версія для друку
11.01.2010 Воднева енергетика в Україні Водневі технології розвиваються. Голови 8 великих нафтових і автомобільних компаній заявили, що епоха нафти добігає кінця і скоро почнеться Ера Водню. За розрахунками компанії Royal Dutch Shell, до 2025 року водневе паливо живитиме четверту частину транспортного парку в промислово розвинутих країнах, а світове споживання нафти почне зменшуватись. У своєму зверненні до Конгрессу в 2003 році президент Буш підкреслив свою  прихильність, яку він вже висловлював роком раніше, до розробки машин на водневих паливних елементах (Freedom CAR). У 2000 році компанії Ford і Air Products відкрили першу водневу заправку в Північній Америці в Дірборні, штат Мічіган.

10 років потому їх вже кілька сотень, поки що в США, Європі та Японії. Автобуси, потяги, велосипеди PHB, баржі, вантажні велосипеди, гольфмобилі, мотоцикли, інвалідні крісла, кораблі, літаки, підводні човни і ракети вже можуть працювати на водні. Сьогодні багато компаній досліджують  доцільність виробництва водневих автомобілів, більшість автовиробників почала розробляти водневі автомобілі. У 2007 році Toyota FCHV проїхав 560 км між містами Осака та Токіо без дозаправки, доводячи, що водневі авто можуть конкурувати зі звичайними транспортними засобами. У серпні 2009 року Toyota USA в рекламній кампанії FCHV назвали цифру 690 км з 6 кілограмового бака водню, що ґрунтувалось на даних, отриманих під час випробувальної  подорожі вартістю 331,5 мільйон між Торранс і Сан-Дієго, штат Каліфорнія,  в умовах, наближених до реальних.

Наприкінці 2009 року в Україні була заснована Асоціація водневої енергетики. Створив її В'ячеслав Згоннік та інші прихильники водню з метою сприяння використанню водню в якості енергоносія в Україні. Вони планують брати участь у законодавчих програмах, сприяти розвитку водневих технологій та їх застосуванню в промислових, комерційних і споживчих сферах, сприяючи таким чином збільшенню ролі водню в галузі енергетики. Метою Асоціації є зміцнення ролі водню в енергетичній інфраструктурі України. Асоціація сприяє впровадженню екологічно безпечних видів палива, які не шкодитимуть  навколишньому середовищу. Діяльність Асоціації в цьому напрямку полягає в стимулюванні використання водневих паливних технологій, головним чином через надання відповідної інформації  людям і співпрацю з іншими асоціаціями та компаніями цієї галузі.

У розвинутих країнах промисловість, уряд та суспільство залучаються до проектування переходу від використання нафтопродуктів, природного газу, електроенергії до водню як головного способу нести, зберігати та доставляти корисну енергію. З'являються нові шляхи переходу,  деякі з них перетинають межі однієї галузі науки, що робить їх важчими для сприйняття фахівцями. Природно, зростає спекуляція переможцями, невдахами та  таємними планами. І оскільки нова концепція водневої енергетики є предметом тривалих і запеклих  дебатів щодо традиційної енергетичної політики, інвестори розподіляють свої вклади  найнесподіванішим чином.

Коротше кажучи, звичайна хвиля збентеження шириться світом. Що все це означає? Чи справді воднева енергетика - гарна ідея? Можливо, це лише спосіб для існуючих галузей зміцнити своє положення або це може бути нове, інше, багатообіцяюче поєднання  інновації та конкуренції? Це панацея для енергетичної скрути людства або оманливий  Deus Ex Machina (лат. букв. «бог з машини» - несподівана сила, що розв'язує проблему, яка видавалась нездоланною), якому судилося стати причиною розчарування у суспільстві та цинізму, або й те, й інше, або жодне з двох?

Розмови про водневу енергетику заплутані, але навряд чи фантастичні. Однак, багато різних  авторів останнім часом критикують водневу енергетику, деякі досить суворо. Деякі називають її димовою завісою для прикриття опозиції Білого дому до швидкого зростання  ефективності автомобілів з використанням традиційних технологій, чи страху, що робота з  воднем відверне зусилля від поновлюваних джерел енергії. Деякі скептично ставляться до водню, бо його схвалив президент, інші, бо це саме зробили екологи. Багато хто задається питанням, звідки водень візьметься, і зазначають, що він настільки ж чистий і багатий, як джерело енергії, за допомогою якого вироблений.

Частка водню у складі вивченого всесвіту становить близько 75%, але він не є джерелом енергії, як нафта, вугілля, вітер або сонце. Він швидше енергоносій, як електрика або бензин - спосіб транспортування корисної енергії. Водень - особливо універсальний носій, оскільки, подібно до нафти та газу, але на відміну від електроенергії, його можна зберігати у великих кількостях (хоча вартість зберігання частіше за все вище, ніж у вуглеводнів), і може бути вироблений з практично будь-якого джерела енергії та використаний для забезпечення практично будь-яких енергетичних потреб. Подібно до електрики, водень є надзвичайно високоякісною формою енергії, і може бути так легко перетворений в електрику і назад, що  піонер у галузі паливних елементів Джеффрі Баллард пропонує розглядати їх разом, як взаємозамінний товар під назвою "Hydricity". Водень не є джерелом енергії тому, що він майже ніколи не зустрічається  сам по собі, то, як нафта і газ. Замість цього, він повинен бути спершу вивільнений з  хімічних сполук, у яких він зв'язаний. Існують три методи вивільнення водню: за допомогою тепла і каталізаторів "перетворити" вуглеводні або карбогідрати, або за допомогою електрики розкласти ("електролізувати") воду, або застосовуючи експериментальні процеси, засновані, як правило, на сонячному світлі, плазмовому розряді, або мікроорганізмах. Всі пристрої, які виробляють водень в невеликих об'ємах , на або поруч зі споживачем,  об'єднують під назвою "водневі пристрої", щоб відрізнити їх від традиційних великомасштабних промислових генераторів. Молекули викопного палива – це комбінації вуглецю, водню та різних інших атомів. Приблизно дві треті атомів у викопних видах палива, що спалюються  сьогодні у світі, - атоми водню. (Проте водень дає меншу частку енергії викопного палива, оскільки його хімічні зв'язки слабші, ніж у вуглецю). Суперечка йде про те, чи потрібно спалювати останню третину викопного палива - вуглець; чи буде дешевше і привабливіше не спалювати вуглець, а використовувати тільки водень і в якій мірі цей водень слід замінити воднем, зробленим з відновлюваних джерел енергії. В результаті використання водню як  палива, на противагу  спалюванню викопного палива безпосередньо, утворюється лише вода (і, можливо, сліди оксидів азоту, якщо використовуються високотемпературні процеси). Це зменшить забруднення навколишнього середовища та зміни клімату, в залежності від джерела виробництва водню. Але коли журналісти пишуть, що водень може "очистити повітря", це означає, що внаслідок використання водневих технологій не виробляються нові забруднюючі речовини, а не те, що вони усувають вже існуючі. Водень - найлегший елемент і молекула. Молекулярний водень (два атоми водню, H2) у вісім разів легший за природний газ. На одиницю енергії, що міститься, він важить на 64% менше, ніж бензин та 61% менше, ніж природний газ: 1 кілограм водню містить приблизно стільки ж  енергії, як один американський галон бензину, який важить не один, а 2,8 кг. Але зворотна сторона легкості – об'єм. На одиницю об'єму, водень містить лише 30% енергії природного газу за атмосферного тиску. Навіть коли водень стискається в 170 разів  (170 бар), він містить лише на 6% більше енергії, ніж той же об'єм бензину. Водень, таким чином, найбільш вигідна речовина, легкість якої варта більше, ніж щільність, що  часто справедливо для мобільного палива. Одна з найбільших проблем оцінки потенціалу водню є те, як справедливо порівнювати його з іншими енергоносіями. Викопні види палива традиційно оцінюють за  вартістю, об'ємом або масою на одиницю енергетичного вмісту. Але це справедливо лише за умови, що палива, які порівнюють, використовуються в аналогічних пристроях з схожою ефективністю, тобто вони дають приблизно однакову кількість корисної енергії. Але це не правомірно для водню. На паливні елементи не поширюються ті самі термодинамічні обмеження, що на  паливо механічних двигунів, бо вони - електрохімічні пристрої, а не теплові двигуни.  Автомобіль на водневих паливних елементах може таким чином перетворювати енергію водню в рух приблизно в 2-3 рази ефективніше, ніж звичайний автомобіль на бензині: в залежності від того, як він сконструйований, гарна система паливних елементів має ККД близько 50-70%, водень-електрика, а ККД  типових двигунів на бензині лише близько 15-17%. (Обидві системи мають додаткові незначні витрати на привід коліс). Це означає, що можна проїхати в кілька разів більше на галоновому еквіваленті (за енергетичним вмістом) в автомобілі на водневих паливних елементах, ніж на одному галоні бензину в звичайному автомобілі. Навпаки, вартість водню в кілька разів вище, ніж у бензину на одиницю енергетичного вмісту, таким чином вартість за милю шляху може бути однакова. Оскільки ви купуєте автомобільне паливо для подолання  миль шляху, а не заради енергії, не можна ігнорувати такі відмінності в ефективності для кінцевого споживача. Це і було причиною більшої частини дезінформації про високу вартість водню. Перевага водневих автомобілів особливо велика тому, що вони працюють в основному за малих навантажень , де паливні елементи є найбільш ефективними, а звичайні  двигуни - найменш ефективними. (Водень також має інші економічні та функціональні переваги, окрім ефективності  використання. Наприклад, коли водневі паливні елементи живлять цифрове навантаження в будівлях, водень може дати ще більшу додаткову цінність, оскільки використання спеціально розроблених комплектів паливних елементів може бути виключно надійним і може дати високоякісну електроенергію, що потрібна  комп'ютерам.) Щоб підкреслити це, Міністерство енергетики США (МЕ) стверджує, що об'ємний водень, вироблений і спожитий на місці,  коштує близько $ 0.71 за кілограм. Це еквівалентно $ 0,72 за галон бензину за енергетичним вмістом. Але за пройдену милю шляху – що і є об'єктивним  - це еквівалентно приблизно від однієї третини до половини цієї ціни, тобто близько $ 0.24-0.36 за галон, через в 2-3-рази більшу ефективність водневих паливних елементів. Звичайно, ціна водню, доставленого у бак автомобіля, буде значно вищою. Наприклад, Міністерство енергетики США стверджує, що ціна з доставкою промислового рідкого водню становить близько $ 2.2-3.1 за кілограм. Якби він міг бути доставлений в бак автомобіля за цю ж ціну, то за милю відповідав би галону бензину вартістю $ 1.Таким чином, вартість доставки водню в кілька разів вища за вартість його виробництва. (На щастя, водень можна виробляти на заправці та постачати у машину за менш ніж $ 2 за кілограм.) Ціна також залежить від чистоти водню. Тож для оцінки вартості водню або ціни, або цінності, або вигідності обґрунтовано, ми повинні знати, як він буде використаний, наскільки він чистий, чи буде транспортуватись до використання і яку частину  необхідної роботи він насправді виконує.

Україна має великий потенціал переходу до енергетичної системи на водневих технологіях. Аналіз умов для розвитку водневих технологій у світі та Україні показує, що різниця між Україною та іншими розвиненими країнами існує, але ця різниця незначна з точки зору наукових і технічних досягнень. Найбільш різкою є відмінність в їх практичному застосуванні. Але її можна швидко позбутися, якщо наукові та промислові сили об'єднаються та будуть фінансово підтримані в правильному напрямку.

Джерела:
Аморі Б. Ловінс. Двадцять міфів про водень. Rocky Mountain Institute. www.rmi.org 2005.
О. Д. Васильєв. Історичні аспекти розвитку паливних елементів в Україні. Технології паливних елементів: стан та перспективи, 1-10.2005.

Автор:  Олександр Корольов
Показів: 1398