Водород — бензин завтрашнего дня?

Использование водорода с целью накопления электрической энергии и в качестве топлива для автомобильного транспорта могло бы навсегда освободить атмосферу от вредных выбросов. Keystone

С водородом связывают решающий поворот в энергетической революции. Использование этого вещества с целью накопления электрической энергии и в качестве топлива для автомобильного транспорта могло бы навсегда освободить атмосферу от вредных выбросов (сжигание водорода дает, как известно, простой водяной пар). Однако остается главный вопрос — как производить достаточное количество водорода, не загрязняя атмосферу?

«Запусти тигра в двигатель», – гласил старый рекламный лозунг крупной американской нефтяной компании, предлагавшей автолюбителям залить в свой топливный бак ее бензин, наполнив его при этом силой и взрывной энергией тигра.

Сегодня, в эпоху возобновляемых источников энергии, а также борьбы с загрязнением атмосферы и изменением климата, бензин и дизельное топливо оказались под строгим контролем. Как тигр в своей естественной среде обитания, так и ископаемое топливо рано или поздно могут оказаться на грани исчезновения. Их место может занять новый двигатель прогресса – водород, и, если продолжать параллель с животными, совсем другие живые существа а именно, муравьи.

+ Почему правительство Швейцарии пока не будет повышать цены на бензин?

Пятая часть энергии из водорода

Водород может составить почти пятую часть энергии, которая будет потребляться в мире в 2050 году, согласно исследованиюВнешняя ссылка, проведённому Hydrogen Council, группой, объединяющей 18 международных компаний (в том числе General Motors, Honda и Shell) и основанной в 2017 году на Всемирном экономическом форуме в Давосе.

По мнению группы, подобное развитие может способствовать снижению выбросов CO₂  на 20%, что необходимо для ограничения глобального потепления до 2° С. По предварительным оценкам, к 2030 году водородное топливо сможет обеспечивать 10-15 миллионов автомобилей и 500’000 грузовых автомобилей.

Какое отношение муравьи имеют к водороду, мы расскажем чуть дальше. А пока подчеркнем, что водород (H₂) рассматривается сегодня как один из наиболее перспективныхВнешняя ссылка энергетических ресурсов  для замены ископаемого топлива.

«Устойчивое производство водорода в сочетании с другими технологиями может внести важный вклад в устойчивое энергоснабжение», – отмечает  Федеральное ведомство энергетики Швейцарии (BFE). По мнению  инженера  Ассоциации швейцарских импортеров автомобилей Auto-suisseВнешняя ссылка Рудольфа Блессинга (Rudolf Blessing), в контексте революции в использовании энергетических источников у водорода, безусловно, есть «шанс на победу». На прошедшем недавно в Женеве Международном автомобильном салоне было отмечено, что водородные перевозчики могут стать транспортом будущего.

Но что такое водород и каковы его преимущества в качестве топлива?

Водяной пар из выхлопных труб

Водород является самым распространенным химическим элементом во Вселенной. Просто вспомним, что каждая молекула воды состоит из двух атомов водорода.

Многие десятилетия водород уже применяется и в химической промышленности, и в работе космических двигателей, а с недавних пор он начал завоёвывать автомобильный сектор. Все больше и больше новых моделей машин «питаются» водородом, который через так называемые топливные элементы объединяется с кислородом и генерирует электричество, как показано на этом видео.

Преимущество водорода по сравнению с углеводородами заключается в том, что при его использовании не происходит выбросов CO2 и других вредных веществ. Из выхлопных труб выходит лишь водяной пар. Кроме того, при использовании водорода сохраняются те же удобные нам преимущества, как и при использовании обычных видов топлива (автономия, скорость наполнения бака, расчет стоимости одного километра пробега).

Для рядового водителя все это – хорошие новости. Но чтобы наполнить топливный бак машины, потребовались бы специализированные заправочные станции. И здесь водородные транспортные средства пока отстают.

Первая и единственная заправка в Аргау

В Швейцарии водородные станции можно посчитать по пальцам одной руки. Если не брать в расчет экспериментальные площадки, например, в Федеральной лаборатории по материаловедению и технологиям (EMPA) или в Федеральной высшей политехнической школы Лозанны (EPFL), то остается лишь одна заправочная станция в Хунценшвиле (Hunzenschwil) в кантоне Аргау. Она была открыта в ноябре 2016 года в рамках сотрудничества между сетью розничной торговли Coop и EMPA и пока что является единственной подобной заправкой, доступной для всех.

Станция в Хунценшвиле в основном обслуживает двенадцать служебных автомобилей и один грузовик для доставок товаров торговой сети Coop. Несмотря на то, что её руководство часто говорит о «постоянных клиентах со стороны» и о намерении открыть еще три заправки, транспортные средства на водороде остаются в Швейцарии экзотической редкостью.

По данным Рудольфа Блессинга, по улицам страны циркулируют около пятидесяти таких машин. Для сравнения, электрических личных автомобилей в стране около 13.000 (а всего частный автопарк в Швейцарии составляет порядка 4,6 млн. машин).

И здесь возникает классическая дилемма яйца и курицы: без развитой сети станций технического обслуживания только немногие пользователи будут выбирать данный тип автомобиля. А без наличия водородных автомобилей не возникнет спроса на топливо, то есть инфраструктура не будет прибыльной.

Однако автозаправочная станция кантона Аргау имеет особое значение. Это первый опыт, который мог бы внести решающий вклад в развитие транспорта, не загрязняющего атмосферу.

«92% всего получаемого водорода производится в настоящее время за счет сжигания ископаемого минерального топлива: нефти, газа и угля» Габор Лоренсцши (Gabor Laurenczy), EPFL

Водород из реки

Водород для заправочной станции в Аргау производится швейцарским стартапом H2 EnergyВнешняя ссылка, который работает исключительно с возобновляемыми источниками энергии. В данном случае используется электричество, производимое гидроэлектростанцией, для разложения воды на водород и кислород (электролиз).

Пока ситуация далека от идеала, поскольку, как объясняет профессор Федеральной высшей политехнической школы Лозанны (EPFL) Габор Лоренсцши (Gabor LaurenczyВнешняя ссылка), «92% всего получаемого водорода производится в настоящее время за счет сжигания ископаемого минерального топлива: нефти, газа и угля». Если мы хотим по-настоящему экологически чистый энергоноситель, то необходимо получать водород из возобновляемых источников, подчеркивает Лоренсцши.

И именно в контексте развития экологически чистых источников энергии водород можно считать основой энергетической революции. И вот теперь настала пора вернуться к ранее упомянутым муравьям.

Муравьи в двигателе

Водород, как объясняет профессор Лоренсцши, является отличным решением для хранения энергии. Избыток электроэнергии из возобновляемых источников, например, получаемой летом от солнечных батарей, можно хранить в виде водорода.

Для преодоления технических проблем, связанных с безопасностью этого взрывоопасного газа, профессор EPFL предлагает превратить водород в муравьиную кислоту. «Кислота является биоразлагаемым продуктом, который легко хранить, перевозить и использовать». Крупнейшими его производителями, по его словам, являются некоторые отрасли промышленности, а также, как все уже догадались, муравьи.

Профессор Лозаннского политеха (EPFL) Габор Лоренсцши (Gabor Laurenczy) уверен, что ключом к решению проблем мобильности будущего являются муравьи. ​​ ©EPFL_AlainHerzog/

«Интересно отметить, что муравьиную кислоту можно производить путем объединения водорода с углекислым газом. Таким образом, появляется возможность убирать присутствующий в атмосфере СО₂ и, соответственно, сдерживать глобальное потепление».

Муравьиная кислота, которую можно хранить в пластмассовых резервуарах как и бензин, затем сможет обеспечивать людей водородом и далее, по необходимости, электричеством.

Для этого преобразования Габор Лоренсцши и его команда первые в мире разработали специальный топливный элементВнешняя ссылка. «Система заправляется муравьиной кислотой, а на выходе получается электричество», – упрощённо объясняет профессор.

Еще не использован весь потенциал

По сравнению с типичным топливным элементом на водороде муравьиная кислота обеспечивает преимущества с точки зрения объема, простоты транспортировки, безопасности и стоимости, подчеркивает Габор Лоренсцши.

Исследователь уверен: как только будет разработана полная и интегрированная система, способная хранить избыток энергии от возобновляемых источников, топливный элемент с использованием муравьиной кислоты может быть применён для обогрева зданий и в качестве топлива для кораблей, автобусов и автомобилей.

Однако рассматривать водород как топливо будущего ещё преждевременно, уточняет Рольф Хубер (Rolf Huber), глава компании H2 Energy. «Я вижу его скорее в качестве одного из возможных видов топлива, способного решить целый ряд проблем. Но мы еще не использовали весь его потенциал».

Перевод с итальянского языка: Юлия Ильина