Топливные (водородные) элементы/ячейки

Применение топливных элементов/ячеек в системах телекоммуникации

Вследствие быстрого распространения систем беспроводной связи во всем мире, а также роста социально-экономических выгод технологии мобильных телефонов, необходимость надежного и экономичного резервного электропитания приобрела определяющее значение. Убытки электросети на протяжении года вследствие плохих погодных условий, стихийных бедствий или ограниченной мощности сети представляют собой постоянную сложную проблему для операторов сети.

Традиционные телекоммуникационные решения в области резервного электропитания включают батареи (свинцово-кислотный элемент аккумуляторной батареи с клапанным регулированием) для резервного питания в течение непродолжительного времени и дизельные и пропановые генераторы для более продолжительного резервного питания. Батареи являются относительно дешевым источником резервного питания на 1 – 2 часа.

Однако батареи не подходят для более продолжительного резервного питания, так как их техническое обслуживание является дорогим, они становятся ненадежными после долгой эксплуатации, чувствительны к температурам и опасны для окружающей среды после утилизации. Дизельные и пропановые генераторы могут обеспечить продолжительное резервное электропитание. Однако генераторы могут быть ненадежными, требуют трудоемкого технического обслуживания, выделяют в атмосферу высокие уровни загрязнений и газов, вызывающих парниковый эффект.

С целью устранения ограничений традиционных решений в области резервного электропитания была разработана инновационная технология экологически чистых топливных ячеек. Топливные ячейки надежны, не производят шума, содержат меньше подвижных деталей, чем генератор, имеют более широкий диапазон рабочих температур, чем батарея: от -40°C до +50°C и, как результат, обеспечивают чрезвычайно высокий уровень энергосбережения. Кроме того, затраты на такую установку на протяжении срока эксплуатации ниже затрат на генератор.

Более низкие затраты на топливную ячейку являются результатом всего одного посещения с целью технического обслуживания в год и значительно более высокой производительностью установки. В конце концов, топливная ячейка представляет собой экологически чистое технологическое решение с минимальным воздействием на окружающую среду.

Установки на топливных ячейках обеспечивают резервное электропитание для критически важных инфраструктур сети связи для беспроводной, постоянной и широкополосной связи в системе телекоммуникаций, в диапазоне от 250 Вт до 15 кВт, они предлагают множество непревзойденных инновационных характеристик:

• НАДЕЖНОСТЬ – малое количество подвижных деталей и отсутствие разрядки в режиме ожидания
• ЭНЕРГОСБЕРЕЖЕНИЕ
• ТИШИНА – низкий уровень шумов
• УСТОЙЧИВОСТЬ – рабочий диапазон от -40°C до +50°C
• АДАПТИВНОСТЬ – установка на улице и в помещении (контейнер/защитный контейнер)
• ВЫСОКАЯ МОЩНОСТЬ – до 15 кВт
• НИЗКАЯ ПОТРЕБНОСТЬ В ТЕХНИЧЕСКОМ ОБСЛУЖИВАНИИ – минимальное ежегодное техническое обслуживание
• ЭКОНОМИЧНОСТЬ — привлекательная совокупная стоимость владения
• ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТАЯ ЭНЕРГИЯ – низкий уровень выбросов с минимальным воздействием на окружающую среду

Система все время чувствует напряжение шины постоянного тока и плавно принимает критические нагрузки, если напряжение шины постоянного тока падает ниже заданного значения, определенного пользователем. Система работает на водороде, который поступает в батарею топливных ячеек одним из двух путей – либо из промышленного источника водорода, либо из жидкого топлива из метанола и воды, при помощи встроенной системы риформинга.

Электричество производится батареей топливных элементов в виде постоянного тока. Энергия постоянного тока передается на преобразователь, который преобразует нерегулируемую электроэнергию постоянного тока, исходящую от батареи топливных ячеек, в высококачественную регулируемую электроэнергию постоянного тока для необходимых нагрузок. Установка на топливных ячейках может обеспечивать резервное электропитание на протяжении многих дней, так как продолжительность действия ограничена только имеющимся в запасе количеством водорода или топлива из метанола/воды.

Топливные элементы предлагают высокий уровень энергосбережения, повышенную надежность системы, более предсказуемые эксплуатационные качества в широком спектре климатических условий, а также надежную эксплуатационную долговечность в сравнении с комплектами батарей со свинцово-кислотными элементами с клапанным регулированием промышленного стандарта.

Затраты на протяжении срока эксплуатации также более низкие, вследствие значительно меньшей потребности в техническом обслуживании и замене. Топливные ячейки предлагают конечному пользователю экологические преимущества, так как затраты на утилизацию и риски ответственности, связанные со свинцово-кислотными элементами, вызывают растущее беспокойство.

На эксплуатационные характеристики электрических батарей может отрицательно повлиять широкий спектр факторов, таких как уровень зарядки, температура, циклы, срок службы и другие переменные факторы. Предоставляемая энергия будет различной в зависимости от этих факторов, ее нелегко предсказать. Эксплуатационные характеристики топливной ячейки с мембраной обмена протонов (МОПТЯ) относительно не подвержены влиянию этих факторов и могут обеспечивать критически важное электропитание, пока есть топливо. Повышенная предсказуемость является важным преимуществом при переходе на топливные ячейки для критически важных сфер использования резервного электропитания.

Топливные элементы генерируют энергию только при подаче топлива, подобно газотурбинному генератору, но не имеют подвижных деталей в зоне генерирования. Поэтому, в отличие от генератора, они не подвержены быстрому износу и не требуют постоянного технического обслуживания и смазки.

Топливо, используемое для приведения в действие преобразователя топлива с повышенной продолжительностью действия, представляет собой топливную смесь из метанола и воды. Метанол является широкодоступным, производимым в промышленных масштабах топливом, которое в настоящее время имеет множество применений, среди прочего стеклоомыватели, пластиковые бутылки, присадки для двигателя, эмульсионные краски. Метанол легко транспортируется, может смешиваться с водой, обладает хорошей способностью к биоразложению и не содержит серы. Он имеет низкую точку замерзания (-71°C) и не распадается при длительном хранении.

Применение топливных элементов/ячеек в сетях связи

Сети засекреченной связи нуждаются в надежных решениях в области резервного электропитания, которые могут функционировать на протяжении нескольких часов или нескольких дней в чрезвычайных ситуациях, если электросеть перестала быть доступной.

При наличии незначительного числа подвижных деталей, а также отсутствии снижения мощности в режиме ожидания, инновационная технология топливных ячеек предлагает привлекательное решение в сравнении с существующими в настоящий момент системами резервного электропитания.

Самым неопровержимым доводом в пользу применения технологии топливных ячеек в сетях связи является повышенная общая надежность и безопасность. Во время таких происшествий, как отключения электропитания, землетрясения, бури и ураганы, важно, чтобы системы продолжали работать и были обеспечены надежной подачей резервного электропитания на протяжении длительного периода времени, независимо от температуры или срока эксплуатации системы резервного электропитания.

Линейка устройств электропитания на основе топливных ячеек идеально подходит для поддержки сетей засекреченной связи. Благодаря заложенным в конструкцию принципам энергосбережения, они обеспечивают экологически чистое, надежное резервное питание с повышенной продолжительностью действия (до нескольких дней) для использования в диапазоне мощностей от 250 Вт до 15 кВт.

Применение топливных элементов/ячеек в сетях передачи данных

Надежное электропитание для сетей передачи данных, таких как сети высокоскоростной передачи данных и оптико-волоконные магистрали, имеет ключевое значение во всем мире. Информация, передаваемая по таким сетям, содержит критически важные данные для таких учреждений, как банки, авиакомпании или медицинские центры. Отключение электропитания в таких сетях не только представляет опасность для передаваемой информации, но и, как правило, приводит к значительным финансовым потерям. Надежные инновационные установки на топливных ячейках, обеспечивающие резервное электропитание, предоставляют надежность, необходимую для обеспечения непрерывного электропитания.

Установки на топливных ячейках, работающие на жидкой топливной смеси из метанола и воды, обеспечивают надежное резервное электропитание с повышенной продолжительностью действия, вплоть до нескольких дней. Кроме того, эти установки отличаются значительно сниженными требованиями в отношении технического обслуживания в сравнении с генераторами и батареями, необходимо лишь одно посещение с целью технического обслуживания в год.

Типичные характеристики мест применений для использования установок на топливных ячейках в сетях передачи данных:

• Применения с количествами потребляемой энергии от 100 Вт до 15 кВт
• Применения с требованиями в отношении автономной работы > 4 часов
• Повторители в оптико-волоконных системах (иерархия синхронных цифровых систем, высокоскоростной Интернет, голосовая связь по IP-протоколу…)
• Сетевые узлы высокоскоростной передачи данных
• Узлы передачи по протоколу WiMAX

Установки на топливных ячейках для резервного электропитания предлагают многочисленные преимущества для критически важных инфраструктур сетей передачи данных в сравнении с традиционными автономными батареями или дизельными генераторами, позволяя повысить возможности использования на месте:

1. Технология жидкого топлива позволяет решить проблему размещения водорода и обеспечивает практически неограниченную работу резервного электропитания.
2. Благодаря тихой работе, малой массе, устойчивости к перепадам температур и функционированию практически без вибраций топливные элементы можно устанавливать вне здания, в промышленных помещениях/контейнерах или на крышах.
3. Приготовления к использованию системы на месте быстры и экономичны, стоимость эксплуатации низкая.
4. Топливо обладает способностью к биоразложению и представляет собой экологически чистое решение для городской среды.

Применение топливных элементов/ячеек в системах безопасности

Самые тщательно разработанные системы безопасности зданий и системы связи надежны лишь настолько, насколько надежно электропитание, которое поддерживает их работу. В то время как большинство систем включает некоторые типы систем резервного бесперебойного питания для краткосрочных потерь мощности, они не создают условия для более продолжительных перерывов в работе электросети, которые могут иметь место после стихийных бедствий или терактов. Это может стать критически важным вопросом для многих корпоративных и государственных учреждений.

Такие жизненно важные системы, как системы мониторинга и контроля доступа с помощью системы видеонаблюдения (устройства чтения идентификационных карт, устройства для закрытия двери, техника биометрической идентификации и т.д.), системы автоматической пожарной сигнализации и пожаротушения, системы управления лифтами и телекоммуникационные сети, подвержены риску при отсутствии надежного альтернативного источника электропитания питания продолжительного действия.

Дизельные генераторы производят много шума, их тяжело разместить, также хорошо известно о проблемах с их надежностью и техническим обслуживанием. В противоположность этому, установка на топливных ячейках, обеспечивающая резервное электропитание, не производит шума, является надежной, выбросы, выделяемые ей, равны нулю или весьма низки, ее легко установить на крыше или вне здания. Она не разряжается и не теряет мощность в режиме ожидания. Она обеспечивает непрерывную работу критически важных систем, даже после того, как учреждение прекратит работу и здание будет покинуто людьми.

Инновационные установки на топливных ячейках защищают дорогостоящие вложения критически важных сфер применения. Они обеспечивают экологически чистое, надежное резервное питание с повышенной продолжительностью действия (до многих дней) для использования в диапазоне мощностей от 250 Вт до 15 кВт в сочетании с многочисленными непревзойденными характеристиками и, особенно, высоким уровнем энергосбережения.

Установки на топливных ячейках для резервного электропитания предлагают многочисленные преимущества для использования в критически важных сферах применения, таких как системы обеспечения безопасности и управления зданиями, в сравнении с традиционными автономными батареями или дизельными генераторами. Технология жидкого топлива позволяет решить проблему размещения водорода и обеспечивает практически неограниченную работу резервного электропитания.

Применение топливных элементов/ячеек в коммунально-бытовом отоплении и электрогенерации

На твердооксидных топливных ячейках (ТОТЯ) построены надежные, энергетически эффективные и не дающие вредных выбросов теплоэнергетические установки для выработки электроэнергии и тепла из широко доступного природного газа и возобновляемых источников топлива. Эти инновационные установки используется на самых различных рынках, от домашней выработки электричества до поставок электроэнергии в удаленные районы, а также в качестве вспомогательных источников питания.

Эти энергосберегающие установки производят тепло для отопления помещений и подогрева воды, а также электроэнергию, которая может быть использована в доме и отведена назад в электросеть. Распределенные источники выработки электроэнергии могут включать фотогальванические (солнечные) элементы и ветровые микротурбины. Эти технологии на виду и широко известны, однако их работа зависит от погодных условий и они не могут стабильно вырабатывать электроэнергию круглый год. По мощности теплоэнергетические установки могут варьироваться от менее чем 1 кВт до 6 МВт и больше.

Применение топливных элементов/ячеек в распределительных сетях

Малые теплоэнергетические установки предназначены для работы в распределенной сети выработки энергии, состоящей из большого числа малых генераторных установок вместо одной централизованной электростанции.

На рисунке ниже указаны потери эффективности выработки электроэнергии при ее выработке на ТЭЦ и передаче в дома через традиционные сети электропередач, используемые на данный момент. Потери эффективности при централизованной выработке включают потери с электростанции, низковольтной и высоковольтной передачи, а также потери при распределении.

Рисунок показывает результаты интеграции малых теплоэнергетических установок: электричество вырабатывается с эффективностью выработки до 60% на месте использования. В дополнение к этому, домохозяйство может использовать тепло, вырабатываемое топливными ячейками, для нагрева воды и помещений, что увеличивает общую эффективность переработки энергии топлива и повышает уровень энергосбережения.

Использование топливных элементов для защиты окружающей среды-утилизация попутного нефтяного газа

Одной из важнейших задач в нефтедобывающей промышленности является утилизация попутного нефтяного газа. Существующие методы утилизации попутного нефтяного газа имеют массу недостатков, основной из них – они экономически невыгодны. Попутный нефтяной газ сжигается, что наносит огромный вред экологии и здоровью людей.

Инновационные теплоэнергетические установки на топливных элементах, использующие попутный нефтяной газ в качестве топлива, открывают путь к радикальному и экономически выгодному решению проблем по утилизации попутного нефтяного газа.

1. Одно из основных преимуществ установок на топливных элементах заключается в том, что они могут надежно и устойчиво работать на попутном нефтяном газе переменного состава. Благодаря беспламенной химической реакции, лежащей в основе работы топливного элемента, снижение процентного содержания, например метана, вызывает лишь соответствующее уменьшение выходной мощности.
2. Гибкость по отношению к электрической нагрузке потребителей, перепаду, набросу нагрузки.
3. Для монтажа и подключения теплоэнергетических установок на топливных ячейках их внедрения не требуются идти на капитальные затраты, т.к. установки легко монтируются на неподготовленные площадки вблизи месторождений, удобны в эксплуатации, надежны и эффективны.
4. Высокая автоматизация и современный дистанционный контроль не требуют постоянного нахождения персонала на установке.
5. Простота и техническое совершенство конструкции: отсутствие движущихся частей, трения, систем смазки дает значительные экономические выгоды от эксплуатации установок на топливных элементах.
6. Потребление воды: отсутствует при температуре окружающей среды до +30 °C и незначительное при более высоких температурах.
7. Выход воды: отсутствует.
8. Кроме того, теплоэнергетические установки на топливных элементах не шумят, не вибрируют, не дают вредных выбросов в атмосферу

что мешает продвижению автомобилей на легком газе :: Свое дело :: РБК

Прощание с бензином

У водородных двигателей долгая и непростая история: еще в 1979 году BMW выпустила первый автомобиль, работающий на этом газе. Однако нефтяные кризисы 1970-х, заставившие задуматься о разработке такого автомобиля, миновали, и вплоть до 2000-х автогиганты положили идею под сукно. Все изменилось в новом веке, когда нефть снова стала дорожать, а правительства задумались о снижении выбросов в атмосферу углекислого газа. Экологичность — один из главных плюсов водородных двигателей, ведь единственный побочный продукт их работы — обычная вода. Ни углекислого газа, ни соединений свинца.

Читайте на РБК Pro

В 2007 году BMW выпустила партию из ста автомобилей Hydrogen 7, способных работать как на бензине, так и на водороде, сопроводив это событие масштабной рекламной кампанией: за рулем таких авто появлялись голливудские звезды Брэд Питт, Анджелина Джоли, Ричард Гир, Шарон Стоун. Однако сотней машин дело и ограничилось: их технические характеристики оставляли желать лучшего. Компания выбрала тупиковый путь: гибридная модель сжигала водород в камере сгорания, и газового баллона в 8 кг хватало всего на 200–250 км. А стоил автомобиль на уровне топовых моделей концерна.

Фото: Paul Sancya / AP

Другие компании извлекли из эксперимента BMW урок. Сейчас уже три фирмы серийно выпускают легковые автомобили на водородных топливных ячейках, использующих топливо более эффективно: в результате электрохимической реакции они вырабатывают энергию, которая подается на электрический двигатель. Первой работающей по такой схеме была машина Hyundai ix35 Fuel Cell, поступившая в автосалоны в начале 2013 года. Годом позже в Японии стартовали продажи Toyota Mirai, а в 2015–2016 годах на японский и американский рынки вышла Honda Clarity. Еще полтора десятка компаний в последние годы объявили о скором выпуске или по крайней мере о начале разработки таких автомобилей. Совершенствование технологий позволило существенно удешевить производство: цена Hyundai ix35 Fuel Cell составляет около $53 тыс., Toyota Mirai — $57 тыс., Honda Clarity — $59 тыс.

Тем не менее цены кажутся высокими по сравнению с обычными машинами: так, Hyundai ix35 с обычным двигателем стоит от $10 тыс. до 35 тыс. Да и сам водород пока обходится дороже бензина. Но инновационные автомобили не только чище, но и потенциально выгоднее. Согласно подсчетам бывшего главного исследователя по вопросам альтернативной энергии Лос-Аламосской национальной лаборатории (США) Стива Хенча использовать водород в качестве энергоносителя намного выгоднее, чем обычный бензин. Энергоемкость одного галлона (4,54 л) бензина и 1 кг водорода, эквивалентного ему по объему, почти одинакова: 130 против 130–140 мДж. Галлон бензина в США стоит около $2,90, 1 кг водорода обойдется дороже — в $8,6. Однако если учесть, что термодинамическая эффективность бензина составляет 20–25%, а водорода — 60% и более, получится, что топливные ячейки в 2,5–3 раза эффективнее двигателя внутреннего сгорания. А значит, на том же объеме топлива водородные автомобили смогут проехать в 2,5–3 раза дольше.

Высокая энергия

В России компании также проявляют интерес к водородным технологиям. В 2006 году «Норильский никель» приобрел контрольный пакет акций американского пионера водородной энергетики Plug Power. Однако кризис 2008–2009 годов вынудил «Норникель» продать бумаги.

В 2014 году в России появился производитель водородных топливных ячеек — AT Energy. Компании удалось найти свою нишу: она поставляет аккумуляторные системы для дронов, в том числе военных. Топливными элементами AT Energy были, например, оснащены дроны компании «АФМ-Серверс», снимавшие с воздуха Олимпиаду-2014 в Сочи. «Оснащение дронов водородными элементами дает большой выигрыш по длительности полета, кроме того, они перестают зависеть от температуры воздуха», — говорит основатель компании Данила Шапошников.

В июне 2017 года AT Energy подписала стратегическое соглашение с АО «Линде Газ Рус», дочерней компанией производителя промышленных газов Linde Group. Партнеры будут поставлять владельцам беспилотных аппаратов баллоны с водородом производства Linde. Это поможет решить важнейшую проблему водородной энергетики для беспилотников — заправочной инфраструктуры.

Легок на помине

Ажиотаж по поводу самого легкого в природе газа, стартовавший в начале 2000-х, был подхвачен политиками. В 2004 году губернатор Калифорнии Арнольд Шварценеггер рисовал картины «водородных шоссе», которыми будет опоясан его штат всего через шесть лет. Ничего такого, конечно, не произошло. «Автомобильная отрасль консервативна: все новые технологии дорогие, требуют оптимизации моделей по массе и габаритам, испытаний на ресурс», — говорит гендиректор AT Energy Данила Шапошников.

Сказалась и экономическая ситуация. «В глобальном контексте замедление развития водородной энергетики связано с тем, что выбор технологий снижения выбросов в энергетике, транспорте, горнодобывающей промышленности и ЖКХ определяется экономической выгодой, — говорит советник по возобновляемой энергии в MoJo Energy Говард Рамсден, в 2000-х принимавший участие в разработке законодательства Европейского союза в области электроэнергетики. — Если финансовые механизмы стимулирования выбора низкоуглеродных технологий не являются существенными для стимулирования потребителя, то он либо не будет менять своих привычек, либо будет делать это очень вяло. Водородные технологии оказались слишком дороги для производителей в условиях двух глобальных экономических кризисов, где война за покупателя была жесткой».

Проблемы вызваны не только экономической конъюнктурой. Первому элементу таблицы Менделеева то и дело достается от глав технологических компаний. Так, владелец Tesla Илон Маск неоднократно называл топливные ячейки «ошеломляюще тупой технологией», противопоставляя их электрическим аккумуляторам, на которые сделала ставку его компания. Основная претензия заключается в том, что в качестве средства хранения энергии ячейки уступают аккумуляторам, поскольку преобразование химической энергии в электрическую внутри топливного элемента ведет к неизбежным потерям.

Илон Маск (Фото: Marcio Jose Sanchez / AP)

Другие критики отмечают, что водородные автомобили по умолчанию небезопасны. Водород невидим, легко воспламеняется и не имеет запаха, а значит о его утечке водитель не догадается вплоть до взрыва. Правда, и Toyota и Honda специально отмечают, что в их моделях водород хранится в герметичных и ударопрочных контейнерах из углеволокна. И все-таки никакое углеволокно не выдержит сильного удара при ДТП.

И даже подсчеты экономических выгод водорода могут быть обманчивы. «Главная проблема — высокая стоимость производства самих топливных элементов, так как водородные батареи содержат платину, один из самых дорогих металлов в мире, — напоминает Кристиан Цбинден. — Многие заблуждаются, считая водородную энергетику спасением от глобального изменения климата. На самом деле энергия из водорода — это плацебо, поскольку при производстве подобных батарей используется непропорционально большое количество электроэнергии. Поэтому «зелеными» данные технологии назвать нельзя». Самый распространенный в наши дни процесс получения водорода — паровой риформинг метана. Он требует использования углеводородов. Правда, теоретически его можно заменить электролизом воды, энергию для которого будут давать, например, солнечные батареи.

Кроме того, под водородные двигатели нужно строить специальные сети заправок. «Вопрос не столько в разработках производителей двигателей, сколько в подготовке и развитии необходимой инфраструктуры, — считает Никита Игумнов, финансовый эксперт, ранее работавший в инвестпроектах Газпромбанка, в органах управления и контроля МОЭСК и «Мосэнергосбыта». — При реализации данного направления возникнет ряд проблем, требующих решения. Среди них — высокая стоимость производства, хранения и транспортировки топлива, а также необходимость масштабного развития необходимой инфраструктуры: заправки, терминалы хранения, производственные мощности. Все эти вопросы требуют масштабных инвестиций».

Нишевой элемент

И все-таки будет ошибочным считать водородную энергетику тупиковым направлением. «Например, она давно применяется в ракетостроении, но СМИ редко об этом пишут», — отмечает Шапошников. Пока автомобили на топливных элементах делают первые шаги, их меньшие братья — автопогрузчики уже вовсю переходят на самый легкий газ. В июле Walmart приобрела 55 млн акций одного из пионеров водородной энергетики — компании Plug Power, объявив о планах оснастить 30 своих центров дистрибуции водородными автозаправками, где смогут заряжаться погрузчики компании (сейчас такими заправками оснащены 22 американских магазина Walmart). В апреле этого года Amazon.com купила более 50 млн акций Plug Power, параллельно начав оснащать водородными заправками свои склады.

Компании-конкуренты считают, что водород поможет их центрам быть более эффективными. «Складская техника — это ниша, в которой водородные топливные ячейки уже прочно закрепились, — говорит Данила Шапошников. — Электрические аккумуляторы погрузчиков быстро садятся и подолгу заряжаются. Возникают большие паузы в работе. Кроме того, батареи имеют короткий срок службы. А техника на водороде надежна, неприхотлива и, кроме того, экологична — такие погрузчики могут работать в закрытых помещениях».

То, что силовые установки, работающие на водороде, практически бесшумны, делает их привлекательными для производства военной техники. Уже сейчас такими установками оснащают, например, подводные лодки. Водород служит и для нужд домохозяйств: энергетические станции мощностью от 1 до 5 кВт могут вырабатывать электроэнергию в режиме когенерации, попутно давая тепло для системы отопления и нагрева воды.

В Японии такие автономные системы получили широкое признание после аварии на «Фукусиме», когда ядерная энергетика стала восприниматься как нечто страшное. Агентство по природным ресурсам и энергетике Японии рассматривает развитие водородной промышленности как один из приоритетов, рассчитывая за три года довести число используемых домохозяйствами водородных электрогенераторов до 1,4 млн. Кроме того, правительство мотивирует промышленные компании использовать водород в качестве источника электроэнергии на заводах и фабриках. А организаторы летних Олимпийских игр 2020 года в Токио собираются превратить их в демонстрацию возможностей водородных двигателей.

Среди ниш, где водород находит себе применение уже сегодня, — стационарное резервное питание. «Топливные ячейки требуют мало обслуживания: поставил — забыл, — говорит Шапошников. — Когда напряжение в сети падает до нуля, они включаются. Небольшой баллон с газом, установленный, например, на сотовой вышке, даст ей энергии на сутки, пока ремонтная бригада устраняет проблему. Другая ниша — автономное энергоснабжение удаленных пунктов: можно раз в год наполнять газгольдер, обеспечивая электричеством и теплом небольшой поселок полярников где-нибудь в Арктике». Это решение подойдет для многих труднодоступных уголков страны.

Водородная энергетика будет развиваться даже при отсутствии прорыва в автомобильной отрасли, говорят эксперты. Согласно прогнозу Markets&Markets объем мирового производства водорода, который сейчас составляет $115 млрд, к 2022 году вырастет до $154 млрд. Но и в автомобильной промышленности этот элемент рано списывать со счетов. Да, водород высокого давления требует строительства сотен заправочных станций. Но есть более дешевая альтернатива, которую сейчас разрабатывает сразу несколько компаний, в частности один из лидеров по производству топливных ячеек — канадская Ballard Power, делающая пилотный проект для китайского Министерства транспорта. Жидкий химический состав можно будет заливать в обычные бензохранилища, которыми оснащены АЗС, и заправлять им машину как бензином. В специальном реакторе из жидкости будет выделяться газообразный водород, поступающий в топливную ячейку. Голубая мечта Шварценеггера не столь уж и несбыточна.

Поезд на водороде — европейский технологический прорыв с оговорками | Экономика в Германии и мире: новости и аналитика | DW

Внешне Coradia iLint ничем не отличается от обычных поездов, курсирующих по всей Германии на небольших расстояниях — разве что своим небесно-голубым цветом, символизирующим экологичность. Внутри новый поезд вообще неотличим от своих собратьев. А вот с технической точки зрения Coradia iLint — это прорыв, так как это первый в мире поезд на водородных топливных ячейках. Причем, это не прототип: после первого торжественного рейса в воскресенье, 16 июля, он уже запланирован для повседневной рейсовой работы между городами Бремерфёрде, Куксхафен, Бремерхафен и Букстехуде в федеральной земле Нижняя Саксония.

На смену дизелю

До сих пор этот участок железнодорожного сообщения не был электрофицирован, что не является в Германии такой уж редкостью, и движение осуществлялось на дизельных поездах. Их постепенно и должны заменить собой электрички Coradia iLint. Они представляют собой небольшие поезда с двумя электромоторами, электричество для которых поступает не из воздушной контактной сети, а из источника энергии в самом поезде. На крыше Coradia iLint установлена цистерна с водородом и топливный элемент (или ячейка). В нем водород соединяется с кислородом, в результате чего возникает электрический ток.

Выбросов вредных веществ в атмосферу, как у дизельных двигателей, при этом не возникает — в качестве результата электрохимической реакции в топливном элементе в окружающую среду выделяется только вода. И еще преимущество: поезд движется практически бесшумно.

Максимальная скорость Coradia iLint — 140 км в час. Дальность поездки на одной заправке — от 800 до 1000 километров, а сама заправка длится около 15 минут.

Недостатки водородных топливных элементов

Эксперты называют топливные элементы на водороде идеальной технологией получения энергии в будущем. Однако минусы у нее тоже есть. Например, водород в цистерне на крыше поезда получен не естественным путем, а в результате процесса электролиза воды, на который потребовалось потратить много электроэнергии, полученной вовсе не всегда экологически чистым способом.

Интерьер Coradia iLint

В ответ на это производитель Coradia iLint — французский концерн Alstom — уже пообещал построить предприятие по производству водорода с помощью электричества с ветряных электростанций.

Другой проблемой является фактическое отсутствие «водородной инфраструктуры» — то есть водородных заправок. Здесь тоже пока речь о только будущем. Например, в немецкой федеральной земле Гессен, где сейчас тоже обсуждают старт пригородных поездов на водородном топливе, запланировали строительство водородной заправочной станции. Точные сроки пока неясны.

Европейское решение для водородного топлива

Что же касается начавшего курсировать на севере Германии Coradia iLint, то водород ему в первое время будут доставлять из Нидерландов. Кстати, и само производство «чудо-поезда» тоже вполне общеевропейское.

Так, изначально технология поездов на водородном топливе разрабатывалась немецкой компанией LHB, которая позже была поглощена французским концерном Alstom. А сейчас Alstom вместе с немецкой компаний Siemens объединяют усилия и к началу 2019 года планируют создать совместное предприятие в области производства железнодорожного транспорта. На этом фоне неудивительно, что новый поезд Coradia iLint компания Alstom был произведен на заводе в немецком городе Зальцгиттер.

К 2021 году земля Нижняя Саксония закупит еще 14 таких поездов, что обойдется ей в примерно 81 миллион евро. «Отличная инвестиция», — гордо заявил министр экономики и транспорта Нижней Саксонии Бернд Альтхусман (Bernd Althusmann). Интерес к поездам проявили также еще 3 федеральных земли в Германии, есть несколько потенциальных покупателей из других европейских стран и Северной Америки.

Смотрите также:

• За что природа поблагодарит вас

  Выключайте кран

  На время чистки зубов кран можно выключить! Просто налейте воду в стаканчик. Согласно исследованию Ольденбургского университета, только во время чистки зубов жители Германии расходуют лишних 12 литров чистой питьевой воды.

• За что природа поблагодарит вас

  Принимайте душ

  Тот, кто принимает ванну, расходует около 140 литров воды. Принимая душ, мы тратим 20 литров воды за минуту. Немецкая экологическая организация BUND подсчитала: если семья из четырех человек откажется от принятия ванн и будет пользоваться исключительно душем, то в год она сэкономит на электроэнергии и воде более 300 евро.

• За что природа поблагодарит вас

  Устройте сквозняк

  Вместо того, чтобы держать окна полуоткрытыми, лучше каждые два-три часа как следует открыть окно и устроить сквозняк. При этом хватит уже нескольких минут, чтобы полностью освежить воздух в помещении.

• За что природа поблагодарит вас

  Откажитесь от батареек

  Экологи советуют отказаться от устройств, работающих на батарейках. Для выпуска одноразовых батареек используется намного больше электроэнергии, чем мы получаем от самих батареек. Электроэнергия из батареек в 300 раз дороже, чем из розеток.

• За что природа поблагодарит вас

  Выключайте электроприборы

  Выключать электрические приборы надо полностью, а не переводить их на «режим ожидания». В этом режиме приборы продолжают использовать электроэнергию.

• За что природа поблагодарит вас

  Закрывайте посуду крышками

  Экологи советуют при варке использовать кастрюли с крышками — количество используемой электроэнергии снижается до 65 процентов. Кроме того, кастрюли или сковородки должны соответствовать размерам нагреваемых дисков электроплит.

• За что природа поблагодарит вас

  Кипятите воду в чайниках

  Если нам нужно вскипятить воду, то лучше использовать электрочайник, а не кастрюлю на плите. Если бы все немцы каждый день кипятили воду в чайнике, а не на плите, то экономили бы до 40 евро в год каждый.

• За что природа поблагодарит вас

  Сушите волосы без фена

  Электроприбор в ванной комнате, который потребляет особенно много электроэнергии, — это фен. Летом сушить волосы лучше на воздухе или на солнце!

• За что природа поблагодарит вас

  Обойдитесь без «кофе с собой»

  Стоит помнить о том, что одноразовая посуда становится настоящей проблемой для экологии. Лучше захватить с собой свою чашку или небольшой термос. Чем меньше мусора, тем лучше!

• За что природа поблагодарит вас

  Пластиковые пакеты вредят экологии

  Согласно данным Немецкого ведомства по охране окружающей среды, жители Германии используют в среднем до 76 пластиковых пакетов в год. Лучше всего ходить в магазины с матерчатыми сумками, рюкзаками или корзинками для покупок. Во имя сохранения нашей с вами окружающей среды!

  Автор: Анабела Линке, Виктор Вайц

 

Водяная топливная ячейка Мейера — схема, возможность сделать своими руками

Как и о всякой технологии, способной перевернуть мир, о ячейке Стэнли Мейера (или водном топливном элементе) говорят до сих пор. Одни уверяют о ней почти как о вечном двигателе, другие утверждают, что это мошенничество чистой воды. Кое кто даже пророчил создателю этого чуда Нобелевскую премию. А ряд судебных разбирательств и таинственная смерть Мейера только подлили масло в огонь сомнений.

Стэнли Мейер со своим багги

Так что же на самом деле изобрел Стэнли Мейер? Известно следующее: в 1980 году американским изобретателем Стэнли Алленом Мейером для показа публике и журналистам был представлен легкий вездеход – багги. Казалось бы, обычное дело, но его багги ездил не на бензине, а на воде. Причем эффективность двигателя была такова, что на четыре с лишним тысячи км (от Нью-Йорка до Лос-Анджелеса) потребовалось бы всего восемьдесят три литра воды.

Двигатель от водного автомобиля Стэнли Мейера. За основу был взят обыкновенный двигатель Volkswagen

Конечно, целиком конструкцию супердвигателя изобретатель не разглашал. Первоначально Мейер говорил о водных инжекторах вместо свечей, которые и позволяли получать энергию из вода. Затем, неохотно, поведал о созданной им водной ячейке – главном компоненте двигателя. Ячейка позволяла получать водород и кислород из воды, и использовать водород как топливо.

Схема из патента Мейера

И, хотя многие сразу стали говорить про «изобретение» Стэнли Мейером давно и хорошо известного электролизера, устройству Мейера требовалось гораздо меньше энергии для расщепления воды. Фактически его устройство могло само обеспечивать себя энергией – только подливай воду. Не обращая внимания на критику оппонентов, Стэнли Мейер запатентовал свое изобретение и стал искать инвестиции, для дальнейших разработок. И нашел их!

Интервью Стэнли Мейера (можно найти в Интернете)

Слухи и недосказанность вокруг изобретения «водных топливных ячеек» изобретатель поддерживал тем, что не разрешал испытания и исследования их независимыми инспекторами и техниками, мотивируя о том, что все экспертизы пройдены на этапе патентования. Именно поэтому загадка «ячеек» так и осталась загадкой.

В 1996 году два инвестора Мейера подали на него в суд Огайо, который изобретатель проиграл. И чудо-багги и «топливная ячейка» были признаны фальшивками. Принципом получения водорода был признан в разрушении полярных связей в молекуле воды с помощью СВЧ-излучения. Но Стэнли продолжал работать до 1998 года, когда его смерть снова не всколыхнула американские газеты.

Официально – он умер от церебральной аневризмы. Но брат изобретателя рассказал другую историю. «Во время ужина с инвесторами из Бельгии, Стэнли сделал глоток клюквенного сока. Затем он схватил его за шею, выскочил из двери, упал на колени и его вырвало. Я выбежал на улицу и спросил его: «Что случилось?» Он сказал: «Они отравили меня». Это было его последним заявлением.

Хотя остались чертежи и патент Мейера, пока никто достоверно не смог повторить его работу… Или смог, но не хочет делиться этим с миром. 

Если вы сделали и испытали вышеописанную конструкцию, то по горению пламени на конце иглы наверняка заметили, что производительность установки чрезвычайно низкая. Чтобы получить больше гремучего газа, нужно изготовить более серьезное устройство, называемое ячейкой Стэнли Мейера в честь изобретателя.

Принцип действия ячейки тоже основан на электролизе, только анод и катод выполнены в виде трубок, вставляющихся одна в другую. Напряжение подается от генератора импульсов через две резонансные катушки, что позволяет снизить потребляемый ток и увеличить производительность водородного генератора. Электронная схема устройства представлена на рисунке:

Для изготовления ячейки Мейера потребуется:

Как водородные технологии изменят Украину

Полностью отказаться от бензина и газа, при этом гарантировать в каждый дом поставки чистой электроэнергии и обогрев жилья, обеспечивать колесный и рельсовый транспорт экологически чистым топливом – как вам такая перспектива? Все это может дать самый распространенный элемент на Земле – водород.

Президент энергетической ассоциации «Украинский Водородный Совет», председатель наблюдательного совета Tokmak Solar Energy, эксперт в сфере альтернативной энергетики Александр Репкин рассказал Kosatka.Media – как работают водородные технологии, на каком они этапе развития и какие горизонты открывают для украинской экономики и каждого украинца.

Александр, давайте начнем с начала. Что такое водородная энергетика?

Почему-то все цепляются за термин «водородная энергетика». А надо говорить о водородных технологиях.

Чтобы объяснить, что это такое, надо вернуться назад и вспомнить свои уроки химии в школе. Водород – это первый элемент таблицы Менделеева. И это самый просто химический элемент, молекула которого  состоит из двух атомов.  Из этого простейшего элемента состоит вся суть вещей, которые нас окружают.  И наша вселенная. Когда ученые пытались это измерить, то более 70% всего, что нас окружает – состоит из водорода.   Но его химические свойства таковы, что он не встречается в чистом виде. Как такого h3 в природе найти невозможно.  Он всегда в соединениях, самая распространенная из них на нашей планете – это вода.

А водородная бомба, о которой все знают, – это просто отголосок «холодной войны». Термин употребляли, чтобы ничего не объяснять. Хотя водород никогда не использовался как оружие. Там был изотоп дейтерий.

А физические свойства водорода, по сравнению с другими топливно-энергетическими ресурсами, значительно превышают даже природный газ по теплотворности.

Но самое главное, почему сейчас начали говорить о водороде, – мы начали заниматься изменением климата на нашей планете. Чтобы найти решение для многих процессов, была запущена программа Hydrogen for Climate Action в Европе.  В ней анонсированы 11 проектов именно водородных технологий, направленные на сохранение климата на нашей планете и недопущения экологической катастрофы. Эти проекты направлены на транспортировку водорода, его использование в централизованной системе отопления, строительство крупных судов, работающих на водороде и развитие инфраструктуры.

Водород относят к возобновляемым источникам энергии. Его химические свойства таковы, что когда он соединяется и разъединяется с другими химическими элементами, косвенно выделяется большое количество тепла и постоянный ток. И мы получаем все то, что и при переработке угля, природного газа, мазута, бензина и тому подобное.

Самый распространенный способ использования водорода, на котором делается ударение – это электролизер. Есть анод и катод, вода в определенной емкости. При подаче тока происходит химическая реакция, молекула воды разделяется на две молекулы водорода и одну – кислорода. Мы получаем два газа. Кислород, как правило, не используется, и он несколько опаснее, чем водород, поэтому его обычно в этом процессе просто отдают в атмосферу. А водород собирается в отдельной емкости, где хранится. Затем он направляется в устройство, что называется топливная ячейка, в котором происходит обратная химическая реакция. Чистый водород смешивается с атмосферным воздухом, берет с него кислород, и образуется молекула воды. И это и есть побочный эффекты отработки этой технологии.  То есть, отходы – это обычная дистиллированная вода. Далее этот же объем воды мы можем запускать в этот же процесс снова. И у нас образуется круг использования воды за счет возобновляемого источника.

Нам задавали вопрос – не повлияет ли эта технология на уменьшение водного ресурса. Нет, не повлияет. Потому что в этом кругу водород проходит, не уменьшаясь в объеме использования.

Где используются водородные технологии?

Прежде всего, это сочетание водородных технологий с ветровой энергетикой (она имеет более высокий потенциал, чем солнечная) – мы получаем постоянный источник энергообеспечения, которое является возобновляемым.

Человечество научилось получать энергию от ветра и солнца. Но – они непредсказуемые, непостоянные источники. А в сочетании с водородной технологией мы можем накапливать энергию, которая не нужна ночью. Или если днем ​​потребление значительно ниже производства электроэнергии (в особо солнечные дни, например). А остальное «складываем в карман».

Водородная технология позволяет хранить водород сезонно. Обычный аккумулятор имеет свои свойства до разряжения, ему нужны постоянные условия, чтобы он сохранял заряд. Для водорода все гораздо проще – он сохраняется в любом виде – сжиженном или под давлением. И если его закачали в емкость – не нужно больше ничего. Только правильная емкость. Для этого могут использоваться даже подземные хранилища газа, где мы сейчас сохраняем природный газ. Когда нам говорят – «Наши газохранилища полные! Безопасно пройдем зиму!» – это так же мы можем действовать с водородом.

Более того, секторальная интеграция этих технологий предусматривает переход к водородной экономике. Не отдельно транспорта или энергетики. А когда новым отопительным ресурсом вместо углеводородов – уголь, природный газ, нефть – становится водород. Одна универсальная единица. И она используется как в энергетике, так и в транспорте, так и в жилищно-коммунальном хозяйстве. Потому что процесс выделения тепла и электроэнергии абсолютно полностью имплементируется в любое здание для обеспечения теплом, горячей водой и электрической энергией.   Причем вся эта технология направлена ​​на то, что водород используется именно как источник электрической энергии. Потому что в классическом понимании использования водорода для сжигания – нет в дальновидной концепции стран ЕС и США. На начальных этапах – да, есть. Потому что мы замещаем технологию сжигания природного газа. До определенного процента, чтобы это не требовало значительного технического переоснащения. Хотя в дальновидной перспективе, в том плане, который представила президент Еврокомиссии Урсула фон дер Ляйен, к 2050 году хотят сделать carbon free economy. То есть, экономики, которые не будут загрязнять окружающую среду. И это возможно сделать только с водородными технологиями.

Итак, три главные сферы их использования – отопление, электрическая энергия и транспорт. Причем не только колесный. Это и железнодорожный, и морской. И есть проекты, где самолеты уже оборудуются бортовыми водородными технологиями. На них самолеты еще не летают, но для обеспечения жизнедеятельности судна такие технологии используются.

Возможно, вы уже видели: когда у самолета две турбины, на которых он летит, а одна – в хвосте – генерирует электрическую энергию, чтобы было кондиционирование в салоне, теплые напитки и тому подобное.

Водородные технологии в Украине и мире. Мы очень отстаем?

В Украине современных водородных технологий еще нет. Но водород имеет очень широкое применение – в металлургии, больше всего – в химической промышленности, при производстве азотных минеральных удобрений.  Водород уже используется в энергетике, но в другом виде – для охлаждения турбин.

Поэтому в целом водородные технологии – давно известны. Но никогда до сих пор не отмечалась возможность их использования в быту. Когда каждый может дома сделать водородную топливную ячейку и отапливать дом.

Возможно ли сейчас такую ​​технологию дома сделать? Есть ли для этого условия, материалы, оборудование? Сколько это будет стоить?

Стоимость будет зависеть от производителя таких материалов, мощности оборудования и уровня потребления электрической энергии. Думаю, что такую ​​технологию вполне возможно сделать.

Именно потому ведется соответствующая просветительская работа, и нашей Ассоциацией.  Мы были у заместителя Минекоенерго – говорили именно об этом.

Над какими проектами вы работаете?

Наша задача – чтобы Украина не отставала. Мы всегда что-то догоняем. У нас миллион скептиков, говорят – у вас ничего не получится. А потом – бац – и мы построили 7 гигаватт ВИЭ.

У нас есть инженерная мысль, специалисты, опыт. Есть все условия, чтобы мы развивались, шли рядом, а не догоняли.

Но почему-то у нас все хорошие темы, инициативы постоянно обрастают коррупционными скандалами. Видимо, не могут побороть эту жадность «все – мое».

Для того, чтобы у нас что-то появилось, нужно создать условия, законодательство – и первичное, и вторичное.  Чтобы не изобретать колесо – надо обратиться к нашим партнерам, странам Европейского Союза. У них есть отдельный сайт HyLaw, где собраны все нормативно-правовые акты, которые сегодня функционируют в Европе.   Есть 5 директив, которые принял Евросоюз, и которые являются обязательными для выполнения всеми странами ЕС.

Главное – состоялась презентация New Green Deal – это курс стран Евросоюза на предстоящие 10-30 лет. Это круто. Там написана полностью вся стратегия.  Если мы пытаемся интегрироваться в Европу и стать европейской страной – наш путь туда.  Берем, адаптируем и согласовываем с партнерами.

Автоматически это дает нам возможность стать игроком на этом рынке. На сегодня те потребности в энергетике, которые есть у стран Евросоюза, и они об этом открыто говорят – они сами не способны обеспечить. Им нужны будут площадки, чтобы производить именно «зеленый» водород.  И одной из таких площадок может стать Украина.

«Зеленый» водород – в понимании европейских законодателей – произведенный из возобновляемых источников энергии. Это не технология сжигания водорода.

Чем Украина так привлекательна как площадка для выработки «зеленого» водорода?

Недавно мы закончили основательную работу совместно с Институтом будущего и Институтом возобновляемой энергетики. Мы создали Атлас потенциала возобновляемой энергетики Украины. Он свидетельствует, что мы можем у себя разместить такое количество возобновляемых источников, которое позволит полностью обеспечить себя как страну, не быть зависимыми от импорта энергоносителей сюда, и – закрыть треть потребностей всех стран Евросоюза. Там 27 стран. И минимум 7 из них сможем обеспечить полностью. Украина имеет второй потенциал среди европейских стран по возобновляемой энергетике. Мы можем использовать акватории наших Азовского и Черного морей.  Азовское – вообще супер, там глубины до 30 метров. Это позволяет установить такое количество ветряков, которому может позавидовать даже Норвегия.

А главное – мы уже соединены со странами Евросоюза. У нас общая граница. И также – наши электрическая и газовая системы объединены в отдельных точках. К этому добавляются автомобильное и железнодорожное сообщение. Все. Строим инфраструктуру и присоединяемся к тем транспортным коридорам, которые уже разработаны в Европе.   И мы не на словах, а действительно интегрируемся в эти процессы.  И должны стать субъектом, а не объектом, как сейчас.

Звучит прекрасно. Но – на каком этапе мы сейчас?

В 2019 году мы сделали очень много работы. И эти маленькие победы позволили нам поднять эту тему на высший уровень. Об этом говорит и наш премьер-министр, и скоро и наш президент в этом разберется, потому что он прогрессивный человек.

Я вижу, как этой проблематикой начал заниматься вице-премьер-министр по вопросам европейской интеграции Дмитрий Кулеба.

Когда я организовывал встречу нашей правительственной делегации с представителями Hydrogen Europe – водородной ассоциации европейской, которая объединяет всех производителей, то Кулеба был очень впечатлен. Одно дело, когда тебе что-то говорит человек из Украины, другое – когда это говорят люди, которые уже воплотили более 500 проектов, и это работает. А вон все переворачивает с ног на голову – когда ты сам садишься за руль водородного автомобиля.   Ведь это о ней не где-то там говорят, а здесь – садись, поехали.  И человек начинает понимать, что это уже не будущее, это настоящее, и оно уже здесь, рядом.  И нам надо к нему обязательно присоединиться.

Поэтому – создана межправительственная рабочая группа. Сейчас мы проводим исследования по концепции дорожной карты, разрабатывается Украинская водородная стратегия и национальный план действий в возобновляемой энергетике 2020-2030.

О водородных технологиях начали говорить в разрезе хранения электрической энергии, балансировки энергетической системы, возможности замещения использования природного газа.

И я сейчас готовлю мега-крутой проект с «Новой Почтой». Он заключается в приобретении компанией хотя бы 10 небольших автомобилей, работающих на водородной технологии. Мы, со своей стороны, сделаем водородную заправочную станцию ​​и обслуживающий центр, который будет заниматься этими автомобилями.

Тогда «Новая Почта» сможет сказать – «Мы одна из самых продвинутых служб доставки Украине» и «Ваша доставка – экологически чистая», и клеить «зеленый листочек». Сознание человека так устроено, что все хотят быть с победителем и приобщиться к значительному и классному. И это именно тот случай.

Но здесь очень важно изменение сознания. Что не вы доплачиваете кому-то, чтобы он стал более богатым.  А – мы делаем это для того, чтобы обеспечить свое будущее.

Над этим еще предстоит поработать…

 Да. Но молодежь – уже прогрессивная.

А касаемо всех остальных – никто не хочет болеть так часто, как сейчас. За 5 лет моего депутатства в Запорожской области мы проводили множество социологических опросов. Один из разделов – какая проблематика вас беспокоит больше всего. Все жаловались на низкую заработную плату, как правило. Но в последнем опросе экологические проблемы вышли на 2 место – 38%. Они начали понимать, что от экологии они потом жалуются на плохое самочувствие, качество медицины и все, с этим дальше связанное. А по пирамиде Маслоу экологические проблемы стоят чуть выше, чем что поесть и где поспать. Но, к сожалению, в бедных странах об этом задумываются меньше людей.

Но, тем не менее, такие люди уже есть. И наша работа – не пустая.  Нас слышат.

Пока представители углеводородного экономики не расценивают нас как потенциальную угрозу.  А когда начнут – станут делать нас такие же пиар-атаки, как на Грету Тунберг.

Когда они осознают, что вы – конкуренты?

Думаю, мы их подогреем в 2020.

Расскажите о своей ассоциации. Кто эти люди? Сколько вас?

Сейчас мы на первом, просветительском, уровне развития этой тематики в Украине.

У нас есть ряд коммерческих структур, которые работают исключительно в энергетике, в газоснабжении. Это те, кто уже увидел потенциал. У нас есть компании, которые работают в частном секторе, с солнечными проектами. Есть девелоперы, которые строили большие солнечные станции – там есть мощная инженерная мысль. И они могут объединить в один проект все необходимое оборудование. У нас пока нет такого опыта.  Но – изучаем.

Главная наша движущая сила – наука. Я вошел в президиум Академии наук Украины по водородным технологиям. За этот год удалось выделить бюджетное финансирование в размере 3 миллионов 143 тысяч гривен для около 20 проектов по водородным технологиям, которыми сейчас занимаются украинские институты.

Какие это проекты, кто и чем занимается?

Это именно ученые. Мы были даже несколько удивлены, что в Украине есть настолько светлые головы и такие наработки. Просто им никто не ставил задачи. Никто не видел коммерциализацию. Это была работа ради работы.

Например, это украинские исследовательские лаборатории, работающие над водородными проектами. Институт биоорганической химии и нефтехимии – «Получение водорода из углеводородного некондиционного сырья на композитнитных протонопроводных мембранных катализаторах».  Институт ботаники – «Светозависимая выработка водорода микроводорастениями и фотосинтетическими бактериями». Институт возобновляемой энергетики – «Оптимизация параметров эксплуатации ветровых установок и электролизеров для получения водорода с целью его использования в автономных системах энергообеспечения». Институт угольных технологий, Институт газа – «Совершенствование и оптимизация плазменных технологий получения водорода. Фундаментальные основы процессов получения и использования углеволородосорбционных наноматериалов для водородной энергетики». И это можно продолжать и продолжать.

Сейчас я занимаюсь еще одним процессом. Президент Патон подписал указ по Национальной академии наук о создании научно-технического международного центра по накоплению обмена возобновляемыми водородными технологиями. И именно там хотим собрать все наработки, которые есть в этой сфере – патенты и т.д., чтобы изучить их, и дальше толкать как движущий источник нашей экономики – создание рабочих мест, инфраструктуры и тому подобное.

По более практическим проектам. С Институтом возобновляемой энергетики мы делаем небольшой проект: есть возобновляемый источник, производство водорода, топливная ячейка, и снова производство электроэнергии.

Еще один перспективный проект – у меня была содержательная встреча с представителями «Укрзализныци» и министром Владиславом Криклием. Есть разработанная технология переоборудования наших дизельных локомотивов подвижного состава на водородные технологии. Так же сюда могут зайти такие гиганты железнодорожного строительства как Ballard и Alstom, создать на территории Украины завод. У нас есть не менее 1500 локомотивов подвижного состава, движущихся, и около 2500, которые стоят и используются как «доноры».

Сейчас мы делаем научно-экономическое обоснование этого процесса, вместе с европейскими экспертами.

Расскажите об инвестициях, о цене вопроса.  Вы считали – сколько будет стоить отдельный проект?  Недавно в Госэнергоэффективности озвучили, что в украинском ВИЭ надо €20 млрд инвестиций. У вас есть какая-то цифра?

Я не страдаю гигантоманией.

По проекту с «Новой Почтой» – он крутой, хоть на обложку Forbes выкладывай –  думаю, где-то в $1,5 млн мы уложимся.

Но – трудно говорить, потому что у нас нет опыта ни по одному проекту. Все собираем по крупицам. Поэтому по ценам – для меня это тоже главный вопрос.

В чем опасность водородных технологий?  Всегда же есть «но». Чем углеводородные конкуренты могут вас дискредитировать?

Опасность только одна: водородная технология – это четвертая индустриальная революция. Я всегда привожу пример, что паровозы были очень обеспокоены, когда появился двигатель внутреннего сгорания. А еще раньше так случилось с гужевым транспортом, когда представители парламента в Лондоне говорили, что лошади никогда не исчезнут с улиц. А через два года – не стало ни одной.

Поэтому и двигатели внутреннего сгорания будут очень обеспокоены, когда в массовом производстве появится топливная ячейка.

Но нельзя сдержать то, что нельзя сдержать. Как ни тормози этот процесс – будут находиться смельчаки, которые паяют что-то у себя дома. Я уверен, что этот процесс уже запущен.

Какие первые задачи по водородной энергетике для государства Украина в 2020?

Мы готовим синхронизацию с европейским законодательством. И уже в Минэкоэнерго есть Ukraine Green Deal.  И там будут записаны все наши параметры, каким образом Украина будет бороться с глобальным изменением климата.

Alpha 2.0 — электровелосипед на водороде

Электровелосипед на водороде разрабатывался уже давно, разными инженерами и во многих странах.

Наконец-то в 2017 году французская компания Pragma industries наладила производство и продажу электровелосипеда Alpha 2.0 на водородных топливных элементах. Эта модель — не первый водородный велосипед, однако Pragma Industries более амбициозна и успешна, чем другие производители. Alpha 2.0 — не прототип с кучей красивых 3D картинок. Эти электровелосипеды уже производятся и используются. В 2019 году выпущено около 200 электровелосипедов.

Компания была создана в 2004 году двумя инженерами: Пьером Форте и Реми Суккойа. В начале специализировалась на создании водородных топливных элементов. По оценкам экспертов ЕС, к 2050 году водород может удовлетворять одну пятую часть мирового потребления энергии и станет ключевым решением в достижении цели по сокращению выбросов CO2 на 20%. Использование водорода в качестве энергоносителя с высоким потенциалом растет в Японии, США, Китае и Европе, особенно во Франции и Германии. В России это направление энергетики пока только разрабатывается.

Водород в сочетании с топливным элементом позволяет производить электричество и находит свое применение в электромобилях, электромотоциклах и электровелосипедах. 1 кг водорода соответствует энергии запасенной в 75 кг литиевых батарей, а время зарядки всего 1-5 минут.

Технические характеристики

• Вес около 25 кг.
• Максимальная скорость (ограничена законодательством): 25 км/ч.
• Максимальный пробег на одной заправке: 135-150 км (в зависимости от стиля езды, рельефа местности и веса велосипедиста).
• Электромотор: Brose 36V мощностью 250 W.
• Топливный элемент: 150 W PEM.
• Запасной источник энергии: литий-ионный аккумулятор емкостью 150 Wh. Ёмкость бака: 2 литра сжатого водорода.
• Время заправки: 2 минуты.

Плюсы

• Водородный велосипед — это нулевой выброс в атмосферу и один из способов борьбы с грядущей нехваткой нефтепродуктов.
• Источником электроэнергии для мотора вместо аккумулятора служит топливный элемент, на который из бака подается водород.
• Велосипедист всегда в курсе, сколько энергии осталось: точный датчик h3 постоянно сообщает об этом.
• Электробайк может проехать до 100 км на одной заправке. Аккумуляторные батареи на морозе теряют емкость, а эффективность водородных топливных элементов от погоды не зависит.
• Сверхбыстрая заправка. Для перезарядки аккумуляторной батареи обычного электровелосипеда требуется примерно 3-8 часов, а на заправку водородом уходит всего 2 минуты.
• Сменные картриджи с водородом можно взять с собой в поездку увеличив максимальный пробег вдали от заправочных станций.

Минусы

• В 2018 году электровелосипед на водороде стоил 7500 Евро. Цена на 2020 год не оглашается.
• Электровелосипеды предназначены для корпоративного и муниципального использования, поскольку зависят от наличия заправочных станций.
  Компания Atawey специально для Alpha 2.0 разработала заправочную станцию h3 Spring (30 000 Евро). Достаточно подключить ее к водопроводу и электросети, и путем водного электролиза из воды получается водород. Затем водород сжимают и заправляют водородный бак велосипеда. В настоящее время Pragma работает над электровелосипедом, способным производить водород «на борту». Но таковой пока не создан.
• Электровелосипед на водороде и дизайн пока не дружат. Это явно не тот транспорт, внешний вид которого заставляет испытывать положительные эмоции. Но тут нужно понимать, что и первый автомобиль был не шедевром. ..

Французы начинают проектировать самолет на замену Airbus A320 – FrequentFlyers.ru

Правительство Франции обнародовало сегодня поистине наполеоновские планы по финансированию разработки «самолета будущего». К 2033-2035 годам поставлена задача создать замену широко распространенному семейству Airbus A320: самолет будет иметь топливную эффективность на 30% лучше, чем сегодня; сможет летать на биотопливе и иметь потенциал перевода на водородное топливо, что позволит сократить до нуля выбросы в атмосферу углекислого газа. Именно углекислый газ становится сейчас угрозой для существования доступных авиаперевозок, к которым мы привыкли. Правительства европейских стран, идущие на поводу у экологов, повсеместно вводят налоги на выброс CO2: каждая авиакомпания должна будет платить по несколько десятков евро за пассажира, которые, естественно, будут заложены в цену билета.

Суммарно Франция вложит в «водородный» самолет внушительные 15 млрд. евро. Ранее его планировалось создать лишь к 2050 году, теперь же программу решили ускорить, опасаясь того, что американцы или китайцы разработают такой самолет быстрее. Инвестиции должны помочь модернизировать более чем 1300 французских компаний аэрокосмической отрасли и сделать страну технологическим лидером. Подробнее о планах:

A320neo

Согласно опубликованному плану, в 2026-2028 годах будет создан прототип узкофюзеляжного самолета на замену A320, к 2033-2035 годам начнется его коммерческая эксплуатация. При этом к 2030 году должен полететь и новый региональный самолет с “нулевой эмиссией”: либо на гибрид-электрической, либо на водородной силовой установке.

Между тем еще в том самом 1988 году, когда первый A320 только начал возить пассажиров, в СССР был создан самолет-лаборатория Ту-155 (на базе Ту-154), на котором испытывали водородные двигатели. ОКБ А.Н. Туполева, создавшее и испытавшее первый в мире самолет, способный использовать два вида топлива — жидкий водород и сжиженный природный газ — навсегда останется первыми в истории мировой авиации. Всего на криогенном топливе было выполнено около 100 полетов, в том числе 5 на жидком водороде.

Ту-155 на МАКС-2015. Фото: Федор Борисов

В современных водородных двигателях, впрочем, водород не сжигают. Вернее, и двигателей-то таких нет: в водородных топливных ячейках на протонообменных мембранах происходит химическая реакция с выделением электрической энергии, и эта энергия приводит в движение электродвигатели, вращающие пропеллер или вентилятор.

Илья Шатилин

топливных элементов | Министерство энергетики

Топливный элемент использует химическую энергию водорода или другого топлива для экологически чистого и эффективного производства электроэнергии. Если водород является топливом, электричество, вода и тепло — единственные продукты. Топливные элементы уникальны с точки зрения разнообразия их потенциальных применений; они могут обеспечивать электроэнергией системы величиной с коммунальная электростанция и такие маленькие, как портативный компьютер.

Why Study Fuel Cells

Топливные элементы могут использоваться в широком диапазоне приложений, включая транспортировку, погрузочно-разгрузочные работы, стационарные, портативные и аварийные резервные источники питания. Топливные элементы обладают рядом преимуществ по сравнению с традиционными технологиями сжигания, которые в настоящее время используются на многих электростанциях и легковых автомобилях. Топливные элементы могут работать с более высоким КПД, чем двигатели внутреннего сгорания, и могут преобразовывать химическую энергию топлива в электрическую с КПД до 60%. Топливные элементы имеют более низкие выбросы, чем двигатели внутреннего сгорания. Водородные топливные элементы выделяют только воду, поэтому отсутствуют выбросы углекислого газа и загрязнители воздуха, которые создают смог и вызывают проблемы со здоровьем во время работы.Кроме того, топливные элементы работают тихо, поскольку в них меньше движущихся частей.

Как работают топливные элементы

Топливные элементы работают как батареи, но они не разряжаются и не нуждаются в подзарядке. Пока есть топливо, они производят электроэнергию и тепло. Топливный элемент состоит из двух электродов — отрицательного электрода (или анода) и положительного электрода (или катода), расположенных вокруг электролита. На анод подается топливо, например водород, а на катод — воздух. В водородном топливном элементе катализатор на аноде разделяет молекулы водорода на протоны и электроны, которые идут к катоду разными путями.Электроны проходят через внешнюю цепь, создавая электрический ток. Протоны мигрируют через электролит к катоду, где они соединяются с кислородом и электронами, образуя воду и тепло. Подробнее о:

Просмотрите анимацию топливных элементов в офисе Fuel Cell Technologies Office, чтобы узнать, как работает топливный элемент.

Цели исследований и разработок

Министерство энергетики США (DOE) тесно сотрудничает со своими национальными лабораториями, университетами и отраслевыми партнерами для преодоления критических технических препятствий на пути разработки топливных элементов.Стоимость, производительность и долговечность по-прежнему являются ключевыми проблемами в отрасли топливных элементов. Просмотрите ссылки по теме, которые предоставляют подробную информацию о деятельности по топливным элементам, финансируемой Министерством энергетики.

• Стоимость — Платина представляет собой один из самых дорогостоящих компонентов топливного элемента, поэтому большая часть исследований и разработок сосредоточена на подходах, которые увеличат активность и использование существующих катализаторов из металлов платиновой группы (МПГ) и сплавов МПГ. как катализатор, не связанный с МПГ, подходит для долгосрочного применения.
• Производительность — Для улучшения характеристик топливных элементов НИОКР сосредоточены на разработке ионообменных мембранных электролитов с повышенной эффективностью и долговечностью при сниженных затратах; улучшение мембранных электродных сборок (МЭБ) за счет интеграции современных компонентов МЭБ; разработка транспортных моделей и экспериментов in-situ и ex-situ для получения данных для проверки моделей; выявление механизмов деградации и разработка подходов к смягчению их последствий; и поддержание основных видов деятельности по компонентам, подсистемам и системам, специально предназначенным для стационарных и переносных энергетических приложений.
• Долговечность — Ключевым фактором производительности является долговечность с точки зрения срока службы системы топливных элементов, который соответствует ожиданиям приложений. Цели Министерства энергетики для стационарных и транспортных топливных элементов составляют 40 000 часов и 5 000 часов соответственно при реальных условиях эксплуатации. В наиболее требовательных приложениях реалистичные рабочие условия включают примеси в топливе и воздухе, пуск и останов, замораживание и оттаивание, а также циклы влажности и нагрузки, которые приводят к нагрузкам на химическую и механическую стабильность материалов и компонентов системы топливных элементов.НИОКР сосредоточены на понимании механизмов деградации топливных элементов и разработке материалов и стратегий, которые смягчат их.

Технические цели

Загрузите раздел «Топливные элементы» Многолетнего плана исследований, разработок и демонстрации отдела технологий топливных элементов для получения полной информации о технических целях или просмотрите отдельные таблицы целевых показателей для:

Части топливного элемента

Топливные элементы с полимерно-электролитной мембраной (PEM) в настоящее время являются предметом исследований в области применения топливных элементов в транспортных средствах.Топливные элементы PEM состоят из нескольких слоев разных материалов. Основные части топливного элемента PEM описаны ниже.

Сердцем топливного элемента PEM является узел мембранного электрода (MEA), который включает мембрану, слои катализатора и газодиффузионные слои (GDL).

Аппаратные компоненты, используемые для включения MEA в топливный элемент, включают прокладки, которые обеспечивают уплотнение вокруг MEA для предотвращения утечки газов, и биполярные пластины, которые используются для сборки отдельных топливных элементов PEM в батарею топливных элементов и обеспечения каналов для газообразного топлива и воздуха.

Узел мембранного электрода

Мембрана, слои катализатора (анод и катод) и диффузионная среда вместе образуют узел мембранного электрода (MEA) топливного элемента PEM.

Мембрана с полимерным электролитом

Мембрана с полимерным электролитом или PEM (также называемая протонообменной мембраной) — специально обработанный материал, напоминающий обычную кухонную пластиковую пленку — проводит только положительно заряженные ионы и блокирует электроны. PEM — это ключ к технологии топливных элементов; он должен пропускать только необходимые ионы между анодом и катодом.Другие вещества, проходящие через электролит, могут нарушить химическую реакцию. Для транспортных средств мембрана очень тонкая — в некоторых случаях менее 20 микрон.

Слои катализатора

Слой катализатора добавляется с обеих сторон мембраны — анодный слой с одной стороны и катодный слой с другой. Обычные слои катализатора включают частицы платины нанометрового размера, диспергированные на углеродном носителе с большой площадью поверхности. Этот платиновый катализатор на носителе смешивают с ионопроводящим полимером (иономером) и помещают между мембраной и GDL.На анодной стороне платиновый катализатор позволяет молекулам водорода расщепляться на протоны и электроны. На катодной стороне платиновый катализатор обеспечивает восстановление кислорода за счет реакции с протонами, генерируемыми анодом, с образованием воды. Иономер, смешанный со слоями катализатора, позволяет протонам проходить через эти слои.

Слои диффузии газа

GDL расположены вне слоев катализатора и облегчают перенос реагентов в слой катализатора, а также удаление образующейся воды.Каждый GDL обычно состоит из листа копировальной бумаги, в которой углеродные волокна частично покрыты политетрафторэтиленом (ПТФЭ). Газы быстро диффундируют через поры в GDL. Эти поры остаются открытыми благодаря гидрофобному ПТФЭ, который предотвращает чрезмерное накопление воды. Во многих случаях внутренняя поверхность GDL покрыта тонким слоем углерода с большой площадью поверхности, смешанного с PTFE, который называется микропористым слоем. Микропористый слой может помочь отрегулировать баланс между удержанием воды (необходимо для поддержания проводимости мембраны) и высвобождением воды (необходимо, чтобы поры оставались открытыми, чтобы водород и кислород могли диффундировать в электроды).

Аппаратное обеспечение

MEA — это часть топливного элемента, в которой вырабатывается энергия, но для обеспечения эффективной работы MEA требуются аппаратные компоненты.

Биполярные пластины

Каждый отдельный MEA вырабатывает менее 1 В в типичных рабочих условиях, но для большинства приложений требуются более высокие напряжения. Таким образом, несколько MEA обычно подключаются последовательно путем наложения их друг на друга для обеспечения приемлемого выходного напряжения. Каждая ячейка в стопке зажата между двумя биполярными пластинами, чтобы отделить ее от соседних ячеек.Эти пластины, которые могут быть изготовлены из металла, углерода или композитов, обеспечивают электрическую проводимость между ячейками, а также обеспечивают физическую прочность пакета. Поверхности пластин обычно содержат «поле потока», которое представляет собой набор каналов, обработанных на станке или штампованных в пластине, чтобы газы могли проходить через МЭБ. Дополнительные каналы внутри каждой пластины могут использоваться для циркуляции жидкого хладагента.

Прокладки

Каждый MEA в батарее топливных элементов зажат между двумя биполярными пластинами, но по краям MEA необходимо добавить прокладки для создания газонепроницаемого уплотнения.Эти прокладки обычно изготавливаются из эластичного полимера.

Системы топливных элементов | Министерство энергетики

Конструкция систем топливных элементов сложна и может значительно различаться в зависимости от типа топливного элемента и его применения. Однако во многих системах топливных элементов есть несколько основных компонентов:

Стек топливных элементов

Стек топливных элементов является сердцем системы питания топливных элементов. Он генерирует электричество в форме постоянного тока (DC) в результате электрохимических реакций, происходящих в топливном элементе.Один топливный элемент вырабатывает менее 1 В, что недостаточно для большинства приложений. Поэтому отдельные топливные элементы обычно объединяются последовательно в батарею топливных элементов. Типичная батарея топливных элементов может состоять из сотен топливных элементов. Количество энергии, производимой топливным элементом, зависит от нескольких факторов, таких как тип топливного элемента, размер элемента, температура, при которой он работает, и давление газов, подаваемых в элемент. Узнайте больше о частях топливного элемента.

Топливный процессор

Топливный процессор преобразует топливо в форму, которую может использовать топливный элемент.В зависимости от топлива и типа топливного элемента топливный процессор может представлять собой простой слой сорбента для удаления примесей или комбинацию нескольких реакторов и сорбентов.

Если система работает на обычном топливе, обогащенном водородом, таком как метанол, бензин, дизельное топливо или газифицированный уголь, установка риформинга обычно используется для преобразования углеводородов в газовую смесь водорода и углеродных соединений, называемую «реформатом». Во многих случаях продукт риформинга затем отправляется в набор реакторов для преобразования моноксида углерода в диоксид углерода и удаления любых следов монооксида углерода, а также в слой сорбента для удаления других примесей, таких как соединения серы, перед его отправкой на установку. батарея топливных элементов.Этот процесс предотвращает связывание примесей в газе с катализаторами топливных элементов. Этот процесс связывания также называют «отравлением», потому что он снижает эффективность и ожидаемый срок службы топливного элемента.

Некоторые топливные элементы, такие как топливные элементы с расплавом карбоната и твердого оксида, работают при достаточно высоких температурах, чтобы топливо можно было преобразовать в самом топливном элементе. Этот процесс называется внутренним реформированием. Топливные элементы, в которых используется внутренний риформинг, по-прежнему нуждаются в ловушках для удаления примесей из нереформированного топлива до того, как оно достигнет топливного элемента.Как внутренний, так и внешний риформинг выделяют диоксид углерода, но благодаря высокой эффективности топливных элементов выделяется меньше диоксида углерода, чем двигателями внутреннего сгорания, такими как те, которые используются в транспортных средствах с бензиновым двигателем.

Стабилизаторы мощности

Стабилизация мощности включает в себя управление током (в амперах), напряжением, частотой и другими характеристиками электрического тока для удовлетворения потребностей приложения. Топливные элементы производят электричество в форме постоянного тока (DC).В цепи постоянного тока электроны текут только в одном направлении. Электроэнергия в вашем доме и на рабочем месте представляет собой переменный ток (AC), который течет в обоих направлениях с чередованием циклов. Если топливный элемент используется для питания оборудования, использующего переменный ток, постоянный ток необходимо преобразовать в переменный ток.

Необходимо согласовать питание как переменного, так и постоянного тока. Инверторы и кондиционеры тока адаптируют электрический ток от топливного элемента к электрическим потребностям приложения, будь то простой электродвигатель или сложная электросеть.Конверсия и кондиционирование лишь незначительно снижают эффективность системы, примерно на 2–6%.

Воздушные компрессоры

Характеристики топливных элементов улучшаются по мере увеличения давления газов-реагентов; поэтому многие системы топливных элементов включают воздушный компрессор, который повышает давление входящего воздуха в 2–4 раза по сравнению с атмосферным давлением окружающей среды. Для транспортных средств воздушные компрессоры должны иметь КПД не менее 75%. В некоторых случаях также включается детандер для рекуперации энергии выхлопных газов высокого давления.КПД расширителя должен быть не менее 80%.

Увлажнители

Мембрана из полимерного электролита, лежащая в основе топливного элемента PEM, плохо работает в сухом состоянии, поэтому многие системы топливных элементов включают увлажнитель для входящего воздуха. Увлажнители обычно состоят из тонкой мембраны, которая может быть изготовлена ​​из того же материала, что и PEM. Путем пропускания сухого входящего воздуха с одной стороны увлажнителя и влажного отработанного воздуха с другой стороны, вода, производимая топливным элементом, может быть повторно использована для поддержания хорошей гидратации PEM.

Запасы топливных элементов и водородная энергетика могут оказаться на грани большого прорыва

Илон Маск преобразовал автомобильную промышленность, выпустив электромобили с аккумуляторной батареей Tesla (TSLA). Он не фанат водородных топливных элементов, называя их «глупые элементы» и «невероятно глупые». Но другие считают иначе, и запасы топливных элементов приобретают мощных союзников, поскольку ведущие экономики мира стремятся к экологически чистому будущему, которое не подходит для всех.

Икс

Инвестиции в технологии водородных топливных элементов для тяжелой техники, больших коммерческих автомобилей и даже электростанций увеличились в прошлом году.Водород также набирает обороты в производстве стали и химикатов. Авиационная промышленность также рассматривает это как потенциальное топливо.

Даже нефтяные компании объединяются с запасами топливных элементов, такими как FuelCell Energy (FCEL), Ballard Power Systems (BLDP) и Plug Power (PLUG). А в среду Chevron (CVX) и Toyota (TM) объявили, что они объединяются для создания инфраструктуры водородных топливных элементов.

«Существенные перемены произошли не только с компаниями и технологиями, но и с правительствами, стоящими за водородом или отстающими от него на национальном уровне», — сказал Уилл Райнд, основатель и генеральный директор GraniteShares.Поставщик ETF предлагает товарные фонды, отслеживающие энергетический сектор, в том числе платину, которая используется в топливных элементах.

Водород, созданный из возобновляемых источников, может обеспечивать до 25% мировой энергии к 2050 году, говорит он. Но сначала его стоимость должна упасть до 2 долларов за килограмм. Райнд считает, что это возможно в следующем десятилетии, что сделает его конкурентоспособным по сравнению с другими видами энергии.

Ключевым катализатором роста запасов топливных элементов в последние годы стало резкое снижение затрат на ветровую и солнечную энергию, что привело к созданию наиболее желательной формы водорода.Затраты снизились по мере того, как технология становится дешевле, и больше проектов достигают экономии за счет масштаба.

Но более совершенные аккумуляторные технологии могут оказать давление на развивающуюся водородную экономику. И прежде чем топливные элементы получат широкое распространение, необходимо построить гораздо больше инфраструктуры.

---

IBD Live: новый инструмент для ежедневного анализа фондового рынка

---

Как работает водородный топливный элемент?

Водородные топливные элементы объединяют элемент в газообразной форме с кислородом для производства электроэнергии.Единственным побочным продуктом является вода.

И, в отличие от батарей, водородные топливные элементы не нуждаются в длительной подзарядке. Это важно, например, для электростанций, поскольку они не могут надолго отключаться.

Водородные топливные элементы объединяют элемент в газообразной форме с кислородом для производства электроэнергии. (Каца Скоканова / shutterstock.com)

Но вот в чем загвоздка. Хотя водород является самым распространенным элементом во Вселенной, он не очень независим. Его необходимо очистить от других соединений, таких как вода или природный газ.Для использования в топливных элементах доступно множество вариантов. Но не все созданы равными, что требует компромисса между затратами и воздействием на окружающую среду.

«Серый» водород составляет большую часть водорода, производимого сегодня в США. Он поступает из природного газа и выделяет углеродные выбросы во время производства и переработки. Менее распространенные варианты включают коричневый водород, который получают из угля, и розовый водород, который использует ядерную энергию для отделения молекул водорода от воды.

Синий водород образуется так же, как и серый водород.Но производители улавливают и хранят выбросы углерода, что делает его более экологичным. Для большинства климатических активистов он все еще недостаточно зеленый.

Зеленый водород использует энергию солнца и ветра для получения водорода из воды. Поскольку при этом не выделяется углерод, это золотой стандарт для производства водорода.

---

Ищете следующих крупных победителей фондового рынка? Начните с этих 3 шагов

---

Wild Ride для запасов топливных элементов, шток PLUG

В течение многих лет цены акций компаний Plug Power, FuelCell Energy и Ballard Power застревали в однозначных цифрах.

Инвестор надеется, что технология, наконец, настала, время от времени приходила и уходила.

Но за последний год все изменилось. Акции топливных элементов резко выросли в 2020 году, отчасти из-за ожиданий президентства Джо Байдена, что сделает упор на экологически чистую энергию. Акции продолжали расти в начале этого года, но вскоре после этого упали.

Возьмем, к примеру, сток PLUG. В течение 2020 года акции выросли почти на 1000%, а в первые недели 2021 года они выросли более чем вдвое.

Но после достижения пика в 75.49 в конце января акции PLUG упали более чем на 60%. Он упал ниже своих 50- и 200-дневных линий, и его составной рейтинг IBD составляет всего 37.

Акции

FCEL и BLDP демонстрируют схожую траекторию и имеют совокупный рейтинг только 51 и 16 соответственно.

---

Сколько денег вам нужно, чтобы начать инвестировать?

---

ключевой порог для водородных топливных элементов

Экономика зеленого водорода в значительной степени зависит от удешевления производства энергии ветра и солнца.И затраты почти такие, чтобы сделать его конкурентоспособным.

Министерство энергетики считает уровень затрат менее 2 долларов, независимо от типа водорода, порогом для практичного и экономичного источника топлива.

Зеленый водород стоит 5-6 долларов за килограмм по сравнению с примерно 2 долларами или меньше для большинства серого водорода в США. Килограмм водорода примерно равен двум галлонам бензина.

«С точки зрения большого прорыва, все дело в производстве зеленого водорода», — сказал Райнд.

Хотя стоимость зеленого водорода выше ключевой точки, с 2015 года она упала на 50% и должна упасть еще на 30% к 2025 году, по оценке IHS Markit в июле прошлого года.

Сильное падение цен на зеленый водород произойдет из-за более низких затрат на вводимые ресурсы. Затраты на производство солнечной и ветровой энергии снизились в последние годы, поскольку вырос спрос на более чистое топливо.

Генеральный директор

Plug Power Эндрю Марш сообщил IBD, что топливные элементы в настоящее время находятся в стадии разработки четвертого поколения, но им предстоит пройти еще несколько поколений. Исследователи работают над снижением уровня драгоценных металлов в батареях топливных элементов.

---

Хотите получить быструю прибыль и избежать больших потерь? Попробуйте SwingTrader

---

Нефтяные компании объединяются с запасами топливных элементов

Марш считает, что водород — это будущее, и «все нефтяные компании ищут способы, которыми они могут участвовать в будущем.«Он говорит, что почти каждый день говорит с нефтяными компаниями об их интересе к расширяющейся индустрии водородных топливных элементов.

В апреле нефтесервисный поставщик Baker Hughes (BHI) присоединился к Plug Power и Chart Industries, чтобы создать частный фонд, который предоставляет капитал для крупномасштабных проектов по созданию инфраструктуры чистого водорода.

И Saudi Aramco, крупнейшая в мире нефтяная компания, опирается на огромные запасы нефти, но уже создает волны в водородном пространстве.

Генеральный директор

Амин Насер заявил в марте, что государственный гигант будет сотрудничать с Китаем в разработке технологий голубого водорода и аммиака, которые являются ключевыми для запасов топливных элементов.Aramco также преобразует водород в жидкость в виде аммиака для его транспортировки.

Также в марте водородные топливные элементы были горячей темой на ведущей конференции нефтяной промышленности США.

«Я думаю, что водород имеет огромный потенциал для транспортировки и производства электроэнергии», — сказал Нассер во время панельной дискуссии на CERAWeek, организованной IHS Markit.

Royal Dutch Shell (RDSA), норвежская Equinor и BP (BP) объявили о крупных водородных инициативах, поскольку долгосрочные перспективы для нефти выглядят слабыми.

---

IBD Digital: откройте списки премиальных акций, инструменты и анализ IBD сегодня

---

Государственная поддержка водородных топливных элементов

Спрос на экологически чистую энергию в последние годы растет, и правительства помогают ему в этом.

В марте британское правительство объявило о плане на 4,2 миллиарда долларов по развертыванию 4000 электрических или водородных автобусов. Германия и Новая Зеландия рассматривают аналогичные инициативы на водородном топливе.

Администрация Байдена в рамках своего инфраструктурного пакета стоимостью 2,2 триллиона долларов изыскивает 15 миллиардов долларов на исследовательские приоритеты, включая улавливание углерода и водород.

Администрация Трампа также поддержала разработку водородных топливных элементов. В этом году Министерство энергетики выделило 150 миллионов долларов на исследования водородных топливных элементов, включая 17 миллионов долларов на инфраструктуру и хранение.

Департамент также объявил в июне о плане на 100 миллионов долларов по разработке доступных электролизеров для грузовиков дальнего следования.Электролизеры используют электричество для разделения воды на водород и кислород.

---

Почему этот инструмент IBD упрощает поиск основных запасов

---

Лидеры по водородной энергетике

Но Азия лидирует в производстве водорода, предлагая дальнейший рост запасов топливных элементов.

Япония хочет к 2025 году использовать 200 000 автомобилей на топливных элементах по сравнению с 3600 в 2019 году. Китай планирует ввести в эксплуатацию 1 миллион автомобилей на топливных элементах к 2030 году.

В сентябре Пекин пообещал потратить 2 доллара.5 миллиардов в 10 городах для разработки зеленого водорода. Канадская компания Ballard Power Systems на топливных элементах выиграет. У нее есть совместное предприятие в Китае с заводом, который может производить 10 000 тяжелых двигателей на топливных элементах в год.

А Южная Корея нацелена на производство 6,2 миллиона автомобилей на топливных элементах к 2040 году. В январе корейский конгломерат SK Group объявил об инвестициях в размере 1,5 миллиарда долларов в совместное предприятие с Plug Power для поставки систем водородных топливных элементов, водородных заправочных станций и электролизеров в Корею и другие азиатские рынки.Эта сделка принесла акциям PLUG самый большой доход за последние годы.

Корея также рассматривает производство водородной энергии для электросетей. В сентябре склад топливных элементов Bloom Energy (BE) и SK Engineering & Construction объединились, чтобы открыть электростанцию ​​на топливных элементах мощностью 28 мегаватт в Корее, чтобы обеспечить электричеством 43 000 домов.

---

акций для покупки: пора ли покупать или продавать эти акции с большой капитализацией?

---

Другое применение топливных элементов

Водородные топливные элементы также могут стать решением для производства стали и цемента с высоким содержанием углерода и найти применение в авиационной промышленности.

В прошлом году конкурент Boeing Airbus (EADSY) представил концепции летательных аппаратов с водородным двигателем, которые он будет изучать. Он надеется ввести его в эксплуатацию к 2025 году. После многих лет изучения возможности использования батарей европейский аэрокосмический гигант заявил, что технологии развиваются недостаточно быстро.

Никола строит полуприцепы, работающие как на аккумуляторах, так и на водороде. (Никола)

Advent Technologies (ADN) производит гибридные топливные элементы и батареи, которые работают на водороде, природном газе и других источниках энергии.Генеральный директор Василис Грегориу видит большой рынок топливных элементов для дронов и лодок.

Но большие и дальнемагистральные автомобили являются одним из основных сегментов, в которых водородные топливные элементы являются конкурентоспособными, — говорит Сунита Сатьяпал, директор отдела технологий водородных и топливных элементов Министерства энергетики.

Nikola (NKLA) строит полуприцепы, работающие как на аккумуляторах, так и на водороде. Но компания заявляет, что ее топливные элементы могут запускаться при более низких температурах, чем батареи. И они легче, что делает их более практичными для грузовиков и другой тяжелой техники.

Nikola также утверждает, что его дальнобойный полуавтомат на топливных элементах проедет до 900 миль на баке с водородом, когда он выйдет в 2024 году. Для сравнения, Tesla Semi с батарейным питанием, который может быть запущен в производство в конце этого года или в 2022 году имеет указанный запас хода 200–300 миль.

---

Узнайте, как рассчитать время рынка с помощью рыночной стратегии IBD для ETF

---

Основные проблемы, связанные с водородом

Поскольку автомобили с батарейным питанием становятся все более распространенными, автопроизводители работают над устранением их ограничений. General Motors (GM) объявила, что в ноябре близится к прорыву, который позволит расширить линейку электромобилей.

Администрация Байдена настаивает на выпуске 500 000 зарядных устройств для электромобилей к 2030 году. (Шейла Фицджеральд / Shutterstock.com)

Исследователи и компании, такие как QuantumScape (QS), также работают над твердотельными аккумуляторами, которые будут иметь более быстрое время зарядки и больший радиус действия.

Инфраструктурный пакет администрации Байдена предусматривает создание программ грантов и стимулирования для государственных и местных органов власти и частного сектора для создания национальной сети из 500 000 зарядных устройств для электромобилей к 2030 году.

Водородные топливные элементы нуждаются в заправочных станциях и инфраструктуре для поддержки отрасли, прежде чем они станут жизнеспособным вариантом транспортировки.

По данным Министерства энергетики, водород транспортируется к месту использования по трубопроводам, по железной дороге, на баржах или в специальных автоцистернах.

Департамент ожидает, что на существующих автозаправочных станциях будут добавлены заправочные колонки, что позволит инфраструктуре расти по мере того, как на дороги выезжает больше автомобилей, работающих на водороде.

Трубопроводные компании также видят, что водород течет по своим сетям там, где раньше шел природный газ.

В четверг Nikola и TravelCenters of America (TA) объявили о планах установить водородные заправочные станции для тяжелых грузовиков на двух объектах в Калифорнии к началу 2023 года.

Водород Vs. Аккумуляторная техника

Райнд говорит, что водородная инфраструктура — это ситуация с курицей и яйцом, когда предложение необходимо для создания спроса, а спрос необходим для создания предложения.

Но создание инфраструктуры может открыть больше возможностей. Например, Сатьяпал из Министерства энергетики говорит, что экспортный рынок может быть огромным для США.Компании S., как и другие страны, стремятся достичь своих климатических целей.

США производят 10 миллионов метрических тонн водорода, что составляет примерно одну седьмую мировых поставок. Air Products & Chemicals (APD) — крупнейший в мире производитель водорода, извлекающий большую часть его из ископаемого топлива.

Министерство энергетики признает свою роль в создании инфраструктуры для стимулирования внедрения водорода. Но это не выбор сторон, говоря, что и топливные элементы, и батареи имеют смысл.

«У нас есть портфельный подход« все вышеперечисленное », — сказал Сатьяпал.«Так что дело не в батареях или водородных топливных элементах. Они дополняют друг друга, и у нас широкий ассортимент».

ВАМ ТАКЖЕ МОЖЕТ ПОНРАВИТЬСЯ:

Можно ли купить акции PLUG после того, как мы столкнулись с ошибками в учете?

Запасы нефти в сланцах, за которыми стоит следить, когда в Пермском бассейне появляется новая № 1

Акции, которые стоит покупать и наблюдать: ведущие IPO, акции с большой и малой капитализацией, акции роста

Смотрите списки акций IBD и получайте рейтинги «прошел / не прошел» для всех ваших акций с помощью IBD Digital

Хотите больше информации о IBD? Подпишитесь на наш инвестиционный подкаст

2021 Автомобиль Toyota Mirai на топливных элементах

Mirai вырабатывает энергию, соединяя водород с кислородом из внешнего воздуха.

В основе Mirai водород из топливного бака и воздух, поступающий из впускной решетки, встречаются в Стек топливных элементов. Там химическая реакция с участием кислорода воздуха и водорода создает электричество, питающее Мираи. В конце концов, единственный побочный продукт — это вода.

Ограничено показано с доступными 20-дюйм. Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

Заправить Mirai просто.Там же насос и форсунка, как на бензоколонке. Когда вы накачиваете водород попадает в топливные баки, армированные углеродным волокном, где и хранится. Примерно через пять минут [mirai_fueling] вы будете готовы отправиться в путь.

Ограничено показано в Hydro Blue [extra_cost_color] с доступными 20-дюйм. Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

УЧИТЬ БОЛЬШЕ

Водородные топливные баки Mirai прошли тщательные испытания и соответствуют требованиям Глобальных технических правил No.13. [mirai_safety] Его запатентованные топливные баки с полимерным покрытием и углеродным волокном поглощают в пять раз больше энергии удара, чем сталь. При высокоскоростном столкновении датчики предназначены для остановки потока водорода, и любой вытекший водород быстро улетучится обратно в атмосферу.

Резервуары с водородом показаны с использованием визуальных эффектов.

Мы делаем это еще проще. Mirai поставляется с бесплатным топливом на 15 000 долларов США или на 6 лет при покупке и 15 000 долларов США на бесплатное топливо на 3 года при аренде.После покупки мы предоставим вам топливную карту, поэтому все, что вам нужно сделать, это провести пальцем, чтобы начать заправку. [mirai_comp_fuel2]

Ограничено показано в Hydro Blue [extra_cost_color] с доступными 20-дюйм. Диски из алюминиевого сплава Super Chrome. Показан прототип автомобиля с опциями с использованием визуальных эффектов.

Система топливных элементов на чистом водороде 「h3Rex ™」 ： Продукция и технические услуги ： Hydrogen Energy

h3Rex ™ — это чистый генератор, который выделяет только воду.Система топливных элементов на чистом водороде h3Rex ™ включает в себя надежные технологии, разработанные в результате десятилетий исследований, проводимых с 1960-х годов. h3Rex ™ внесет свой вклад в создание общества, в котором широко используется водород, не содержащий CO ₂ .

P2G цепи подачи водорода и конфигурация h3Rex ™

После создания цепочек поставок водорода P2G начнется производство и распределение водорода, что позволит использовать водород для выработки электроэнергии в различных местах.Использование водорода, производимого в качестве побочного продукта на заводах, также помогает повысить эффективность использования энергии.

Система топливных элементов на чистом водороде h3Rex ™ позволяет подавать электроэнергию, когда и где это необходимо.

P2G цепочка поставок водорода

Система топливных элементов на чистом водороде h3Rex ™ помогает снизить выбросы CO ₂ , поскольку не выделяет CO ₂ при выработке электроэнергии.

Конфигурация h3Rex ™

Топливные элементы вырабатывают электричество за счет электрохимических реакций между накопленным водородом и атмосферным кислородом.Произведенное электричество и тепло можно использовать в качестве энергии.

Характеристики h3Rex ™

● Высокая энергоэффективность

・ Коэффициент использования топлива

В системе топливных элементов на чистом водороде h3Rex ™ топливные элементы объединены в каскад, чтобы существенно увеличить коэффициент использования водорода.

・ Общая энергоэффективность

Топливные элементы вырабатывают электричество за счет электрохимических реакций между накопленным водородом и атмосферным кислородом.Топливные элементы обеспечивают высокую эффективность производства электроэнергии с помощью прямых химических реакций, поскольку, в отличие от обычных установок для выработки электроэнергии, они не осуществляют преобразования тепловой энергии в кинетическую. Кроме того, тепло, выделяемое топливными элементами во время выработки электроэнергии, может улавливаться водой или теплообменником и использоваться другими объектами. Таким образом, топливные элементы обеспечивают чрезвычайно высокую общую энергоэффективность и могут использоваться как объекты распределенной энергетики.

● Высокопрочная батарея топливных элементов

Уникальная структура батареи топливных элементов Toshiba устраняет необходимость во внешнем увлажнителе.Вместо этого пакет ячеек автоматически увлажняется и осушается изнутри, чтобы поддерживать в нем оптимальную влажность, при которой сохраняются его рабочие характеристики. Благодаря такой конструкции топливные элементы Toshiba отличаются высокой прочностью и стабильностью.

● Гибкие операции

Обычно твердые полимерные топливные элементы начинают работать при температуре от 60 ° C до 70 ° C. Поскольку это намного ниже, чем рабочая температура других типов топливных элементов, нет необходимости нагревать твердые полимерные топливные элементы для выработки электроэнергии.Таким образом, твердые полимерные топливные элементы начинают работать за считанные минуты, что делает их пригодными для ежедневных операций «старт-стоп» (DSS).

Их выходная мощность может варьироваться в зависимости от нагрузки. Кроме того, твердые полимерные топливные элементы способны отслеживать изменения нагрузки благодаря своей гибкости в изменении выходной мощности. Таким образом, они подходят для применения в производстве энергии и удовлетворяют различным требованиям.

Использование h3Rex ™

Различные клиенты используют h3Rex ™ на рынках, в бассейнах с подогревом, в отелях, магазинах и в других местах.

Для клиентов, которым требуется подробная информация о h3Rex ™

Щелкните здесь, чтобы загрузить брошюру о h3Rex ™.

Роль водорода и топливных элементов в мировой энергетической системе

Водородные технологии пережили циклы завышенных ожиданий, за которыми следовало разочарование. Тем не менее, все больше данных свидетельствует о том, что эти технологии представляют собой привлекательный вариант для глубокой декарбонизации глобальных энергетических систем, и что недавние улучшения в их стоимости и производительности также указывают на экономическую жизнеспособность.Этот документ представляет собой всесторонний обзор потенциальной роли, которую водород может играть в обеспечении электроэнергией, теплом, промышленности, транспорта и хранения энергии в низкоуглеродной энергетической системе, а также оценку статуса водорода в том, что касается способности выполнять это потенциал. Возникающая картина является весьма многообещающей: водород хорошо зарекомендовал себя в определенных нишах, таких как вилочные погрузчики, а сейчас появляются и основные области применения. Транспортные средства на водороде коммерчески доступны в нескольких странах, и было продано 225 000 систем домашнего отопления на топливных элементах.Это шаг вперед по сравнению с ситуацией пятилетней давности. Этот обзор показывает, что проблемы, связанные со стоимостью и производительностью, остаются, и все еще требуются значительные улучшения, чтобы водород стал действительно конкурентоспособным. Но такая конкурентоспособность в среднесрочной перспективе больше не кажется нереалистичной перспективой, что полностью оправдывает растущий интерес и политическую поддержку этих технологий во всем мире.

Эта статья в открытом доступе

Подождите, пока мы загрузим ваш контент.