I veicoli a celle a combustibile a idrogeno sono già stati commercializzati da aziende come Hyundai, Honda e Toyota, così come molte altre società cinesi. Ma il trasporto è ben lungi dall'essere l'unica direzione dell'energia dell'idrogeno.
Oltre le notizie di alto profilo degli ultimi anni sulle "tegole solari" in miniatura, su enormi turbine eoliche offshore, sullo stoccaggio sotterraneo di CO2, sui dispositivi di accumulo Tesla e altre delizie dell'Energiewende (transizione energetica), non è ancora molto comprensibile, ma si sente già il rombo lontano di un nuovo temporale di tutti i fornitori di petrolio tradizionali. elettricità e gas. Questo temporale può passare in lontananza, oppure può distruggere l'intero business tradizionale dei giganti dell'energia e, allo stesso tempo, le economie dei paesi esportatori di idrocarburi, oppure può diventare una pioggia vivificante, sostenendo l'emergere della nuova economia.
Questo nuovo attacco è solo l'elemento più comune nell'universo. Idrogeno. Alcune previsioni attorno a questo elemento tra trent'anni ci sarà un'industria con un fatturato annuo di duemila miliardi e mezzo di dollari e trenta milioni di posti di lavoro, che riuscirà a soppiantare quasi il 20% dei combustibili fossili dall'economia mondiale.
Proviamo a capire quali sono le possibilità di questi scenari.
Da dove viene?
Da quando Lavoisier ha chiamato l'idrogeno duecentotrentacinque anni fa, è stato in grado di occupare un posto di rilievo nel settore. L'idrogeno viene utilizzato per produrre metanolo, ammoniaca e margarina commestibile, e l'olio viene lavorato con esso. È impossibile "prendere dalla natura" l'idrogeno nella sua forma pura, quindi altre sostanze devono essere trattate - il metodo principale della sua produzione continua ad essere il reforming a vapore degli idrocarburi. Il mondo produce circa sessantacinque milioni di tonnellate di idrogeno in un solo anno (se confrontiamo: il gas naturale viene prodotto quasi quaranta volte di più).
Abbiamo attirato l'attenzione sulle proprietà speciali dell'idrogeno come combustibile a metà del secolo scorso: il suo calore di combustione è molte volte superiore a quello della benzina, del gas naturale o del gasolio della stessa massa e non vengono generate emissioni, solo vapore acqueo. Negli Stati Uniti nel 1970 c'erano pubblicazioni sul trasferimento del trasporto all'idrogeno combustibile, allo stesso tempo il termine "economia dell'idrogeno" divenne popolare - questa è una sorta di immagine del futuro, in cui le città americane si allontanano completamente dalla "economia degli idrocarburi", l'idrogeno è usato come carburante per case, automobili, centrali elettriche e l'energia viene immagazzinata con l'idrogeno e prodotta con il vento e il sole dove necessario. In altre parole, l'economia dell'idrogeno si basa sull'idrogeno come il vettore energetico più ecologico e versatile che collega la potenza termica,il settore dell'elettricità e dei trasporti. Presto arrivò la crisi del petrolio e lo sviluppo del trasporto dell'idrogeno acquisì maggiore importanza. Così, ad esempio, nell'URSS negli anni '80 apparvero minibus "a idrogeno" della RAF, un aereo basato sul Tu-154, e un motore a razzo a idrogeno per "Energia". Il destino di questo progetto non è invidiabile: ad esempio, è stato necessario destinare almeno un terzo del volume utile dell'abitacolo ai serbatoi di carburante sull'aereo, il che ha notevolmente influito sui costi di trasporto. Nell'aereo, almeno un terzo del volume utile dell'abitacolo doveva essere destinato ai serbatoi di carburante, il che incideva notevolmente sui costi di trasporto. Nell'aereo, almeno un terzo del volume utile dell'abitacolo doveva essere destinato ai serbatoi di carburante, il che incideva notevolmente sui costi di trasporto.
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Perché non ha ancora funzionato?
Non c'è stata alcuna transizione globale del trasporto all'idrogeno nel ventesimo secolo: il costo di un chilometro di corsa con l'idrogeno era molto più alto che con il carburante convenzionale. Il motivo principale è il costo elevato: produrre idrogeno da idrocarburi (steam reforming) o acqua (elettrolisi) richiede molta energia. Inoltre, il reforming a vapore degli idrocarburi è accompagnato dal rilascio di un gas serra - CO2, per combattere il quale, tra le altre cose, era diretta l'idea di trasferire il trasporto all'idrogeno. La produzione di idrogeno mediante l'elettrolisi (la decomposizione dell'acqua in ossigeno e idrogeno utilizzando l'elettricità) si è rivelata ancora più costosa del reforming a vapore e per produrre l'elettricità richiesta era necessario bruciare carburante con tutte le emissioni. Tutto ciò ha ridotto un po 'l'interesse iniziale,e l'economia dell'idrogeno nel suo insieme, fino alla fine del ventesimo secolo, è rimasta solo “l'immagine del futuro”.
Cosa è cambiato?
La "transizione energetica" nel settore dell'energia elettrica globale ha portato al rapido sviluppo delle energie rinnovabili negli anni 2000-2010, principalmente la generazione solare ed eolica. Il costo di queste tecnologie è in costante diminuzione (il valore attuale dell'elettricità da generazione solare ed eolica negli Stati Uniti, secondo Lazard, è diminuito del 70-80% nel 2009-2016). Il mercato è in rapida crescita (nel 2016, secondo IRENA, sono stati commissionati 71 GW di centrali solari fotovoltaiche e 51 GW di parchi eolici nel mondo, e nel 2017, rispettivamente, 90 e 40 GW dovrebbero essere confermati) - quindi, Solo negli ultimi due anni, nel mondo sono state commissionate più capacità di generazione eolica e solare della capacità totale di tutte le centrali elettriche del Sistema energetico unificato della Russia.
Gli investimenti annuali nel settore ammontano a oltre $ 250 miliardi, il doppio degli investimenti nella generazione di combustibili fossili. I record dei prezzi dell'energia solare in Messico, Dubai, Perù, Abu Dhabi, Cile, Arabia Saudita, energia eolica in Brasile, Canada, Germania, India, Messico e Marocco hanno raggiunto il livello di circa 1,7 rubli per kWh (confrontando: i residenti di Mosca e della regione pagano da due a tre volte di più per l'elettricità nelle loro case).
Come prevede l'Agenzia internazionale dell'energia, entro il 2040 la quota di generazione di elettricità da impianti solari ed eolici nel mondo sarà dal 13% al 34% (nel 2016 - 5%). È chiaro che la quota di queste fonti in alcune regioni sarà ancora maggiore.
Pertanto, l'industria dell'energia elettrica sta passando sempre più a fonti di generazione che sono stocastiche e dipendono dall'ora del giorno e dalle condizioni climatiche. L'influenza delle fluttuazioni nella generazione degli impianti eolici e solari (quando il sole smette improvvisamente di splendere e il vento soffia) sul sistema elettrico, se la loro quota nella regione è elevata, è paragonabile all'accensione / spegnimento caotico di un grande CHP - più volte al giorno. Inoltre, a volte queste stazioni generano molto di più di quanto necessitano tutti i consumatori del sistema di alimentazione, e quindi il costo dell'elettricità risulta essere "negativo" - tali notizie arrivano regolarmente dalla Germania, ad esempio.
Abbiamo imparato a far fronte a tali fluttuazioni creando dispositivi di accumulo di energia che si "caricano" durante i periodi di eccesso di energia e si "scaricano" durante i periodi di carenza energetica. Se nel ventesimo secolo il ruolo di tali dispositivi di accumulo era svolto solo dalle stazioni di accumulo di pompaggio, oggi si stanno attivamente sviluppando dispositivi di accumulo elettrochimico, i più famosi dei quali sono i "freschi" progetti di Tesla in California e Australia. Navigant Research prevede un aumento della messa in servizio annuale della capacità di stoccaggio per le fonti di energia rinnovabile da circa 2 GW nel 2018 a 24 GW nel 2026, dodici volte in otto anni. Le entrate annuali in questo mercato cresceranno proporzionalmente a 24 miliardi di dollari entro il 2026.
La crescente necessità di accumulo di energia ha spinto le persone a pensare di nuovo all'idrogeno.
Energia rinnovabile - nelle stazioni di servizio
Prima era possibile produrre idrogeno per elettrolisi, ma poi è stato necessario utilizzare l'energia delle centrali termiche tradizionali che bruciano combustibile. Quando si tratta di elettricità in eccedenza ed economica da parchi solari ed eolici, priva di emissioni di CO2, perché non convertirla in idrogeno, che può essere utilizzato come combustibile pulito, ad esempio, per le automobili? Inoltre, ciò consentirà di abbandonare gli idrocarburi come materie prime per la produzione di idrogeno. Molte aziende innovative in Europa e nel mondo seguono esattamente questa strada. ITM Power, con sede nel Regno Unito, partecipa al progetto Hydrogen Mobility Europe (H2ME), che mira a lanciare una rete di ventinove stazioni di rifornimento di idrogeno in dieci paesi europei entro il 2019.che servirà duecento auto a celle a combustibile a idrogeno e centoventicinque camion ibridi. La svedese Nilsson Energy è specializzata in soluzioni isolate dalla rete che utilizzano l'energia solare ed eolica per generare e immagazzinare idrogeno e utilizzarlo per alimentare automobili ed edifici elettrici.
I veicoli a celle a combustibile a idrogeno sono già stati commercializzati da Honda, Toyota, Hyundai e da numerose società cinesi. L'obiettivo della visione del consorzio internazionale Hydrogen Council, fondato a Davos nel 2017 dalle più grandi aziende del settore sotto la presidenza di Toyota, è di oltre 400 milioni di autovetture, 15-20 milioni di camion, 5 milioni di autobus che funzionano a idrogeno entro il 2050 (ovvero circa il 20-25% del totale). Il 78% dei dirigenti automobilistici globali intervistati da KPMG nel 2017 ritiene che tali veicoli rappresenteranno una svolta nel settore dei veicoli elettrici, mettendo in ombra le auto alimentate a batteria.
Ma il trasporto è tutt'altro che l'unica direzione.
Idrogeno in ogni casa
Celle a combustibile stazionarie (celle a combustibile) - una tecnologia in via di sviluppo dinamico che consente di ottenere energia elettrica e termica dall'idrogeno o dal gas naturale direttamente nell'area della casa o nel seminterrato della casa. C'è una sola emissione quando si utilizza l'idrogeno: acqua pulita che può essere utilizzata per il condizionamento dell'aria. Le unità modulari compatte delle dimensioni di un frigorifero sono assolutamente silenziose. Secondo le previsioni di Navigant Research, la capacità delle celle a combustibile stazionarie crescerà da 500 MW nel 2018 a 3000 MW nel 2025.
Tali installazioni sono combinate con fonti di energia rinnovabile, elettrolizzatori, unità di accumulo di energia e consentono di creare fonti di approvvigionamento energetico autonome a tutti gli effetti per la casa. Il costo attuale dell'elettricità da celle a combustibile a gas naturale negli Stati Uniti, secondo Lazard ($ 106-167 per MWh), è già approssimativamente uguale agli indicatori delle centrali nucleari ($ 112-183 per MWh) e carbone ($ 60-231 per MWh). e inferiore al valore attuale dei singoli pannelli solari sul tetto ($ 187–319 per MWh). In Giappone, grazie a sovvenzioni governative su larga scala, nel 2014 c'erano già più di 120.000 installazioni di questo tipo ei valori target sono più di 1 milione entro il 2020 e oltre 5 milioni entro il 2030.
Man mano che le tecnologie diventano più economiche (produzione di massa, standardizzazione) e raggiungono la loro autosufficienza, il governo giapponese prevede di iniziare a introdurre celle a combustibile a idrogeno - si prevede che ciò accadrà entro il 2030. Le celle a combustibile sono senza dubbio il più importante e promettente segmento delle tecnologie energetiche distribuite, il cui potenziale in Russia, secondo un recente studio dell'Energy Center della Skolkovo School, è sufficiente a coprire almeno la metà del fabbisogno di capacità di generazione entro il 2035.
Power-to-Gas
L'idrogeno ottenuto da fonti energetiche rinnovabili può essere miscelato nelle reti di trasporto e distribuzione del gas. Una tale stazione è operativa a Francoforte sul Meno dal 2014, aggiungendo fino al 2% di idrogeno alla rete di distribuzione del gas locale (una tale limitazione del contenuto di idrogeno consente di non modificare nulla né nelle reti né presso i consumatori). Esistono diversi oggetti simili in Germania, si trovano anche in Italia, Danimarca, Paesi Bassi. A volte l'idrogeno viene miscelato nel biogas, aumentandone il valore.
Nel Regno Unito, l'idrogeno è seriamente considerato come un modo per ridurre drasticamente le emissioni delle famiglie (l'85% delle famiglie nel paese brucia gas naturale per il riscaldamento). Per la città di Leeds, con una popolazione di oltre 780.000 persone, nel 2017 è stata effettuata una valutazione dettagliata della necessità di investimenti per una conversione completa del sistema di fornitura del gas all'idrogeno, dalla sostituzione delle caldaie ai consumatori alla creazione di impianti di stoccaggio sotterraneo dell'idrogeno e unità di steam reforming. L'importo dell'investimento è stimato in centosessanta miliardi di rubli. Questo progetto verrà esteso a tutto il paese, soprattutto perché le città britanniche nel XIX secolo e nella prima metà del XX secolo utilizzavano già "gas di città" artificiale contenente fino al 50% di idrogeno. Nel frattempo, le società del gas prevedono di aumentare gradualmente la quota di idrogeno al 20%,evitare la ricostruzione su larga scala delle reti del gas e delle caldaie presso i consumatori.
Dal 2013 le aziende giapponesi discutono con RusHydro la possibilità di creare un impianto per la produzione di idrogeno nell'estremo oriente russo utilizzando la tecnologia power-to-gas per l'esportazione. I calcoli della parte giapponese si basano principalmente sull'uso di elettricità a basso costo da centrali idroelettriche. In base a un accordo firmato all'Eastern Economic Forum nell'autunno del 2017, Kawasaki Heavy Industries aggiornerà lo studio di fattibilità per questo progetto. Man mano che l'infrastruttura in Estremo Oriente si sviluppa e il costo dell'elettrolisi e delle tecnologie logistiche dell'idrogeno diminuisce, l'interesse per tali progetti ovviamente non farà che crescere. Considerando l'enorme potenziale delle energie rinnovabili in questa regione, si può prevedere l'emergere di promettenti progetti di esportazione qui.
Idrogeno - integratore di gas chimica ed energia
Ma il progetto più impressionante è ora nel nord dei Paesi Bassi. In questa regione, situata direttamente sopra il giacimento di gas di Groningen (la causa della "malattia olandese"), l'energia del biogas è in piena espansione da diversi anni. Già cinque anni fa, le auto percorrevano le strade a gas groen - il biometano prodotto qui dai rifiuti dell'industria agricola nella regione con un'area di due Mosca. Non sorprende che proprio qui, con il supporto dell'Unione Europea, sia stato lanciato un anno fa il progetto Chemport Europe, il cui obiettivo principale è quello di creare un vero e proprio cluster gas chimico operante esclusivamente su risorse biologiche locali e idrogeno a zero emissioni di CO2. La biomassa legnosa viene elaborata, i carboidrati formati nel processo vengono utilizzati in chimica. L'elettricità delle turbine eoliche offshore viene convertita in idrogeno e ossigeno dagli elettrolizzatori. L'ossigeno e l'idrogeno sono usati in chimica e l'ossigeno è anche coinvolto nella gassificazione della biomassa trattata da campi locali di oltre un milione di ettari. La gassificazione consente di ottenere gas sintetico, una miscela pura di idrogeno, CO2 e CO. Qui viene aggiunto anche l'idrogeno puro proveniente dalle turbine eoliche. Da questo gas si ottengono acido nitrico, metanolo, etilene, propilene, butilene, sostanze che possono spostare completamente petrolio e gas naturale dalle loro posizioni stabili come materie prime per l'industria chimica.che possono sostituire completamente il petrolio e il gas naturale dalle loro posizioni stabili come materie prime per l'industria chimica.che possono sostituire completamente il petrolio e il gas naturale dalle loro posizioni stabili come materie prime per l'industria chimica.
I promotori del progetto dichiarano il loro desiderio di avvicinare il costo del gas sintetico al costo del gas naturale. Il syngas può essere inviato per la liquefazione (bio-LNG), rifornito da veicoli e utilizzato per altre esigenze classiche.
L'investimento iniziale nel progetto è di 50 milioni di euro, di cui 15 milioni di euro forniti da sovvenzioni dell'Unione Europea.
Villaggio olimpico dell'idrogeno
Un villaggio olimpico è in costruzione a Tokyo per le Olimpiadi del 2020, che accoglierà fino a 17.000 ospiti. La principale fonte di energia nel villaggio sarà l'idrogeno: automobili, distributori di benzina, celle a combustibile, calore ed elettricità nelle case, gas nelle stufe e nelle caldaie: tutto questo funzionerà a idrogeno.
È tutto così senza nuvole?
Tra gli scettici sull'energia dell'idrogeno non ci sono solo i conservatori, ma anche, ad esempio, Elon Musk (anche se, ovviamente, ha un conflitto di interessi: le batterie agli ioni di litio di Tesla sono un diretto concorrente della tecnologia power-to-gas). Indica il pericolo di manipolazione dell'idrogeno durante lo stoccaggio: le perdite sono quasi impossibili da rilevare e c'è la possibilità che si formi una miscela esplosiva. Alcuni residenti di Tokyo hanno espresso preoccupazioni simili. Se è possibile risolvere in modo efficace ed economico questi problemi sullo sfondo dello sviluppo di tecnologie concorrenti, il tempo lo dirà. Nel frattempo continuano ad apparire stazioni di rifornimento di idrogeno nei centri delle capitali mondiali.
Le scommesse sono già state piazzate
Finora, gli investimenti globali nell'energia da idrogeno sono stimati intorno a 0,85-1,4 miliardi di euro all'anno, secondo varie stime. Il consorzio Hydrogen Council prevede di investire 13 miliardi di dollari in cinque anni in reti di stazioni di rifornimento di idrogeno e automobili a idrogeno. Secondo il Dipartimento dell'Energia degli Stati Uniti, il settore delle celle a combustibile impiega già 16.000 cittadini (con un potenziale di crescita fino a 200.000) e il sostegno finanziario dal bilancio del governo degli Stati Uniti è stato di circa 100 milioni di dollari all'anno per molti anni. Diverse dozzine di aziende, centri di ricerca e università in tutto il mondo stanno lavorando per ridurre il costo delle tecnologie dell'idrogeno, in particolare, l'obiettivo è ridurre il costo della produzione di idrogeno mediante elettrolisi da $ 11,5 a $ 5,7 per chilogrammo,oltre a ridurre il costo delle celle a combustibile (da tre a cinque volte) e lo stoccaggio dell'idrogeno (da due a tre volte). Ovviamente, quando questi obiettivi saranno raggiunti, l '"economia dell'idrogeno" sarà molto più vicina a noi di quanto ora si possa immaginare.
In che modo questo influenzerà i mercati globali del petrolio e del gas? Cosa significherà questo per l'economia russa? Come troviamo il nostro posto nel mondo dell'economia dell'idrogeno? Tutte queste sono domande, le cui risposte devono essere preparate ora.
