ИННОВАЦИИ

ПРОСТОЕ УСТРОЙСТВО НА СОЛНЕЧНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ПУТЕМ РАСЩЕПЛЕНИЯ ВОДЫ

Исследователи из Университета Райс создали простое новое устройство на солнечной энергии, которое может создавать водород для топлива путем расщепления воды. Система очень похожа на другие конструкции «искусственного листа», но команда утверждает, что она самодостаточна и относительно дешева в производстве.

Вконсервативном сценарии роста потребления промышленного водорода его доля к 2050 г. увеличится с 70 млн до 230 млн тонн в год. Также будет расти доля товарного водорода, с 4 млн до 140 млн тонн в год. При этом рынок товарного водорода, получаемого с использованием ВТГР, будет формироваться синхронно с созданием мощностей этих реакторов. Если исходить из тезиса, что этот рост будет обеспечен экологически чистым производством на основе технологий ВТГР, то для производства 140 млн тонн водорода в год к 2050 г. в мире должны быть созданы энергоблоки с ВТГР общей тепловой мощностью 400 ГВт.

ВОДОРОДНЫЙ ПРОЕКТ С ИНВЕСТИЦИЙ В 300 МЛН ДОЛЛАРОВ

В Австралии ожидается массовое расширение производства возобновляемого водорода после того, как проект стоимостью 300 миллионов долларов, предназначенный для Западной Австралии, смог обеспечить финансирование инвестиций.

Проект разрабатывается компанией Infinite Blue Energy, которая планирует построить крупнейшее в Австралии предприятие по производству водорода с использованием энергии ветра и солнца.

Проект будет включать собственные выделенные запасы возобновляемой электроэнергии на месте, а представитель Infinite Blue Energy сообщил Renew Economy, что завод Arrowsmith

В XXI в. ожидается резкий рост спроса на водород. Это связано с переходом технологических отраслей на новые методы производства качественных продуктов и развитием экологически чистого транспорта. Главными драйверами роста будут автотранспорт и системы рассредоточенного энергоснабжения, использующие водородные топливные элементы. Ожидается, что проект Arrowsmith Hydrogen, который будет построен на объекте в городе Донгара, расположенном в 320 км к северу от Перта, б удет производить 25 т зеленого водорода в день, работающего от ветра и солнца будет получать около 85 МВт солнечной энергии, дополненной 75 МВт ветрогенераторной мощности. Ожидается, что работы по проекту начнутся к середине года. Первая добыча с объекта запланирована на последний квартал 2022 г.

Infinite Blue Energy надеется, что гигантский проект поможет превратить Австралию в мирового лидера по производству и поставке водородного топлива с нулевыми выбросами.

Благодаря завершению проекта Arrowsmith и инновационной бизнесмодели IBE Австралия может продвигать свои интересы на мировой арене в качестве лидера в разработке инновационных энергетических решений Green Hydrogen и ускорить создание крупной стратегии занятости и про

мышленности для Австралии в ближайшее время.

В конечном счете, Infinite Blue Energy надеется увидеть интеграцию крупномасштабного накопления и выработки электроэнергии с использованием водорода, который может обеспечить круглосуточное снабжение электроэнергией.

ВОДОРОД — КЛЮЧЕВОЕ РЕШЕНИЕ ДЛЯ ХРАНЕНИЯ ЭНЕРГИИ

Производство возобновляемого водорода считается ключевым решением для необходимости хранения и транспортировки энергии при одновременном снижении глобальных выбросов парниковых газов. Водород может использоваться для хранения энергии, а также для применения в качестве топлива для транспорта, но пока что его потребление ограничено, несмотря на быстрое снижение затрат.

Исполнительный директор Bloomberg New Energy Finance (BNEF) Джон Мур прогнозирует, что еще до 2030 г. «зеленый» водород ценой чуть выше $2/кг начнет конкурировать с углем и природным газом в качестве энергоносителя при производстве стали, а к 2050 г. при цене $1/кг станет выгоднее газа на мировых рынках и сможет конкурировать с самым дешевым углем, сохраняя нулевую эмиссию СО 2 . При этом «рынок будет глобальным, возникнут крупномасштабные перевозки водорода, аналогичные тем схемам, по которым сейчас торгуется СПГ».

УНИКАЛЬНЫЕ СВОЙСТВА ВОДОРОДА

В основе преимуществ водорода заложен принцип более высокого уровня его удельной теплоты сгорания (120–140 МДж/кг по сравнению с 50 МДж/кг у метана). Этот газ имеет малое гидродинамическое сопротивление, почти в семь раз большую теплопроводность по сравнению с воздухом и в 14 раз большую теплоемкость.

Сегодня технологические решения по получению водорода стоят достаточно дорого и могут быть реализованы только при наличии государственных дотаций в той или иной форме. Круг стран, развивающих водородные направления в энергетике, пока не широк.

Япония первой в мире провозгласила курс на построение водородной экономики и приняла соответствующую стратегию. В приоритетном порядке страна развивает два направления: создание распределенной тепловой генерации на топливных элементах (ТЭ) для освещения и отопления жилых домов и офисных помещений и электромобилей с использованием водорода.

Один из наиболее перспективных путей развития водородной энергетики основан на использовании водорода, произведенного электролизом, в качестве аккумулятора энергии, при этом все большую популярность приобретает технология Power-to-Gas (P2G), а также замены углеводородных моторных топлив для большинства автомобилей. Также использование топливных элементов вместе микротурбинами и возобновляемыми энергоресурсами будет способствовать снижению стоимости и количества вредных выбросов в микросетях, при этом топливные элементы обладают большей экологической чистотой по сравнению с микротурбинами, и распространение топливных элементов не оказывает негативного влияния на работу сети. Гибридные солнечно-ветроводородные энергоустановки на топливных элементах могут способствовать максимальной конвертации солнечной и ветровой энергии в электрическую для удаленных районов.

ПРОИЗВОДСТВО ВОДОРОДА: ЭНЕРГИЯ И ВОДА

Специалисты концепцию водородной энергетики определяют так: вода на входе + чистая энергия => => водород => водород + кислород = чистая энергия + вода на выходе. Производство и использование водорода с помощью атом

Сейчас бόльшую часть водорода и водородсодержащих продуктов производят при помощи паровой конверсии природного газа: водяной пар при температуре 700–1000 °C смешивают с метаном под давлением в присутствии катализатора. При этом половина газа тратится на сам процесс

ной энергии не сопровождаются вредными выбросами в атмосферу (зато предполагают крупномасштабное получение пресной воды). Вот что делает этот метод очень привлекательным для промышленности.

ДЕШЕВЫЙ ВОДОРОД

Проведенное ARENA исследование рынка водорода показало, что интеграция установок по производству водорода с солнечной энергией на месте является ключом к производству конкурентоспособного возобновляемого водорода. Самый дешевый способ производства возобновляемого водорода целесообразно непосредственно связать получение водорода электролизером с проектом солнечной генерации на месте.

Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии выделило почти 1 млн долларов США для производителя аммония Дайно Нобеля для проведения исследования о строительстве крупной солнечной фермы на месте, которая должна быть объединена с водородным электролизером в центре Квинсленда.

При таком расположении водород мог бы быть произведен примерно вдвое дешевле (3,19 долл. США за килограмм водорода) по сравнению с электролизером, подключенным к сети (6,08 долл. США за килограмм водорода). Стоимость может быть снижена еще больше с проектами, построенными в большем масштабе.

Такой подход откроет потенциал производства возобновляемого водорода по цене ниже 2 долл. США за килограмм к 2025 г. с ожидаемым снижением, как стоимости технологий возобновляемой энергии, так и технологий электролизеров.

Это позволило бы достичь цены ниже 2 долл. США и, согласно технико-экономическому обоснованию, создаст потенциал для возобновляемого водорода в качестве альтернативы природному газу. Исследование, проведенное консультантами ANT Energy Solutions, показало, что хотя Австралия обладает достаточным потенциалом, для того чтобы стать мировым лидером в производстве возобновляемого водорода, одним из ключевых барьеров будет растущий спрос на австралийский водород в краткосрочной перспективе.

В отчете говорится, что благодаря существующим инициативам Австралия готова к производству нехватки 3 000 тонн возобновляемого водорода в год к 2025 г.

СОЛНЕЧНАЯ ЭНЕРГИЯ НА МЕСТЕ — КЛЮЧ К КОНКУРЕНТОСПОСОБНОЙ СТОИМОСТИ ВОЗОБНОВЛЯЕМОГО ВОДОРОДА

Система состоит из солнечного элемента на основе перовскита, подключенного к электродам из катализатора, который электролизует воду. Когда солнечный свет попадает на солнечный элемент, он производит электричество, приводящее в действие катализатор, который затем расщепляет воду на кислород и водород. Они всплывают на поверхность, где их можно собирать для использования.

Эффективность солнечного света и водорода составляет около 6,7 %, что является относительно высоким для этих типов систем. Но самая полезная особенность, по словам команды, заключается в том, насколько автономно данное устройство. Солнечный элемент и электроды — все в одном блоке — компоненты солнечного элемента заключены в полимерную оболочку, которая защищает их от повреждения водой и пропускает солнечный свет. Электроды находятся снаружи.

Идея состоит в том, что это устройство может быть опущено в воду и оставлено под прямыми солнечными лучами для работы в течение длительных периодов времени, производя водород по мере необходимости.

Таким образом, даже когда нет солнечного света, есть возможность использовать накопленную энергию в виде химического топлива. При необходимости можно поместить продукты водорода и кислорода в отдельные резервуары и включить другой модуль, например топливный элемент, чтобы превратить это топливо обратно в электричество.

Команда исследователей утверждает, что солнечный элемент не требует дорогих компонентов, таких как платина. Вместо этого они были заменены на дешевые элементы, такие как углерод. Это должно снизить стоимость производства устройств и сделать их более жизнеспособными для коммерческого производства.