Waterstofcelvoertuigen zijn al op de markt gebracht door bedrijven als Hyundai, Honda en Toyota, evenals door verschillende andere Chinese bedrijven. Maar transport is verre van de enige richting van waterstofenergie.
Achter het spraakmakende nieuws van de afgelopen jaren over miniatuur 'zonnepanelen', over enorme offshore windturbines, over ondergrondse opslag van CO2, over Tesla opslagapparatuur en andere geneugten van de Energiewende (energietransitie) is het nog niet goed leesbaar, maar het verre gerommel van een nieuw onweer van alle traditionele olieleveranciers is al te horen. elektriciteit en gas. Dit onweer kan in de verte voorbijgaan, of het kan de hele traditionele activiteiten van energiegiganten vernietigen, en tegelijkertijd de economieën van landen die koolwaterstoffen exporteren, of het kan een levengevende regen worden die de opkomst van de nieuwe economie ondersteunt.
Deze nieuwe aanval is slechts het meest voorkomende element in het universum. Waterstof. Sommige prognoses rond dit element over dertig jaar zal er een industrie zijn met een jaaromzet van tweeënhalf biljoen dollar en dertig miljoen banen, die in staat zal zijn om bijna 20% van de fossiele brandstoffen uit de wereldeconomie te verdringen.
Laten we proberen erachter te komen wat de kansen van deze scenario's zijn.
Waar kwam hij vandaan?
Sinds Lavoisier tweehonderdvijfendertig jaar geleden waterstof noemde, heeft hij een prominente plaats in de industrie kunnen innemen. Waterstof wordt gebruikt om methanol, ammoniak en eetbare margarine te produceren en er wordt olie mee verwerkt. Het is onmogelijk om waterstof in zijn pure vorm "uit de natuur te halen", dus moeten andere stoffen worden verwerkt - de belangrijkste productiemethode blijft stoomreforming van koolwaterstoffen. De wereld produceert ongeveer vijfenzestig miljoen ton waterstof in slechts een jaar (als we het vergelijken: aardgas wordt bijna veertig keer meer geproduceerd).
We vestigden de aandacht op de speciale eigenschappen van waterstof als brandstof in het midden van de vorige eeuw - de verbrandingswarmte is meerdere keren hoger dan die van benzine, aardgas of diesel met dezelfde massa, en er wordt geen uitstoot gegenereerd, alleen waterdamp. In de Verenigde Staten in 1970 waren er publicaties over het overschakelen van transport op waterstof, tegelijkertijd werd de term 'waterstofeconomie' populair - dit is een soort beeld van de toekomst, waarin Amerikaanse steden volledig afstappen van de 'koolwaterstofeconomie', waterstof wordt gebruikt als brandstof voor woningen, auto's, energiecentrales en energie worden opgeslagen met waterstof en waar nodig geproduceerd met wind en zon. Met andere woorden, de waterstofeconomie is gebaseerd op waterstof als de meest milieuvriendelijke en veelzijdige energiedrager die warmtekracht verbindt,de elektriciteits- en transportsector. Al snel brak de oliecrisis aan en kreeg de ontwikkeling van waterstoftransport meer belang. Zo verschenen er in de USSR in de jaren tachtig bijvoorbeeld "waterstof" RAF-minibussen, een vliegtuig gebaseerd op de Tu-154 en een waterstofraketmotor voor "Energia". Het lot van dit project is niet benijdenswaardig - er was bijvoorbeeld ten minste een derde van het bruikbare volume van het passagierscompartiment nodig om te worden toegewezen aan brandstoftanks in het vliegtuig, wat een grote invloed had op de transportkosten. In het vliegtuig moest minstens een derde van het nuttige volume van het passagierscompartiment worden gereserveerd voor brandstoftanks, wat de transportkosten sterk beïnvloedde. In het vliegtuig moest minstens een derde van het nuttige volume van het passagierscompartiment worden gereserveerd voor brandstoftanks, wat de transportkosten sterk beïnvloedde.
Promotie video:
Waarom is het nog niet gelukt?
De wereldwijde transitie van transport naar waterstof heeft zich in de twintigste eeuw niet voorgedaan - de kosten van een kilometer rijden op waterstof waren veel hoger dan op conventionele brandstof. De belangrijkste reden zijn de hoge kosten: het produceren van waterstof uit koolwaterstoffen (stoomreforming) of water (elektrolyse) kost veel energie. Bovendien gaat stoomreforming van koolwaterstoffen gepaard met het vrijkomen van een broeikasgas - CO2, om te bestrijden dat onder andere het idee van het omzetten van transport naar waterstof was gericht. De productie van waterstof door middel van elektrolyse (de ontleding van water in zuurstof en waterstof door middel van elektriciteit) bleek nog duurder dan stoomreforming, en om de benodigde elektriciteit te produceren was het nodig om brandstof met alle emissies te verbranden. Dit alles verminderde de initiële rente een beetje,en de waterstofeconomie als geheel bleef tot het einde van de twintigste eeuw slechts het "beeld van de toekomst".
Wat is er veranderd?
De "energietransitie" in de wereldwijde elektriciteitsindustrie leidde tot de snelle ontwikkeling van hernieuwbare energie in de jaren 2000 - 2010, voornamelijk zonne- en windenergie. De kosten van deze technologieën dalen voortdurend (de huidige waarde van elektriciteit uit zonne- en windenergie in de Verenigde Staten is volgens Lazard in 2009-2016 met 70-80% gedaald). De markt groeit snel (in 2016 werden volgens IRENA 71 GW fotovoltaïsche zonne-energiecentrales en 51 GW windmolenparken in gebruik genomen in de wereld, en in 2017 wordt respectievelijk 90 en 40 GW verwacht) - dus, Alleen al in de afgelopen twee jaar zijn er in de wereld meer opwekkingscapaciteit voor wind en zonne-energie in gebruik genomen dan de totale capaciteit van alle energiecentrales van het Unified Energy System van Rusland.
De jaarlijkse investeringen in de sector bedragen meer dan $ 250 miljard - twee keer zoveel als investeringen in de opwekking van fossiele brandstoffen. Prijsrecords voor zonne-energie in Mexico, Dubai, Peru, Abu Dhabi, Chili, Saudi-Arabië, windenergie in Brazilië, Canada, Duitsland, India, Mexico en Marokko bereikten het niveau van ongeveer 1,7 roebel per kWh (bij vergelijking: inwoners van Moskou en de regio betalen twee tot drie keer meer voor elektriciteit in hun huis).
Zoals het Internationaal Energieagentschap voorspelt, zal het aandeel van de elektriciteitsopwekking door zonne- en windenergiecentrales in de wereld in 2040 13% tot 34% bedragen (in 2016 - 5%). Het is duidelijk dat het aandeel van deze bronnen in sommige regio's zelfs nog groter zal zijn.
De elektriciteitssector schakelt dus steeds meer over op opwekkingsbronnen die stochastisch zijn en afhankelijk zijn van het tijdstip en de klimatologische omstandigheden. De impact van fluctuaties in de opwekking bij wind- en zonne-energiecentrales (wanneer de zon plotseling stopt met schijnen en de wind waait) op het elektriciteitssysteem, als hun aandeel in de regio hoog is, is vergelijkbaar met het chaotisch aan- en uitschakelen van een grote WKK - meerdere keren per dag. Bovendien genereren deze stations soms veel meer dan alle verbruikers van het elektriciteitssysteem nodig hebben, en dan blijken de elektriciteitskosten "negatief" te zijn - dergelijk nieuws komt bijvoorbeeld regelmatig uit Duitsland.
We hebben geleerd hoe we met dergelijke fluctuaties kunnen omgaan door energieopslagapparaten te creëren die 'opladen' tijdens perioden van overtollige energie en 'ontladen' tijdens perioden van energietekort. Als in de twintigste eeuw de rol van dergelijke opslagapparaten alleen werd gespeeld door pompopslagstations, zijn er vandaag de dag elektrochemische opslagapparaten in ontwikkeling, waarvan de bekendste Tesla's "nieuwe" projecten in Californië en Australië zijn. Navigant Research voorspelt een toename van de jaarlijkse ingebruikname van opslagcapaciteit voor hernieuwbare energiebronnen van ongeveer 2 GW in 2018 naar 24 GW in 2026 - twaalf keer in acht jaar. De jaaromzet in deze markt zal in 2026 proportioneel groeien tot $ 24 miljard.
De groeiende behoefte aan energieopslag deed mensen weer nadenken over waterstof.
Hernieuwbare energie - bij benzinestations
Het was eerder mogelijk om waterstof te produceren door elektrolyse, maar toen was het nodig om de energie te gebruiken van traditionele thermische centrales die brandstof verbranden. Als het gaat om overtollige en goedkope elektriciteit van zonne- en windmolenparken, vrij van CO2-uitstoot, waarom zou je die dan niet omzetten in waterstof, dat kan worden gebruikt als schone brandstof voor bijvoorbeeld auto's? Bovendien wordt het hierdoor mogelijk om koolwaterstoffen achterwege te laten als grondstof voor waterstofproductie. Veel innovatieve bedrijven in Europa en de wereld volgen precies deze weg. Het Britse ITM Power neemt deel aan het Hydrogen Mobility Europe (H2ME) -project, dat tot doel heeft tegen 2019 een netwerk van negenentwintig waterstoftankstations in tien Europese landen te lanceren.die tweehonderd waterstof-brandstofcelauto's en honderdvijfentwintig hybride vrachtwagens zullen bedienen. Het Zweedse Nilsson Energy is gespecialiseerd in netgeïsoleerde oplossingen die zonne- en windenergie gebruiken om waterstof op te wekken en op te slaan en deze te gebruiken om auto's en energiecentrales van brandstof te voorzien.
Waterstofcelvoertuigen zijn al op de markt gebracht door Honda, Toyota, Hyundai en een aantal Chinese bedrijven. De doelvisie van het internationale consortium Hydrogen Council, opgericht in Davos in 2017 door de grootste industriebedrijven onder voorzitterschap van Toyota, is meer dan 400 miljoen personenauto's, 15-20 miljoen vrachtwagens, 5 miljoen bussen op waterstof rijden tegen 2050 (dat wil zeggen, ongeveer 20-25% van totaal). 78% van de wereldwijde autobestuurders die in 2017 door KPMG werden ondervraagd, gelooft dat dergelijke voertuigen een doorbraak zullen zijn in de sector van elektrische voertuigen en batterij-aangedreven auto's zullen overschaduwen.
Maar transport is verre van de enige richting.
Waterstof voor elk huis
Stationaire brandstofcellen (brandstofcellen) - een zich dynamisch ontwikkelende technologie waarmee u elektrische en thermische energie uit waterstof of aardgas rechtstreeks in het huis of in de kelder van het huis kunt halen. Bij het gebruik van waterstof is er maar één emissie: schoon water dat voor airconditioning kan worden gebruikt. Compacte modulaire units ter grootte van een koelkast zijn absoluut stil. Volgens de prognose van Navigant Research zal de capaciteit van stationaire brandstofcellen groeien van 500 MW in 2018 naar 3000 MW in 2025.
Dergelijke installaties worden gecombineerd met hernieuwbare energiebronnen, elektrolyzers, energieopslageenheden en stellen u in staat om volwaardige autonome energiebronnen voor het huishouden te creëren. De huidige kosten van elektriciteit uit aardgasbrandstofcellen in de Verenigde Staten zijn volgens Lazard ($ 106-167 per MWh) al ongeveer gelijk aan de indicatoren van kerncentrales ($ 112-183 per MWh) en steenkool ($ 60-231 per MWh). en minder dan de huidige waarde van individuele zonnepanelen op het dak ($ 187-319 per MWh). In Japan waren er dankzij grootschalige overheidssubsidies in 2014 al meer dan 120.000 van dergelijke installaties en zijn de streefwaarden meer dan 1 miljoen in 2020 en meer dan 5 miljoen in 2030.
Naarmate technologieën goedkoper worden (massaproductie, standaardisatie) en hun zelfvoorziening bereiken, is de Japanse regering van plan om waterstofbrandstofcellen te introduceren - de verwachting is dat dit tegen 2030 zal gebeuren. Brandstofcellen zijn ongetwijfeld het belangrijkste veelbelovende segment van gedistribueerde energietechnologieën, waarvan het potentieel in Rusland, volgens een recente studie van het Energiecentrum van de Skolkovo-school, voldoende is om tegen 2035 ten minste de helft van de behoefte aan opwekkingscapaciteit te dekken.
Power-to-Gas
Waterstof verkregen uit hernieuwbare energiebronnen kan worden gemengd in gastransport- en gasdistributienetwerken. Zo'n station is sinds 2014 in Frankfurt am Main actief en voegt tot 2% waterstof toe aan het lokale gasdistributienetwerk (een dergelijke beperking van het waterstofgehalte maakt het mogelijk om helemaal niets te veranderen in de netwerken of bij de consumenten). Er zijn verschillende vergelijkbare objecten in Duitsland, ze zijn ook gevonden in Italië, Denemarken, Nederland. Soms wordt waterstof bij biogas gemengd, waardoor de waarde ervan toeneemt.
In het VK wordt waterstof serieus beschouwd als een manier om de uitstoot van huishoudens drastisch te verminderen (85% van de huishoudens in het land gebruikt aardgas voor verwarming). Voor de stad Leeds, met een bevolking van meer dan 780.000 mensen, werd in 2017 een gedetailleerde inschatting gemaakt van de investeringsbehoefte voor de volledige ombouw van het gastoevoersysteem naar waterstof - van het vervangen van ketels bij consumenten tot het creëren van ondergrondse waterstofopslagfaciliteiten en stoomreformeringseenheden. Het investeringsbedrag wordt geschat op honderdzestig miljard roebel. Dit project zal worden uitgebreid naar het hele land, vooral omdat Britse steden in de 19e eeuw en de eerste helft van de 20e eeuw al kunstmatig "stadsgas" gebruikten dat tot 50% waterstof bevatte. Gasbedrijven zijn van plan om het aandeel waterstof in de tussentijd geleidelijk op te voeren tot 20%,het vermijden van grootschalige reconstructie van gasnetten en boilers bij consumenten.
Sinds 2013 zijn Japanse bedrijven in gesprek met RusHydro over de mogelijkheid om een waterstofproductiefabriek op te zetten in het Russische Verre Oosten met behulp van power-to-gas-technologie voor export. De berekeningen van Japanse zijde zijn voornamelijk gebaseerd op het gebruik van goedkope elektriciteit uit waterkrachtcentrales. Krachtens een overeenkomst die in het najaar van 2017 werd ondertekend op het Eastern Economic Forum, moet Kawasaki Heavy Industries de haalbaarheidsstudie voor dit project actualiseren. Naarmate de infrastructuur in het Verre Oosten zich ontwikkelt en de kosten van elektrolyse en waterstoflogistieke technologieën afnemen, zal de belangstelling voor dergelijke projecten uiteraard alleen maar toenemen. Gezien het enorme potentieel van hernieuwbare energie in deze regio, kan men de opkomst van veelbelovende exportprojecten hier voorspellen.
Waterstof - integrator van gaschemie en energie
Maar het meest indrukwekkende project bevindt zich nu in Noord-Nederland. In deze regio, direct gelegen boven het Groningse gasveld (veroorzaker van de "Nederlandse ziekte"), is biogas-energie al enkele jaren in opkomst. Al vijf jaar geleden reden auto's door de straten op groen gas - hier geproduceerd biomethaan uit het afval van de agrarische industrie in de regio met een oppervlakte van twee Moskou. Het is niet verwonderlijk dat het hier, met de steun van de Europese Unie, was dat het Chemport Europe-project een jaar geleden werd gelanceerd, met als belangrijkste doel het creëren van een volwaardige gaschemische cluster die uitsluitend werkt op lokale biologische bronnen en waterstof zonder CO2-uitstoot. Houtachtige biomassa wordt verwerkt, de koolhydraten die daarbij ontstaan worden gebruikt in de chemie. Elektriciteit van windturbines op zee wordt door elektrolyse-apparaten omgezet in waterstof en zuurstof. Zuurstof en waterstof worden gebruikt in de chemie en zuurstof is ook betrokken bij de vergassing van verwerkte biomassa uit lokale velden van meer dan een miljoen hectare. Vergassing maakt het mogelijk om synthetisch gas te verkrijgen - een puur mengsel van waterstof, CO2 en CO. Daar wordt ook pure waterstof uit windturbines aan toegevoegd. Uit dit gas worden salpeterzuur, methanol, ethyleen, propyleen, butyleen gewonnen - stoffen die olie en aardgas volledig uit hun stabiele positie als grondstof voor de chemische industrie kunnen verdringen.die olie en aardgas volledig uit hun stabiele positie als grondstof voor de chemische industrie kunnen verdringen.die olie en aardgas volledig uit hun stabiele positie als grondstof voor de chemische industrie kunnen verdringen.
De initiatiefnemers van het project spreken de wens uit om de kosten van synthetisch gas dichter bij de kosten van aardgas te brengen. Syngas kan worden verzonden voor liquefactie (bio-LNG), kan worden bijgetankt door voertuigen en kan worden gebruikt voor andere klassieke behoeften.
De initiële investering in het project bedraagt € 50 miljoen, waarvan € 15 miljoen wordt geleverd door subsidies van de Europese Unie.
Waterstof Olympisch Dorp
Voor de Olympische Spelen van 2020 wordt in Tokio een Olympisch dorp gebouwd, dat tot 17.000 gasten zal ontvangen. De belangrijkste energiebron in het dorp zal waterstof zijn: auto's, benzinestations, brandstofcellen, warmte en elektriciteit in huizen, gas in kachels en boilers - dit alles zal op waterstof draaien.
Is alles zo onbewolkt?
Tot de sceptici van waterstofenergie behoren niet alleen conservatieven, maar bijvoorbeeld ook Elon Musk (hoewel hij natuurlijk een belangenconflict heeft: Tesla's lithium-ionbatterijen zijn een directe concurrent van power-to-gas-technologie). Het geeft de gevaren aan van het omgaan met waterstof tijdens opslag: lekken zijn bijna niet op te sporen en er bestaat een kans op vorming van een explosief mengsel. Sommige inwoners van Tokio hebben soortgelijke zorgen geuit. Of het mogelijk is om deze problemen effectief en goedkoop op te lossen tegen de achtergrond van de ontwikkeling van concurrerende technologieën, de tijd zal het leren. Ondertussen verschijnen er nog steeds waterstoftankstations in de centra van wereldhoofdsteden.
Er zijn al weddenschappen geplaatst
Volgens verschillende schattingen worden de wereldwijde investeringen in waterstofenergie tot dusverre geschat op ongeveer 0,85 à 1,4 miljard euro per jaar. Het Hydrogen Council-consortium is van plan om gedurende vijf jaar $ 13 miljard te investeren in netwerken van waterstofstations en waterstofauto's. Volgens het Amerikaanse ministerie van Energie biedt de brandstofcelsector al werk aan 16.000 burgers (met een groeipotentieel tot 200.000), en de financiële steun uit het Amerikaanse overheidsbudget bedraagt al jaren ongeveer $ 100 miljoen per jaar. Enkele tientallen bedrijven, onderzoekscentra en universiteiten over de hele wereld werken aan het verlagen van de kosten van waterstoftechnologieën, in het bijzonder het doel is om de kosten van waterstofproductie door elektrolyse te verlagen van $ 11,5 naar $ 5,7 per kilogram,evenals het verlagen van de kosten van brandstofcellen (drie tot vijf keer) en waterstofopslag (twee tot drie keer). Het is duidelijk dat wanneer deze doelen worden bereikt, de ‘waterstofeconomie’ veel dichter bij ons zal staan dan we ons nu kunnen voorstellen.
Welke gevolgen heeft dit voor de wereldwijde olie- en gasmarkten? Wat betekent dit voor de Russische economie? Hoe vinden we onze plaats in de wereld van de waterstofeconomie? Dit zijn allemaal vragen, waarop de antwoorden nu moeten worden voorbereid.
