потрібно вміти знайти спосіб ефективного зберігання створених електронів", - говорить він. Надлишок електроенергії може використовуватися для живлення електролізу та генерування водню, який можна використовувати в транспортних засобах з паливними елементами або стаціонарними паливними елементами або зберігати для транспортування.

Цей сценарій особливо привабливий для віддалених районів, таких, як міста із заїздом в Австралії, які в іншому випадку залежать від дизельних генераторів. Енергетичні міста, що використовують комбінацію відновлюваних джерел енергії та сховища водню, незабаром можуть стати економічно вигідними, особливо, коли ціна на дизель зростає, каже Хейвард.

Газові компанії також розглядають водень як потенційну альтернативу природному газу, який міг би використати існуючу інфраструктуру. "Це було б фантастично; тоді вони не покладаються на вантажні автомобілі, що надходять з дизелем, їм просто потрібні поновлювані джерела енергії ", - каже вона. "У них може бути система, де є паливний елемент і вони відновлюють воду, тож це автономна система".

Газові компанії також розглядають водень як потенційну альтернативу природному газу, який міг би використати існуючу інфраструктуру.

"Особливо, якщо ми збираємось досягти цілей щодо скорочення викидів, вони не зможуть використовувати всю цю газову інфраструктуру", - каже Хейвард. "Що цікаво, це в газорозподільних мережах, якщо вони виготовлені з ПВХ труб, ви можете мати водневий відсоток 100, хоча прилади та лічильники повинні бути змінені".

Ефект Гінденбурга

Неможливо говорити про водень, не звертаючись до демісезонної кімнати, що Марковіц називає "ефектом Гінденбурга". Вражаюча інферна, що підживлюється воднем, що стала катастрофою дирижабля Гінденбурга в Нью-Джерсі в 1937, все ще переслідує водневу промисловість, і питання про Питання щодо горючості та безпеки водню неминуче порушуються в дискусіях про економіку водню.

Але Марковиц каже, що технологія водню сьогодні далеко передовіше водневої технології тієї епохи.

"Передові матеріали, такі як резервуари з вуглепластику, датчики, комп'ютери та інші речі, настільки суттєво покращилися ... безпека для водню навіть не повинна бути проблемою", - говорить він. "У транспортному секторі та інших районах водневі транспортні засоби зустрічають або перевищують все, що сьогодні на дорозі".

Існують також занепокоєння, що збільшення поглинання водню може вплинути на озоновий шар. А 2003 дослідження припустив, що якщо все виробництво енергії викопного палива буде замінено воднем, витік газу в атмосферу може реагувати з киснем, утворюючи водяну пару, яка може порушити озоновий шар на значну кількість.

Ще одна критика, яку часто ставляться до водню, полягає в тому, що значна кількість все ще є виробляється з використанням викопного палива. У Сполучених Штатах більшість водню виробляється за допомогою процесу, який називається реформування природного газу, в якому природний газ реагує з високотемпературною парою для отримання водню, оксиду вуглецю та невеликої кількості вуглекислого газу. Це також може виготовити газифікація бурого вугілля, що також призводить до СО₂ виробництва.

"Якщо ви дотримуєтесь будь-якого з цих маршрутів для отримання водню, є деякі викиди вуглекислого газу, які надходять через ці маршрути, тому єдиний спосіб, коли ви зможете зробити цю нульову емісію, - це зв'язати її із захопленням і зберіганням вуглецю", - каже Ендрюс. "І це все ще велике питання щодо того, чи це може бути життєздатним, чи це буде безпечно, і ми можемо тримати цей вуглекислий газ тисячі років під землею і чи може він коли-небудь бути економічним".

Виміряний підхід

Існує почуття терміновості для дискусій про водень, що відображає широке визнання того, що необхідна декарбонізація транспорту, говорить Руф. Вона стверджує, що, хоча існує ряд рішень на столі, водень здатний вирішити питання, які інші технології не можуть зробити так легко чи економічно.

Але хоча сильно хвилює потенціал водню, Руф також радить розмірений підхід.

"Проблема, яку я маю на увазі як сектор підтримки технологій водневих технологій паливних елементів, полягає в тому, що ми повинні насторожено ставитися до ажіотажу, і ми маємо змогу керувати очікуваннями", - каже вона. «Це щось, що вимагає часу та інвестицій. Це не відбудеться протягом ночі, але в довгостроковій перспективі це дуже хороше рішення ».

Ця стаття спочатку з'явилася на Ensia

про автора

Б’янка Нограді - журналіст-позаштатний науковий співробітник, який ще не зустріне дослідження, яке не вважає захоплюючим. Вона пише для різних торгових точок, в тому числі Nature, The Guardian, Австралійський географічний, BBC Future та Австралійська корпорація мовлення.  twitter.com/BiancaNogrady biancanogrady.com

Примітка редактора: Автор раніше писав контракт для CSIRO, хоча і не стосувався водневого палива.

Книги цього автора

at InnerSelf Market і Amazon