ИНТЕРНЕТ
Одной строкой: главные события конца 2021 года Подробности — на сайте rccnews.ru Нефтегазопереработка
Химикаты
«Пеноплэкс» увеличит производство теплоизоляции в Узбекистане
«Газпром нефть» готова участвовать
Ростехнадзор потребовал приостановить
Контрактные цены на поликарбонат
Пошлина на экспорт СУГ в январе
«Нэфис Косметикс» увеличил
Hyundai Chemical запускает новый
метанольное производство «Томета»
в проектах газохимии на Ямале
снизится «Казтрансгаз» и оператор Кашагана разработают проект по увеличению переработки газа «Роспан» остановил отгрузки СУГ после пожара «Новатэк» присоединяет к Обскому ГХК два крупных газовых месторождения на Ямале ИНК планирует производить около 70 тысяч тонн СУГ месяц Yara и Sumitomo Chemical изучат воможность поставок чистого аммиака для заводов в Японии Турецкая Limak построит непроизводственные объекты ГПЗ в Усть-Луге Пожар произошел на нефтеперерабатывающем комплексе Exxon в Техасе
Нефтехимия
«НКНХ» завершает строительно
монтажные работы на ПГУ-ТЭС «Татнефть» приостановила проект строительства установки МАН Бывшие владельцы «Таифа» планируют инвестиции в нефтехимию «НКНХ» запланировал начало пусковых операций на ЭП-600 на лето 2023 года Yuanxing Energy отказалась от проекта по строительству производства этиленгликоля Иран рассчитывает к 2023 году отказаться от импорта катализаторов для нефтехимии
производство бытовой химии на 29 %
Смена источника сырья для «БСК» потребует строительства ж/д-ветки
Утечка хлорсилана произошла
на горно-химическом комбинате в Железногорске ГИАП проведет ПИР по проекту второй установки меламина на площадке «Метафракса» «Туркменгаз» и Haldor Topsoe подписали меморандум по производству аммиака и метанола Агрохимия
«ОВК» поставит «Уралхим-Трансу»
вагоны-хопперы на сумму 6,813 млрд рублей «Щекиноазот» к 2024 году планирует завершить строительство дополнительных железнодорожных путей для нового комплекса по выпуску аммиака и карбамида «Находкинский завод минеральных удобрений» прошел все экологические экспертизы ГИАП спроектирует производство сульфата аммония на площадке СУМЗ полимеры
В «Лукойле» обсудили предложения
о вторичной переработке пластиков и производстве биотоплив второго поколения «Запсибнефтехим» в 2021 году освоил выпуск 56 марок полимеров «Татнефть» изучает организацию переработки вторичного ПЭТФ на площадке в Калининградской области На «Иркутском заводе полимеров» завершен первый этап установки силосов
в Европе выросли
завод по выпуску ПНД
Лаки, краски
Компаунд Vivilen с добавлением
вторсырья стал основой для новой упаковки красок линейки Tikkurila Euro
Финансы, право
Консолидированная EBITDA
«Уралхима» и «Уралкалия» за год может составить 3,8 млрд $ Акционеры «Фосагро» одобрили выплату дивидендов за III квартал Андрей Мельниченко опроверг сообщения о планах «Еврохима» на IPO в 2022 году ЭКОЛОГИЯ
ПГК модернизировала станцию в
Омске для снижения воздействия на окружающую среду
Выставки, конференции
Выставка Achema 2022 пройдет в августе вместо апреля
Новые технологии, оборудование
В подземном руднике ГОК «Олений
ручей» введена в эксплуатацию автоматизированная система контроля сейсмичности массива Московский НПЗ и Lummus Technology заключили контракт на поставку оборудования Конкурсы, торги
Биржевые продажи СУГ в России в январе-ноябре выросли на 30 %
Чтобы ежедневно получать дайджест новостей rccnews.ru, необходимо оформить бесплатную подписку по адресу: rccnews.ru/ru/subscription/
Водные эмульсии на основе эпоксидных (олигомерных) смол пленкообразователи Водные эмульсии на основе для стеклянных, эпоксидных (олигомерных) смол базальтовых пленкообразователиидля стеклянных, волокон углеродных
базальтовых и углеродных волокон The Chemical Journal Декабрь 2021
19
ЭНЕРГОПЕРЕХОД
Война элементов Развернувшаяся в мире битва между носителями энергии закончится победой двух технологий
20
Декабрь 2021 The Chemical Journal
ЭНЕРГОПЕРЕХОД
Большая часть населения мира—городские жители, которые вынуждены парковать машины на улице или в плотных общественных гаражах на расстоянии от своих домов. Потребуются значительные ресурсы, чтобы обеспечить зарядными станциями все городские парковки.
Гил Пратт
П
очти 150 лет назад То- вида энергии — постоянного и перемас Эдисон и Джордж менного тока — используются там, где Вестингауз вели битву каждый из них работает лучше. за превосходство постоПеременный ток по-прежнему исянного тока (DC) над пе- пользуется на пути между электростанременным током (AC), известную как циями и зданиями. война токов. Именно по этому сюжеНо для электронного оборудовату в 2017 году был снят одноименный ния, включая светодиодное освещение, фильм с Бенедиктом Камбербэтчем компьютеры и двигатели с инверторв главной роли. ным приводом, все чаще переменный Война токов была полна ложных об- ток перед использованием преобразувинений и интриг, и победил в ней пе- ется в постоянный, и, с другой стороны, ременный ток. Но победа эта была крат- возобновляемые источники энергии косрочной. Переменный ток не стал и накопители все чаще преобразуют единственным и лучшим решением. постоянный ток в переменный. По мере распространения вакуумных трубок, а затем полупроводни- Война элементов ков — постоянный ток стал играть все большую роль в электрической цепи Подобно войне токов 150 лет назад, сеот производства электроэнергии до ко- годня представляется другая войнечного использования. Сегодня оба на — «война элементов» для хранения The Chemical Journal Декабрь 2021
и транспортировки энергии: битва между водородом, используемым в топливных элементах/ двигателях, и литием, используемым в литий-ионных батареях. Благодаря 150-летней ретроспективе, какой урок мы можем извлечь из войны токов Эдисона и Вестингауза в сегодняшней воображаемой войне элементов? Главный вывод таков: разнообразие — лучше, чем монокультура. В частности, литий, используемый в литий-ионных батареях, имеет высокую энергоэффективность и использует существующую инфраструктуру зарядки, но имеет низкую энергию на массу и ограниченную скорость зарядки, что делает его непрактичным для больших транспортных средств. Напротив, водород, используемый в водородных топливных элементах 21
ЭНЕРГОПЕРЕХОД Рис. 1. Преимущества и недостатки водорода/ лития.
Водород Низкая энергоэффективность
Литий
Li
Высокая энергоэффективность
Необходимость создания новой инфраструктуры Быстрая зарядка
Готовая инфраструктура Медленная зарядка
H2
Низкая энергия на массу
Высокая энергия на массу
Рис. 2. Устройство водородного топливного элемента.
ТЕЧЕНИЕ ТОКА ГАЗОДИФФУЗНЫЙ СЛОЙ ГАЗОДИФФУЗНЫЙ СЛОЙ
АНОД (–) МЕМБРАНА ИЗ ПОЛИМЕРНОГО ЭЛЕКТРОЛИТА (PEM) КАТОД (+)
Рис. 3. Устройство литий-ионной батареи. ЭЛЕКТРОЛИТ РАЗДЕЛИТЕЛЬ
УГЛЕРОД С ЛИТИЕМ ИОНЫ ЛИТИЯ
ЭЛЕКТРОН
22
Основные принципы при выборе платформы Итак. 1. Различные обстоятельства требуют различных решений. 2. Что лучше для среднего, то не лучше для всех. 3. Решение проблемы неопределенности — это разнообразие. Вместо того чтобы думать «или-или», мы должны думать «да, и...». Именно поэтому Toyota продолжает инвестировать в широкий спектр возможных технологий хранения энергии и транспорта. Мы считаем, что таким образом вместо преждевременного выбора победителей будут найдены лучшие из возможных разнообразных решений, подходящих для различных областей применения.
Водород АНОД (–) МЕДНЫЙ ТОКОПРИЕМНИК
КАТОД (+) АЛЮМИНИЕВЫЙ ТОКОПРИЕМНИК
ОКСИДЫ ЛИТИЯ
и двигателях, имеет высокую энергию на массу и высокую скорость зарядки, но более низкую энергоэффективность и требует новой зарядной инфраструктуры. В отличие от литий-ионных батарей, водород особенно эффективен в больших автомобилях. Каждый подход имеет свои преимущества и недостатки, и каждый из них силен там, где другой слаб. Если мы понимаем взаимодополняющие преимущества лития и водорода, а также восприняли 150-летние уроки предыдущей войны, нет необходимости выбирать победителя сейчас, и нет причин навязывать одного победителя, когда вероятным лучшим решением будут оба, в зависимости от обстоятельств. Другими словами, война вообще не нужна.
Водород — самый простой, легкий и самый распространенный элемент во Вселенной. Водород нетоксичен, а при реакции с кислородом выделяет значительное количество энергии и производит чистую воду: 2 H2 + O2 ⇌ 2 H2O + 572 кДж энергии. Энергия, выделяемая в результате этой реакции, может быть получена в виде тепла (которое может работать в доменной печи, приводить в действие двигатель) или электричества от топливного элемента, как показано на рис. 2. Изображенный на рис. 2 топливный элемент немного похож на аккумулятор, и это не случайно. И топливные элементы, и аккумуляторные элементы используют схожую физику для преобразования химической Декабрь 2021 The Chemical Journal
ЭНЕРГОПЕРЕХОД
Приводной механизм Mirai с водородным двигателем.
и электрической энергии, только в топ- и к тому же бесплатен, для хранения ливных элементах энергия хранится и транспортировки энергии нам нужен снаружи в резервуаре, а в аккумулятор- только водород. ных элементах энергия хранится вну- Водород имеет как преимущества, так три самого аккумулятора. и недостатки. Из-за низкой температуры Поскольку кислород в изобилии при- кипения водорода при нормальном давсутствует в окружающем нас воздухе лении (–253°С, что очень холодно) его
Turboprop
труднее хранить и транспортировать, чем жидкое топливо комнатной температуры, такое как бензин. Маленькие молекулы водорода склонны к утечке из фитингов труб, а также могут проникать на поверхность недорогих металлов, делая их хрупкими. К счастью, водород легок и очень
<100
1,000+nm
Passengers
Range
Hydrogen Hybrid Turboprop Engints (x2)
Liquid Hydrogen Storage & Distribution System
Blended-Wing Body
<200
Turbofan
2,000+nm
Passengers
Range
Hydrogen Hybrid Turboprop Engints (x2)
Liquid Hydrogen Storage & Distribution System
Концерн Airbus представил концепцию авиации без выбросов парниковых газов. Компания презентовала три пассажирских самолета, использующих жидкий водород вместо керосина. Все три самолета пока имеют общее кодовое название ZEROe (от англ. zero emissions — «нулевые выбросы»).
The Chemical Journal Декабрь 2021
23
ЭНЕРГОПЕРЕХОД
По мере увеличения размеров транспортных средств, 100-кратное увеличение энергии на массу водорода дает водороду гораздо большее преимуществ по массе в грузовиках, поездах, кораблях, самолетах дальнего радиуса действия и космических кораблях.
Водородный бак можно перезарядить в 10–100 раз быстрее, чем литий-ионные батареи, без ухудшения срока службы, которому подвержены батареи. Это преимущество становится критическим для больших транспортных средств, таких как грузовики, поезда, самолеты и корабли, которые должны быстро пополнять гораздо большие запасы энергии.
Таблица 1. Сравнение производительности различных типов энергоносителей.
/ Эффектив Максимальная Энергоноситель Энергия/ Энергия объем ность заряд эффектив (исключая масса ки электро ность зарядки оборудование) (кВт/кг) (удельная энергия) энергией в движении
Время полной зарядки (мин)
Бензин
13,2
8,76
Очень низкая
40 % (0,44 * Li+)
0,25 (трасса) 1–3 (улица)
Водород
33,6
1,0 (700 бар)
~70 %
~70 %
2–5
Литий
0,3
0,75
~90 %
~90 %
60
24
быстро рассеивается, а альтернативные материалы непроницаемы для водорода. О сравнительной эффективности водорода мы поговорим в ближайшее время.
Литий Литий находится непосредственно под водородом в периодической таблице и является самым легким твердым элементом при комнатной температуре и давлении. Литий встречается на Земле в 500 раз реже, чем водород, но примерно в 20 раз более распространен, чем другие элементы, такие как никель и кобальт, которые также используются в некоторых литий-ионных батареях. Большие запасы лития имеются в Южной Америке, Австралии и других регионах. Как и водород, литий может быть окислен с выделением тепла, но это является недостатком, поскольку при смешивании лития с водой образуется водородный газ, который легко воспламеняется. Вот почему попытки потушить пожар в литиевой батарее водой приводят к ухудшению ситуации. Настоящее преимущество лития заключается в том, что аккумуляторные батареи, в отличие от топливных элементов, обеспечивают внутреннее, а не внешнее хранение энергии (рис. 3).
Производительность: удельная энергия Как видно из таблицы 1, водород накапливает значительное количество химической энергии на массу — в 100 раз больше, чем электрическая энергия в активных элементах литийионных батарей. Именно поэтому Декабрь 2021 The Chemical Journal
ТЕНДЕНЦИИ
Грузовики Kenworth T680 класса 8 с электрической трансмиссией на топливных элементах Toyota.
литий-ионные батареи непрактичны для самолетов дальнего радиуса действия — они просто слишком много весят — и именно поэтому водород является наиболее распространенным ракетным топливом.
Водород — для легковых авто? Чтобы провести справедливое сравнение, помимо активных элементов хранения энергии мы должны также принять во внимание дополнительную массу каждой системы. Например, Toyota Mirai FCEV 2021 года весит на сотни килограммов меньше, чем аналогичный по размерам и дальности пробега Tesla Model S с аккумулятором (BEV). А бензиновый Camry с двигателем внутреннего сгорания весит на сотни килограммов меньше, чем Mirai. Помимо меньшей массы, водород демонстрирует и другие преимущества. Литий-ионные батареи, необходимые для дальнобойного легкового автомобиля BEV, имеют гораздо большую массу, потребляют больше природных ресурсов, выбрасывает больше углерода при производстве и, вероятно, требуют больших затрат на утилизацию, чем аналогичное оборудование в FCEV или Plug-In Hybrid Electric Vehicle (PHEV). Кроме того, литий-ионные батареи все еще совершенствуются и их поставки будут ограничены в течение некоторого времени. Поэтому размещение большого количества литий-ионных батарей в меньшем количестве BEV с большим радиусом действия, а не в большем количестве FCEV и PHEV с меньшими батареями — приведет к меньшему сокращению выбросов углерода. The Chemical Journal Декабрь 2021
В 2021 году появился конкурент «Формулы 1» — начали проводиться гонки на электромобилях. На фото: ралли у подножия Фудзиямы. oyota Mirai FCEV 2021 года весит на сотни килограммов меньше, чем аналогичная T по размерам и дальности пробега Tesla Model S с аккумулятором (BEV). А бензиновый Camry с двигателем внутреннего сгорания весит на сотни килограммов меньше, чем Mirai.
25
ТЕНДЕНЦИИ
В частях мира с низкой плотностью населения (например, в США) и большим количеством ночных внеуличных парковок (в пригородах США), легкие электромобили будут в основном заряжаться каждый вечер дома.
Однако, по мере увеличения размеров гораздо меньше времени, чем полная транспортных средств, 100-кратное зарядка разряженных батарей BEV. увеличение энергии на массу водорода дает водороду гораздо большее преиму- Перспективы улучшения ществ по массе в грузовиках, поездах, кораблях, самолетах дальнего радиуса Исследования в области твердотельных действия (показано выше) и космиче- батарей направлены на повышение эффективности заправочной сети и создаских кораблях. ние серийных решений. Время перезарядки Но даже если проблема с батареями будет решена, подача нескольВодородный бак можно перезаря- ких МВт электроэнергии на множедить в 10–100 раз быстрее, чем литий- ство отдельных зарядных станций ионные батареи, без ухудшения срока будет очень сложной задачей. Элекслужбы, которому подвержены быстро трическая сеть не рассчитана на подачу заряжаемые литий-ионные батареи. столь значительных объемов энергии Это преимущество становится кри- к такому количеству отдельных, к тому тическим для больших транспортных же, удаленных, точек и потребует знасредств, таких как грузовики, поезда, чительного усовершенствования. самолеты и корабли, которые должны Вот почему. Количество энергии, быстро пополнять гораздо большие за- хранящейся в резервуарах каждой авпасы энергии. тозаправочной станции, необычайно Поскольку содержание энергии велико — достаточно, чтобы полнов химическом топливе столь вели- стью заполнить топливные баки тысяч ко, скорость передачи энергии при автомобилей, то есть несколько сотен заполнении топливных баков авто- МВт-ч на станцию. мобиля бензином или водородом соВ электрической сети нет эквиваставляет 1–10 мегаватт (МВт). Это лентного локального хранилища. А авв 10–100 раз больше, чем мощность тоцистерна выгружает топливо в баки DC BEV Supercharger 3-го уровня мощ- станции со скоростью сотни галлоностью 100 кВт. Именно поэтому за- нов в минуту, что эквивалентно сотням правка топливного бака автомоби- МВт мощности — уровню мощности, ля бензином или водородом занимает вырабатываемой небольшим ядерным 26
реактором. Опять же, в настоящее время не существует эквивалента в электрической сети. Чтобы компенсировать гораздо более медленное время зарядки аккумуляторов по сравнению с бензином, Tesla стала пионером идеи совмещения времени зарядки, когда пассажиры делают перерыв на еду или покупки, пока их BEV заряжается. Однако частые подзарядки сокращают срок службы батареи и расходуют капитальный ресурс — зарядное устройство.
Зарядка в домашних условиях В частях мира с низкой плотностью населения (например, в США) и большим количеством ночных внеуличных парковок (в пригородах США), легкие электромобили будут в основном заряжаться каждый вечер дома. Однако подавляющее большинство населения мира — городские жители, и те, у кого есть автомобили, часто вынуждены парковать их на улице или в плотных общественных гаражах на некотором расстоянии от своих домов, не имея доступа к электричеству и соответствующим системам персонализированной тарификации. Потребуется значительное время и капитал, Декабрь 2021 The Chemical Journal
ТЕНДЕНЦИИ
По мере роста количества зеленых источников энергии будет расти потребность в долгосрочных накопителях энергии для выравнивания дневных/ночных и сезонных изменений в производстве и спросе на электроэнергию.
чтобы обеспечить зарядными станция- Но когда транспортные средства стами все городские парковки. А до тех новятся большими, чаша весов сущепор — быстрая зарядка/заправка оста- ственно склоняется в сторону водороется мечтой. да. Именно поэтому мы так усердно работаем над программой по создаКоммерческие и тяжелые нию 18-колесного транспорта в порту Лос-Анджелеса, о которой говориавтомобили лось выше, и именно поэтому водород Коммерческие автомобили отличают- имеет существенные преимущества для ся от малотоннажных тем, что они пре- таких крупных транспортных средств, одолевают гораздо большие расстояния, как поезда (около 5000 галлонов диимея гораздо меньше времени для под- зельного топлива на топливный бак зарядки, и они гораздо больше (и бо- локомотива), самолеты дальнего слелее энергоемкие), чем пассажирские дования (топливный бак самолета 787 автомобили. В отличие от легкового имеет емкость порядка автомобильавтомобиля, который обычно вмеща- ной заправочной станции — более ет 15 галлонов топлива, полугрузовик 30 000 галлонов) и корабли (на котовмещает сотни галлонов. Необходимая рых обычно хранятся миллионы галэлектрическая мощность для подзаряд- лонов тяжелого «бункерного» топлива, ки грузовика за короткий промежуток сильно загрязняющего окружающую времени настолько высока, что, скорее среду). В случае с кораблями, веровсего, нецелесообразна. Одним из под- ятно, будут соединены водород с азоходов является замена батарей, но ба- том, чтобы получить аммиак. Аммиак, тареи для дальнобойных BEV тяжелые, по всей видимости, станет наиболее а батареи для дальнобойных грузовых распространенным судовым топлиBEV очень тяжелые, что делает замену вом в перспективе 10–15 лет. очень сложной. Другие исследователи Энергоэффективность пришли к аналогичным выводам. Какие географические, экономические и экологические обстоятельства Высокая энергоэффективность при будут благоприятствовать использова- движении в обе стороны является однию водорода против лития в легких пас- ним из достоинств литий-ионных басажирских автомобилях — неизвестно. тарей. По сравнению с двигателями, The Chemical Journal Декабрь 2021
работающими на химическом топливе, и литий-ионные батареи, и водород более энергоэффективны. Однако при производстве водорода из электричества, его сжатии и хранении в резервуаре, а также обратном преобразовании в электричество теряется примерно в два раза больше энергии, чем при непосредственной зарядке и разрядке литий-ионных батарей. В некоторых системах, где потери энергии должны быть сведены к минимуму, литий-ионные батареи, как правило, являются лучшим выбором. В других системах, включая некоторые системы возобновляемых источников энергии, общая стоимость важнее энергоэффективности. Например, солнечные батареи, выбранные для крупных коммерческих фотоэлектрических электростанций, показывают энергоэффективность в два раза ниже, чем ныне действующие наиболее энергоэффективные солнечные батареи. Поскольку стоимость земли под солнечными батареями низкая, использование более крупных, но менее энергоэффективных — но и менее дорогостоящих — солнечных батарей вверху и большего количества земли внизу может привести к снижению чистой стоимости каждого произведенного кВт/ч энергии. 27
ТЕНДЕНЦИИ А на логичным образом, поскольку температурах, составляет 1/10 стоимостоимость возобновляемых источни- сти хранения той же энергии в литийков энергии так сильно снизилась, бо- ионных батареях. лее низкая энергоэффективность во- Накопители энергии будут приобретать дорода может стать не столь важным все большее значение по мере того, как фактором. Дефицит энергии в про- нестабильные возобновляемые источшлом научил нас ценить энергоэф- ники энергии — солнце и ветер — будут фективность. Но сегодня энергоно- составлять все большую часть мировосителей много, а снижение выбросов го энергоснабжения. По мере роста копарниковых газов и стоимости стало личества зеленых источников энергии приоритетом. Однако энергоэффек- будет расти потребность в долгосрочтивность — еще не все. ных накопителях энергии для выравнивания дневных/ночных и сезонных Водородный двигатель изменений в производстве и спросе на электроэнергию. в действии При таких больших объемах энергии Недавно компания Toyota продемон- и длительных временных масштабах стрировала гоночный автомобиль литий-ионные батареи являются непос водородным двигателем внутренне- мерно дорогими как с финансовой, так го сгорания. и с экологической точки зрения. На YouTube-кана ле Engineering Хотя существование крупномасExplained есть несколько видеороли- штабных хабов хранения энергии, таков о водородных двигателях с хорошо ких как насосные гидроэлектростанции, обоснованной критикой. Поскольку по-прежнему возможно, их стоимость, эффективность ДВС ниже, чем у топ- как финансовая, так и экологическая, ливных элементов, если не повышать сильно зависит от местоположения. Продавление, то топливные баки дол- изводство жидкого топлива с нулевым жны быть больше, чем в аналогич- содержанием углерода для определенных ных FCEV. Однако водородные ДВС применений (например, аммиака для сумогут иметь более высокую долговеч- дов, керосина для самолетов и этаноность, меньшие экологические и фи- ла для автомобилей, находящихся в экснансовые производственные затраты, плуатации) будет необходимо. При этом, а также более низкую общую стои- если водород станет основным средством мость владения, чем ДВС на водород- хранения энергии и выравнивания наных топливных элементах, особенно грузки, он также станет менее дорогопри больших размерах. стоящим и более доступным для других Водородные ДВС и PHEV также применений, таких как FCEV и автомоимеют значительные преимущества, били с водородным ДВС. поскольку они могут использовать суТранспорт ществующую цепочку поставок ДВС. И здесь возникает еще один фактор оценки стоимости — мы несем соци- Создание электрических сетей в 20 веке альную ответственность за экономиче- было чрезвычайно важной вехой в разские и человеческие ресурсы, связан- витии цивилизации. Но и трубопроводы, как в древние времена для воды, так ные с перемещением рабочей силы. и в последнее время для других клюЗатраты и преимущества чевых жидкостей, особенно топлива, тоже были важны. хранения Легче построить ночную станцию По мере увеличения количества подзарядки легких пассажирских BEV, энергии, которую необходимо хра- чем водородную заправочную станнить, системы на топливных элемен- цию FCEV, потому что электрическая тах становятся менее дорогостоя- сеть уже присутствует, а уровни мощнощими, чем батареи, поскольку для сти, необходимые для ночной зарядки, увеличения объема хранения энергии скромны. требуется только больший топливный Но когда рассматривается возможбак, а не больший топливный элемент. ность быстрой зарядки во время дальВ случае с аккумуляторами един- них поездок или подзарядки более ственным способом увеличения мас- крупных автомобилей, уровень требуештаба является добавление больше- мой мощности становится непрактичго количества элементов. Фактически ным, и использование водорода станов больших масштабах стоимость хра- вится более привлекательным. Более нения энергии в водороде, даже крупные автомобили также имеют в жидком состоянии при криогенных тенденцию путешествовать по менее 28
разнообразным и разбросанным маршрутам, что повышает практичность водородных заправок. Тем не менее, транспортировка водорода на большие расстояния по трубопроводам в настоящее время является дорогостоящей, как из-за хрупкости водорода, так и из-за утечек, хотя некоторые компании работают над инновационными методами транспортировки.
Производство Водород может быть получен из воды в процессе электролиза, но существуют и другие методы производства водорода (рис. 4). Наиболее распространенным способом получения водорода сегодня является паровой риформинг метана. Этот способ получения серого водорода, к сожалению, приводит к образованию такого же количества CO2, как и простое сжигание природного газа. Технология бурения нефтяных и газовых скважин, используемая ныне для секвестрации CO2 в глубокие подземные горизонты, позволяет получать голубой водород. Фактически, CO2 уже используется в скважинах для подъема нефти и газа на поверхность. Интенсивно разрабатываются низкоуглеродные методы получения водорода, с колоссальными инвестициями со стороны промышленности: зеленый водород электролизом воды с использованием возобновляемых источников энергии, розовый водород электролизом на базе АЭС и бирюзовый водород высокотемпературным пиролизом метана. Часть природного газа в процессе производства и распределения в настоящее время просачивается в атмосферу, а метан, крупнейший компонент природного газа, является мощным парниковым газом (хотя и менее долгоживущим, чем CO2). Однако утечки, происходящие в ходе доставки сырья, не делают голубой и бирюзовый водород неизбежно грязным. Ведь утечки можно устранить и предотвратить, особенно если производство водорода осуществляется на узловых станциях, расположенных вблизи предприятий по добыче природного газа. Кроме того, существует значительный опыт производства водорода. В настоящее время в США производится 10 миллионов тонн водорода в год — в основном для получения топлива и удобрений. Что эквивалентно двум миллиардам заправок пятикилограммового топливного бака Toyota Mirai. Декабрь 2021 The Chemical Journal
ЭНЕРГОПЕРЕХОД
СЕРЫЙ ВОДОРОД
БИРЮЗОВЫЙ ВОДОРОД
ГОЛУБОЙ ВОДОРОД
РОЗОВЫЙ ВОДОРОД
ЗЕЛЕНЫЙ ВОДОРОД
Рис. 4. Методы производства водорода.
СОЛНЕЧНЫЙ ЭЛЕМЕНТ
АЭС
ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
ПРИРОДНЫЙ ГАЗ
ВЕТЕР
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР
ЭЛЕКТРОЛИЗЕР
ХРАНИЛИЩЕ
КОМПРЕССИЯ И ТРУБОПРОВОД
НУЛЕВЫЕ ИЛИ ПОЧТИ НУЛЕВЫЕ ВЫБРОСЫ
ХРАНИЛИЩЕ
КОМПРЕССИЯ И ТРУБОПРОВОД
НИЗКИЕ ВЫБРОСЫ
КОМПРЕССИЯ И ТРУБОПРОВОД
РИФОРМИНГ
КОМПРЕССИЯ И ТРУБОПРОВОД
ПИРОЛИЗ МЕТАНА
КОМПРЕССИЯ И ТРУБОПРОВОД
Заключение Проблема позиционирования водородных и литий-ионных батарей - одна из многих попыток технологического прогнозирования. Было бы утешительно думать, что мы можем предсказать, что будет лучше в будущем, и устранить неопределенность выбора. Однако, как показала война токов, мы не можем предугадать, какие именно технические решения будут лучшими в будущем, и будет ли лучшим только одно из них. Поэтому предлагается вынести уроки из уже закончившейся технологической войны: решением проблемы неопределенности является разнообразие. Поскольку мир неоднороден, различные обстоятельства требуют различных решений — то, что лучше для среднего, не является лучшим для всех. Мы сформулировали проблему: ухудшение экологической ситуации на планете и изменение климата. The Chemical Journal Декабрь 2021
РИФОРМИНГ
ПОДЗЕМНОЕ ХРАНЕНИЕ CO2
ТЕХНИЧЕСКИЙ УГЛЕРОД
ХРАНИЛИЩЕ
КОМПРЕССИЯ И ТРУБОПРОВОД
Мы уже знаем врага: парниковые газы. И мы знаем, куда движемся: к сокращению выбросов с течением времени. При этом все мы не уверены в том, какие решения будут наилучшими в будущем. Toyota считает, что компании должны придерживаться строгих научно обоснованных ограничений на производство парниковых газов. И не считает, что политики должны навязывать заранее определенные решения. Toyota верит в неотъемлемые преимущества разнообразия. Борьба за чистые города и чистую энергию не дает быстрых результатов в том числе потому, что ресурсы НИОКР распределяются слишком тонким слоем на слишком большое количество возможных решений. Вместо того чтобы пытаться предсказать победителей, мы должны постоянно экспериментировать в поисках лучших ответов. Так что давайте закрутим гайки на требуемых сокращениях выбросов
НИЗКИЕ ВЫБРОСЫ
НИЗКИЕ ВЫБРОСЫ
ЗНАЧИТЕЛЬНЫЕ ВЫБРОСЫ
и позволим творческому потенциалу человека придумать, как этого добиться. Вместо того чтобы критиковать компании за то, что они пробуют различные подходы, давайте похвалим их за то, что они готовы инвестировать свои ресурсы в целый ряд возможных решений, чтобы появились лучшие ответы. И давайте примем разнообразные подходы в качестве общего принципа. Хотя очень соблазнительно искать простые решения, отказ от углеводородов и эмиссии CO2 — настолько разнообразная и динамичная проблема, что необходимо изучить множество подходов. Значительный прогресс достигнут как в стоимости и производительности литий-ионных батарей, так и в стоимости и устранении выбросов парниковых газов при производстве водорода. Я настроен оптимистично: человечество будет поощрять компании к разработке множества инновационных способов сокращения выбросов парниковых газов и добьется успеха. Война не потребуется. 29