Fahrzeuge mit Wasserstoffbrennstoffzellen wurden bereits von Unternehmen wie Hyundai, Honda und Toyota sowie mehreren anderen chinesischen Unternehmen vermarktet. Der Transport ist jedoch weit entfernt von der einzigen Richtung der Wasserstoff-Energie.
Über die hochkarätigen Nachrichten der letzten Jahre über Miniatur- "Solarfliesen", über riesige Offshore-Windkraftanlagen, über die unterirdische Speicherung von CO2, über Tesla-Speichergeräte und andere Freuden der Energiewende (Energiewende) ist es noch nicht sehr verständlich, aber das entfernte Rumpeln eines neuen Gewitters aller traditionellen Öllieferanten ist bereits zu hören. Strom und Gas. Dieses Gewitter kann in der Ferne vergehen oder das gesamte traditionelle Geschäft der Energieriesen und gleichzeitig die Wirtschaft der Länder, die Kohlenwasserstoffe exportieren, zerstören, oder es kann zu einem lebensspendenden Regen werden, der die Entstehung einer neuen Wirtschaft unterstützt.
Dieser neue Angriff ist nur das häufigste Element im Universum. Wasserstoff. Einige Prognosen zu diesem Element in dreißig Jahren werden eine Branche mit einem Jahresumsatz von zweieinhalb Billionen Dollar und dreißig Millionen Arbeitsplätzen geben, die in der Lage sein wird, fast 20% der fossilen Brennstoffe aus der Weltwirtschaft zu verdrängen.
Versuchen wir herauszufinden, wie hoch die Chancen dieser Szenarien sind.
Wo kommt er her?
Seit Lavoisier vor zweihundertfünfunddreißig Jahren Wasserstoff nannte, konnte er einen herausragenden Platz in der Branche einnehmen. Mit Wasserstoff werden Methanol, Ammoniak und essbare Margarine hergestellt und damit Öl verarbeitet. Es ist unmöglich, Wasserstoff in seiner reinen Form aus der Natur zu „entnehmen“, daher müssen andere Substanzen verarbeitet werden - die Hauptmethode seiner Herstellung ist weiterhin die Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen. Die Welt produziert in nur einem Jahr etwa 65 Millionen Tonnen Wasserstoff (wenn wir vergleichen: Erdgas wird fast vierzig Mal mehr produziert).
Wir haben bereits Mitte des letzten Jahrhunderts auf die besonderen Eigenschaften von Wasserstoff als Kraftstoff hingewiesen - seine Verbrennungswärme ist um ein Vielfaches höher als die von Benzin, Erdgas oder Dieselkraftstoff gleicher Masse, und es entstehen keine Emissionen, nur Wasserdampf. In den Vereinigten Staaten gab es 1970 Veröffentlichungen über die Umstellung des Transports auf Wasserstoffbrennstoff. Gleichzeitig wurde der Begriff "Wasserstoffwirtschaft" populär - dies ist eine Art Zukunftsbild, in dem sich amerikanische Städte vollständig von der "Kohlenwasserstoffwirtschaft" entfernen, für die Wasserstoff als Brennstoff verwendet wird Häuser, Autos, Kraftwerke und Energie werden mit Wasserstoff gespeichert und bei Bedarf mit Wind und Sonne erzeugt. Mit anderen Worten, die Wasserstoffwirtschaft basiert auf Wasserstoff als dem umweltfreundlichsten und vielseitigsten Energieträger, der Wärmekraft verbindet.der Strom- und Verkehrssektor. Bald kam die Ölkrise und der Entwicklung des Wasserstofftransports wurde größere Bedeutung beigemessen. So tauchten beispielsweise in der UdSSR in den 1980er Jahren RAF-Kleinbusse mit "Wasserstoff", ein auf der Tu-154 basierendes Flugzeug und ein Wasserstoffraketenmotor für "Energia" auf. Das Schicksal dieses Projekts ist nicht beneidenswert - zum Beispiel wurde mindestens ein Drittel des nutzbaren Volumens des Fahrgastraums für Treibstofftanks im Flugzeug benötigt, was die Transportkosten stark beeinflusste. Im Flugzeug musste mindestens ein Drittel des Nutzvolumens des Fahrgastraums für Treibstofftanks bereitgestellt werden, was die Transportkosten stark beeinflusste. Im Flugzeug musste mindestens ein Drittel des Nutzvolumens des Fahrgastraums für Treibstofftanks bereitgestellt werden, was die Transportkosten stark beeinflusste.
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Warum hat es noch nicht geklappt?
Im 20. Jahrhundert gab es keinen globalen Übergang des Transports zu Wasserstoff - die Kosten für einen Kilometer mit Wasserstoff waren viel höher als mit herkömmlichem Kraftstoff. Der Hauptgrund sind die hohen Kosten: Die Herstellung von Wasserstoff aus Kohlenwasserstoffen (Dampfreformierung) oder Wasser (Elektrolyse) erfordert viel Energie. Darüber hinaus geht die Dampfreformierung von Kohlenwasserstoffen mit der Freisetzung eines Treibhausgases - CO2 - einher, um zu bekämpfen, dass unter anderem die Idee der Übertragung des Transports auf Wasserstoff ins Auge gefasst wurde. Die Erzeugung von Wasserstoff mittels Elektrolyse (die Zersetzung von Wasser in Sauerstoff und Wasserstoff unter Verwendung von Elektrizität) erwies sich als noch teurer als die Dampfreformierung, und um den erforderlichen Strom zu erzeugen, musste Kraftstoff mit allen Emissionen verbrannt werden. All dies reduzierte das anfängliche Interesse ein wenig,und die Wasserstoffwirtschaft als Ganzes blieb bis zum Ende des 20. Jahrhunderts nur das „Bild der Zukunft“.
Was hat sich verändert?
Die „Energiewende“in der globalen Elektrizitätswirtschaft führte in den 2000er bis 2010er Jahren zu einer rasanten Entwicklung erneuerbarer Energien, vor allem der Solar- und Winderzeugung. Die Kosten für diese Technologien sinken ständig (der Barwert des Stroms aus der Solar- und Winderzeugung in den USA ist laut Lazard 2009-2016 um 70-80% gesunken). Der Markt wächst rasant (2016 wurden laut IRENA weltweit 71 GW Photovoltaik-Solarkraftwerke und 51 GW Windkraftanlagen in Betrieb genommen, und 90 bzw. 40 GW sollen 2017 bestätigt werden) - also In den letzten zwei Jahren wurden weltweit mehr Wind- und Sonnenerzeugungskapazitäten in Betrieb genommen als die Gesamtkapazität aller Kraftwerke des Einheitlichen Energiesystems Russlands.
Die jährlichen Investitionen in diesem Sektor belaufen sich auf mehr als 250 Milliarden US-Dollar - doppelt so viel wie Investitionen in die Erzeugung fossiler Brennstoffe. Die Preisrekorde für Solarenergie in Mexiko, Dubai, Peru, Abu Dhabi, Chile, Saudi-Arabien und Windenergie in Brasilien, Kanada, Deutschland, Indien, Mexiko und Marokko erreichten ein Niveau von etwa 1,7 Rubel pro kWh (im Vergleich: Einwohner von Moskau und der Region zahlen zwei- bis dreimal mehr für Strom in ihren Häusern.
Wie die Internationale Energieagentur prognostiziert, wird der Anteil der Stromerzeugung aus Solar- und Windkraftanlagen bis 2040 weltweit zwischen 13% und 34% liegen (2016 - 5%). Es ist klar, dass der Anteil dieser Quellen in einigen Regionen noch größer sein wird.
Die Elektrizitätsindustrie stellt daher zunehmend auf stochastische Erzeugungsquellen um, die von der Tageszeit und den klimatischen Bedingungen abhängen. Die Auswirkungen von Schwankungen in der Erzeugung in Wind- und Solarkraftwerken (wenn die Sonne plötzlich aufhört zu scheinen und der Wind weht) auf das Stromnetz, wenn ihr Anteil in der Region hoch ist, sind vergleichbar mit dem chaotischen Ein- und Ausschalten eines großen KWK - mehrmals täglich. Darüber hinaus erzeugen diese Stationen manchmal viel mehr, als alle Verbraucher des Stromnetzes benötigen, und dann sind die Stromkosten "negativ" - solche Nachrichten kommen beispielsweise regelmäßig aus Deutschland.
Wir haben gelernt, mit solchen Schwankungen umzugehen, indem wir Energiespeicher geschaffen haben, die in Zeiten überschüssiger Energie „aufladen“und in Zeiten von Energiemangel „entladen“. Wenn im 20. Jahrhundert die Rolle solcher Speichergeräte nur von Pumpspeicherstationen gespielt wurde, entwickeln sich heute aktiv elektrochemische Speichergeräte, von denen die bekanntesten Teslas "frische" Projekte in Kalifornien und Australien sind. Navigant Research prognostiziert eine Erhöhung der jährlichen Inbetriebnahme der Speicherkapazität für erneuerbare Energiequellen von etwa 2 GW im Jahr 2018 auf 24 GW im Jahr 2026 - zwölfmal in acht Jahren. Der Jahresumsatz in diesem Markt wird bis 2026 proportional auf 24 Milliarden US-Dollar steigen.
Der wachsende Bedarf an Energiespeichern ließ die Menschen wieder über Wasserstoff nachdenken.
Erneuerbare Energie - an Tankstellen
Es war vorher möglich, Wasserstoff durch Elektrolyse zu erzeugen, aber dann war es notwendig, die Energie traditioneller Wärmekraftwerke zu nutzen, die Brennstoff verbrennen. Wenn es um überschüssigen und billigen Strom aus Solar- und Windparks geht, der frei von CO2-Emissionen ist, warum nicht in Wasserstoff umwandeln, der beispielsweise für Autos als sauberer Kraftstoff verwendet werden kann? Darüber hinaus wird es möglich sein, Kohlenwasserstoffe als Rohstoffe für die Wasserstoffproduktion aufzugeben. Viele innovative Unternehmen in Europa und der Welt folgen genau diesem Weg. ITM Power mit Sitz in Großbritannien beteiligt sich am Projekt Hydrogen Mobility Europe (H2ME), mit dem bis 2019 ein Netzwerk von 29 Wasserstofftankstellen in zehn europäischen Ländern eingerichtet werden soll.das wird zweihundert Wasserstoff-Brennstoffzellenautos und einhundertfünfundzwanzig Hybrid-LKWs bedienen. Das schwedische Unternehmen Nilsson Energy ist auf netzisolierte Lösungen spezialisiert, bei denen mithilfe von Solar- und Windenergie Wasserstoff erzeugt, gespeichert und damit Autos und Kraftwerke befeuert werden.
Fahrzeuge mit Wasserstoffbrennstoffzellen wurden bereits von Honda, Toyota, Hyundai und einer Reihe chinesischer Unternehmen vermarktet. Die Zielvision des internationalen Konsortiums Hydrogen Council, das 2017 in Davos von den größten Industrieunternehmen unter dem Vorsitz von Toyota gegründet wurde, sind mehr als 400 Millionen Personenkraftwagen, 15 bis 20 Millionen Lastkraftwagen und 5 Millionen Busse, die bis 2050 mit Wasserstoff fahren (dh etwa 20 bis 25%) gesamt). 78% der von KPMG im Jahr 2017 befragten weltweiten Auto-Manager glauben, dass solche Fahrzeuge einen Durchbruch im Bereich der Elektrofahrzeuge darstellen und batteriebetriebene Autos überschatten werden.
Aber der Transport ist weit von der einzigen Richtung entfernt.
Wasserstoff zu jedem Haus
Stationäre Brennstoffzellen (Brennstoffzellen) - eine sich dynamisch entwickelnde Technologie, mit der Sie elektrische und thermische Energie aus Wasserstoff oder Erdgas direkt im Hausbereich oder im Keller des Hauses gewinnen können. Bei der Verwendung von Wasserstoff gibt es nur eine Emission - sauberes Wasser, das zur Klimatisierung verwendet werden kann. Kompakte modulare Einheiten von der Größe eines Kühlschranks sind absolut geräuschlos. Nach der Prognose von Navigant Research wird die Kapazität stationärer Brennstoffzellen von 500 MW im Jahr 2018 auf 3000 MW im Jahr 2025 steigen.
Solche Anlagen werden mit erneuerbaren Energiequellen, Elektrolyseuren und Energiespeichern kombiniert und ermöglichen die Schaffung vollwertiger autonomer Energieversorgungsquellen für den Haushalt. Die gegenwärtigen Stromkosten aus Erdgasbrennstoffzellen in den USA entsprechen laut Lazard (106-167 USD pro MWh) bereits ungefähr den Indikatoren für Kernkraftwerke (112-183 USD pro MWh) und Kohlekraftwerke (60-231 USD pro MWh) und weniger als der Barwert einzelner Solarmodule auf dem Dach (187–319 USD pro MWh). In Japan gab es 2014 dank umfangreicher staatlicher Subventionen bereits mehr als 120.000 solcher Anlagen, und die Zielwerte liegen bis 2020 bei mehr als 1 Million und bis 2030 bei mehr als 5 Millionen.
Da Technologien billiger werden (Massenproduktion, Standardisierung) und ihre Selbstversorgung erreichen, plant die japanische Regierung die Einführung von Wasserstoffbrennstoffzellen - dies wird voraussichtlich bis 2030 geschehen. Brennstoffzellen sind zweifellos das wichtigste vielversprechende Segment verteilter Energietechnologien, dessen Potenzial in Russland laut einer aktuellen Studie des Energiezentrums der Skolkovo-Schule ausreicht, um mindestens die Hälfte des Kapazitätsbedarfs bis 2035 zu decken.
Power-to-Gas
Aus erneuerbaren Energiequellen gewonnener Wasserstoff kann in Gasübertragungs- und Gasverteilungsnetze eingemischt werden. Eine solche Station ist seit 2014 in Frankfurt am Main in Betrieb und fügt dem lokalen Gasverteilungsnetz bis zu 2% Wasserstoff hinzu (eine solche Begrenzung des Wasserstoffgehalts ermöglicht es, weder in den Netzen noch bei den Verbrauchern etwas zu ändern). Es gibt mehrere ähnliche Objekte in Deutschland, sie sind auch in Italien, Dänemark und den Niederlanden zu finden. Manchmal wird Wasserstoff in Biogas eingemischt, wodurch sich sein Wert erhöht.
In Großbritannien wird Wasserstoff ernsthaft als eine Möglichkeit angesehen, die Emissionen von Haushalten drastisch zu reduzieren (85% der Haushalte im Land verbrennen Erdgas zum Heizen). Für die Stadt Leeds mit mehr als 780.000 Einwohnern wurde 2017 eine detaillierte Bewertung des Investitionsbedarfs für die vollständige Umstellung des Gasversorgungssystems auf Wasserstoff durchgeführt - vom Austausch der Kessel bei den Verbrauchern bis zur Schaffung von unterirdischen Wasserstoffspeicher- und Dampfreformierungsanlagen. Die Höhe der Investition wird auf einhundertsechzig Milliarden Rubel geschätzt. Dieses Projekt wird auf das ganze Land ausgeweitet, zumal britische Städte im 19. Jahrhundert und in der ersten Hälfte des 20. Jahrhunderts bereits künstliches "Stadtgas" mit bis zu 50% Wasserstoff verwendeten. In der Zwischenzeit planen die Gasunternehmen, den Wasserstoffanteil schrittweise auf 20% zu erhöhen. Vermeidung des großflächigen Wiederaufbaus von Gasnetzen und Kesseln bei Verbrauchern.
Seit 2013 diskutieren japanische Unternehmen mit RusHydro die Möglichkeit, eine Wasserstoffproduktionsanlage im russischen Fernen Osten mit Power-to-Gas-Technologie zu errichten, um diese zu exportieren. Die Berechnungen der japanischen Seite basieren hauptsächlich auf der Verwendung von billigem Strom aus Wasserkraftwerken. Im Rahmen einer Vereinbarung, die auf dem Eastern Economic Forum im Herbst 2017 unterzeichnet wurde, soll Kawasaki Heavy Industries die Machbarkeitsstudie für dieses Projekt aktualisieren. Da sich die Infrastruktur in Fernost entwickelt und die Kosten für Elektrolyse- und Wasserstofflogistik-Technologien sinken, wird das Interesse an solchen Projekten offensichtlich nur noch zunehmen. Angesichts des enormen Potenzials erneuerbarer Energien in dieser Region kann man die Entstehung vielversprechender Exportprojekte hier vorhersagen.
Wasserstoff - Integrator der Gaschemie und Energie
Das beeindruckendste Projekt befindet sich jetzt im Norden der Niederlande. In dieser Region direkt über dem Gasfeld Groningen (Ursache der "niederländischen Krankheit") boomt die Biogasenergie seit mehreren Jahren. Bereits vor fünf Jahren fuhren Autos mit Gröngas durch die Straßen - Biomethan, das hier aus den Abfällen der Agrarindustrie in der Region mit einer Fläche von zwei Moskau hergestellt wurde. Es ist nicht verwunderlich, dass hier mit Unterstützung der Europäischen Union vor einem Jahr das Chemport Europe-Projekt gestartet wurde, dessen Hauptziel darin besteht, einen vollwertigen gaschemischen Cluster zu schaffen, der ausschließlich mit lokalen biologischen Ressourcen und Wasserstoff ohne CO2-Emissionen betrieben wird. Holzbiomasse wird verarbeitet, die dabei entstehenden Kohlenhydrate werden in der Chemie eingesetzt. Strom aus Offshore-Windkraftanlagen wird durch Elektrolyseure in Wasserstoff und Sauerstoff umgewandelt. Sauerstoff und Wasserstoff werden in der Chemie verwendet, und Sauerstoff ist auch an der Vergasung von verarbeiteter Biomasse aus lokalen Feldern von mehr als einer Million Hektar beteiligt. Durch die Vergasung kann synthetisches Gas gewonnen werden - ein reines Gemisch aus Wasserstoff, CO2 und CO. Dort wird auch reiner Wasserstoff aus Windkraftanlagen zugesetzt. Aus diesem Gas werden Salpetersäure, Methanol, Ethylen, Propylen, Butylen gewonnen - Substanzen, die Öl und Erdgas vollständig aus ihren stabilen Positionen als Rohstoffe für die chemische Industrie verdrängen können.die Öl und Erdgas vollständig aus ihren stabilen Positionen als Rohstoffe für die chemische Industrie verdrängen können.die Öl und Erdgas vollständig aus ihren stabilen Positionen als Rohstoffe für die chemische Industrie verdrängen können.
Die Projektinitiatoren erklären ihren Wunsch, die Kosten für synthetisches Gas näher an die Kosten für Erdgas heranzuführen. Synthesegas kann zur Verflüssigung (Bio-LNG) geschickt, von Fahrzeugen betankt und für andere klassische Zwecke verwendet werden.
Die anfängliche Investition in das Projekt beträgt 50 Mio. EUR, von denen 15 Mio. EUR durch Zuschüsse der Europäischen Union bereitgestellt werden.
Wasserstoffolympisches Dorf
Für die Olympischen Spiele 2020 wird in Tokio ein olympisches Dorf gebaut, das bis zu 17.000 Gäste aufnehmen wird. Die Hauptenergiequelle im Dorf wird Wasserstoff sein: Autos, Tankstellen, Brennstoffzellen, Wärme und Strom in Häusern, Gas in Öfen und Kesseln - all dies wird mit Wasserstoff betrieben.
Ist alles so wolkenlos?
Zu den Skeptikern der Wasserstoff-Energie zählen nicht nur Konservative, sondern beispielsweise auch Elon Musk (obwohl er natürlich einen Interessenkonflikt hat: Teslas Lithium-Ionen-Batterien sind ein direkter Konkurrent der Power-to-Gas-Technologie). Es weist auf die Gefahren des Umgangs mit Wasserstoff während der Lagerung hin: Leckagen sind kaum zu erkennen und es besteht die Möglichkeit, dass sich ein explosives Gemisch bildet. Einige Einwohner Tokios haben ähnliche Bedenken geäußert. Ob es möglich ist, diese Probleme vor dem Hintergrund der Entwicklung konkurrierender Technologien effektiv und kostengünstig zu lösen, wird die Zeit zeigen. In der Zwischenzeit erscheinen weiterhin Wasserstofftankstellen in den Zentren der Hauptstädte der Welt.
Wetten wurden bereits platziert
Bisher werden die weltweiten Investitionen in Wasserstoff-Energie nach verschiedenen Schätzungen auf rund 0,85 bis 1,4 Milliarden Euro pro Jahr geschätzt. Das Konsortium des Hydrogen Council plant, über einen Zeitraum von fünf Jahren 13 Milliarden US-Dollar in Wasserstofftankstellennetze und Wasserstoffautos zu investieren. Nach Angaben des US-Energieministeriums beschäftigt der Brennstoffzellensektor bereits 16.000 Bürger (mit einem Wachstumspotenzial von bis zu 200.000), und die finanzielle Unterstützung aus dem Haushalt der US-Regierung beträgt seit vielen Jahren etwa 100 Millionen US-Dollar pro Jahr. Mehrere Dutzend Unternehmen, Forschungszentren und Universitäten auf der ganzen Welt arbeiten daran, die Kosten für Wasserstofftechnologien zu senken. Insbesondere sollen die Kosten für die Wasserstoffproduktion durch Elektrolyse von 11,5 USD auf 5,7 USD pro Kilogramm gesenkt werden.sowie Reduzierung der Kosten für Brennstoffzellen (drei- bis fünfmal) und Wasserstoffspeicherung (zwei- bis dreimal). Wenn diese Ziele erreicht sind, wird uns die "Wasserstoffwirtschaft" natürlich viel näher sein, als man es sich jetzt vorstellen kann.
Wie wird sich dies auf die globalen Öl- und Gasmärkte auswirken? Was bedeutet das für die russische Wirtschaft? Wie finden wir unseren Platz in der Welt der Wasserstoffwirtschaft? All dies sind Fragen, deren Antworten jetzt vorbereitet werden müssen.
