by admin_irinaДекарбонизация – как фактор улучшения экологической ситуации на планете Земля
Одним из основных мировых трендов «энергетики будущего» стала так называемся декарбонизация энергетических систем. Декарбонизация энергетики – это постепенный отказ от традиционных источников энергии (ископаемых углеводородов: нефть, каменный уголь, природный газ, торф и другие) и все более активный переход на возобновляемые энергоносители, например, водород. Декарбонизация энергетики приведет к сокращению выбросов в атмосферу парниковых газов (в частности, углекислого газа СО2, оксидов азота NOx), которые оказывают разрушительное действие на климат и вызывают глобальное потепление с разрушительными последствиями для природы.
Сегодня вся энергетика сфокусирована на теме борьбы с климатическими изменениями. Передовые страны выстраивают свои энергетические комплексы, ориентируясь на Парижские соглашения по климатическим изменениям. Ожидается, что за ближайшие 15 лет доля возобновляемых источников в мире вырастет с нынешних 3% до 14%. А в Украине, судя по всему, этот рост будет еще более существенным – с нынешних 5% до 25% к 2035 году. Поэтому, потребность в водороде, особенно в «зеленом» водороде, как в виде топлива и для аккумуляции произведенной электроэнергии, будет постоянно возрастать.
Использование водорода в качестве энергоносителя позволяет решить две важных задачи:
- получить необходимую энергию без вредных выбросов в атмосферу (оксидов углерода, азота, серы и прочее). Потому как, при использовании водорода как энергоносителя на «выхлопе» образуется вода и чистый кислород;
- возможность использовать водород в качестве аккумуляции электроэнергии.
Всем известно, что электроэнергию невозможно складировать. Одномоментно необходимо потребить ровно столько, сколько произведен. В противном случае, начинает колебаться частота. При переизбытке произведенной электроэнергии в сторону больше нормативных 50 Гц. При дефиците, соответственно, в сторону меньше. И то и другое весьма пагубно для всех технических средств, которые работают от электричества, начиная от бытовой техники и кончая промышленным оборудованием. Суточный график потребления электроэнергии колеблется. Есть пиковое потребление (дневное и вечернее время). Есть «провалы» (ночное время).
Динамично выводить из эксплуатации энерго генерирующее оборудование достаточно дорогое мероприятие, т.к. последующий запуск весьма не прост. Например, при останове энергетического блока мощностью 200 МВт на тепловой электростанции, последующий его запуск требует времени на разогрев только турбины порядка 4 часов. Это существенные топливные затраты.
Есть, как бы, несколько способов решения этого вопроса. Это перекачка электроэнергии по электрическим сетям, если они географически разветвлены, и таким способом выровнять суточный график потребления электроэнергии. Но, в этом случае мы столкнемся с неизбежными потерями в электросетях. Второй вариант, заряжать аккумуляторные станции. Весьма затратное мероприятие, учитывая стоимость аккумуляторов, особенно литиевых. И опять же, неизбежны потери (двойное преобразование электроэнергии – из переменного тока в постоянный, а потом наоборот). Возникает также экологическая проблема – утилизация аккумуляторов, которые выработали свой ресурс. Есть также вариант, при профиците электроэнергии закачивать воду в водохранилища гидроэлектростанций, если они имеются. Строить новые – это очень затратный и не везде возможный вариант. И следующий вариант – это водород. Когда у нас профицит электроэнергии, мы производим водород, а когда дефицит, мы используем водород для производства электроэнергии.
Итак – водород. Мне могут возразить. Один из самых распространенных способов получения водорода – это с помощью электролизеров, Но, если они работают на электроэнергии, которая вырабатывается станциями, работающими на органическом топливе, то где же экологический эффект?
Мы начинали эту статью с того, что ближайшие 15 лет доля возобновляемых источников в мире вырастет с нынешних 3% до 14%. А в некоторых странах, например, в Украине этот рост ожидается еще более существенным – с нынешних 5% до 25% к 2035 году. Таким образом, абсолютного экологического эффекта, мы можем достигать при использовании, так называемого «зеленого» водорода, т.е. водорода, который произведен с помощью электроэнергии, выработанной возобновлямыми источниками электроэнергии (солнечные, ветровые станции или гидроэлектростанции), Как опцию, с точки зрения декарбонизации, можно рассматривать профицитную электроэнергию для производства водорода – электроэнергию атомных станций, которые не используют органическое топливо («серый» водород).
«Современные технологии позволяют получать качественный топливный материал с высоким коэффициентом теплоотдачи. Этот энергоноситель эффективно можно применять как в промышленном производстве, так и для отопления жилых и административных зданий и использовать для транспортных средств, которые работают сейчас или на бензинах, или на дизельном топливе. Он не токсичен, безопасен для окружающей среды, не несет ни малейшей угрозы человеку и животным. По своей сути, водород является отличным топливным материалом.
И есть огромные перспективы его использования.
2018-2020 годи стали завершающим периодом к так называемому «шестому технологическому укладу» и переходу к эпохе отказа мира от ископаемых до возобновляемых источников энергии. Это проявилось в развитии новых «чистых технологий», в первую очередь – нанотехнологий водородных топливних элементіов и високоемкостных систем аккумуляции электрической энергии, удешевления массового производства солнечных (PV) панелей и ветрогенераторов. Объединение этих факторов с накоплением загрязнения окружающей среды и катастрофическими по прогнозам изменениями климата, в конце 2019 года привело к изменению политики ЕС путем подписания «Европейського зеленого договора» (The Green Deal), и для его исполнения – реализации политики облоения налогами выбросов СО2 и ввозной пошлины на продукціию с «углеводородным следом» — «carbon border tax», как источников наполнения и реализации Инвестиционного плана «Европейский зеленый договор». Европейський зеленый договор» (EGDIP). Этот план также называют Инвестиционным планом строительства стабильной Европы (SEІР). На протяжении 2021-2027 г.г. — план мобилизует около 100 млрд євро для финансирования «энергетического перехода», поддержку розработок и реализации соответствующих проектов. За период до 2050 г.г.. план предусматривает около 1 трлн. евро. соответствующего финансирования.
Основой «энергетического перехода» является новый энергоноситель – воденводород, который планируется производить в основном из «зеленой энергии» путем электролиз воды. Ожидаемое снижение себестоимости 1м3 водорода основывается на базе освоения массового промышленного производства и мировым спросом на новое поколение электролизеров с технологией высокотемпературных керамических електролизных елементов (SOEC) на основе оксида цыркония. Замещение ископаемых видов топлива происходит одновременно с переходом на принцыпиально иной способ получения электрической и тепловой энергии в топливных элементах без вредных выбросов в атмосферу (при использовании водорода – побочными продуктами являются только дистилированная вода и кислород).
Однако, кроме экологичской составляющей, экономичские преимущества этих технологий не оставляют шансов всем другим из-за в 3-4 раза висшую отдачу энергии с единицы использованного топлива п причине каталитических процесам и нанотехнологиям протонобменних мембран. Масовое развитие технологии сдерживается высокой стоимостью платины – основы катализатора процесов для низкотемпературных (до 90 0С) систем, которые имеют основную сферу развития в секторе для небольших ы мобильных (в т. ч. автомобильных) применений. Для стационарных (в т. ч. домохозйств) и большых энергетических систем, наиболее подходящей является технология высокотемпературных керамических топливных элементов (SOFC) на основе оксида цыркония.
Что является основными источиками вредных выбросов в атмосферу?
- промышленные предприятия, особенно металлургичекие
- тепловые электростанции
- котельные установки
- транспорт, за исключением электротранспорта и то – условно, т.к. они потребляют электроэнергию, выработанную теми же тепловыми электростанциями.
Водород имеет большой потенциал для применени в качестве топлива для двигателей внутреннего сгорания, поскольку имеет большую энергетическую эффективность чем бензин или дизедьное топливо. При нагреве водород сжигается, но при этом не выделяет диоксид углерода (СО2 ) и оксиды азота (NOx ). Соответственно не происходит загрязнение атмосферы. Если сравнить один и тот объем водорода и бензина, то получится, что автомобиль на водороде сможет проехать вдвое дольше. Сегодня существует ряд компаний, HONDA, BMW, TOYOTA и др.) которые работают над созданием и совершенствованием водородных двигателей для автомобилей и начали серийно выпускать автомобили, работающие на водородном топливе.
Общий вывод:
Металлургия, производство минеральныхх удобрений, тепловые электростанции, коммунальная энергетика, транспорт при использовании водорода в топливной составляющей имеют возможность существенно сократить выбросы СО2, обеспечить конкурентоспособность своей продукции в условиях политики ЕС касательно «заградительной карбоновой пошлины» .