Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску

Водородная экономика является воображаемым будущим , в котором водород используют в качестве топлива для тепла [1] и водородных транспортных средств , [2] [3] [4] для хранения энергии , и на дальние расстояниях транспортировки энергии . [5] Чтобы постепенно отказаться от ископаемого топлива и ограничить глобальное потепление , водород может быть получен из воды с использованием периодически возобновляемых источников, таких как ветер и солнце, и при его сгорании в атмосферу выделяется только водяной пар . [6]

Водород - мощное топливо и частый компонент ракетного топлива , но многочисленные технические проблемы не позволяют создать крупномасштабную водородную экономию. К ним относятся сложность разработки долгосрочного хранилища, трубопроводов и оборудования двигателя; относительное отсутствие готовых двигателей, которые в настоящее время могут безопасно работать на водороде; проблемы безопасности из-за высокой реакционной способности водородного топлива с кислородом окружающей среды в воздухе; затраты на его получение электролизом; и отсутствие эффективной технологии фотохимического расщепления воды . Тем не менее водородная экономика медленно развивается как небольшая часть низкоуглеродной экономики . [7]

По состоянию на 2019 год водород в основном используется в качестве промышленного сырья, в первую очередь для производства аммиака и метанола , а также при переработке нефти. Хотя первоначально считалось, что газообразный водород не встречается в естественных условиях в удобных резервуарах, теперь продемонстрировано, что это не так; водородная система в настоящее время эксплуатируется в районе Буракебугу, Мали, для производства электроэнергии для близлежащих деревень. [8] В последние годы было сделано больше открытий природного водорода в континентальных прибрежных геологических средах [9], которые открывают путь к новой области природного или природного водорода, поддерживая усилия по переходу на энергоносители. [10] [11] По состоянию на 2019 год, почти весь (95%) из 70 миллионов тонн водорода, ежегодно потребляемых в мире при промышленной переработке [12] , производится паровой конверсией метана (SMR), которая также выделяет двуокись углерода, вызывающую парниковый эффект. [13]

Возможная менее загрязняющая альтернатива - пиролиз метана по новой технологии , хотя SMR с улавливанием углерода также значительно снижает выбросы углерода. [14] [15] Небольшие количества водорода (5%) производятся путем специального производства водорода из воды , обычно как побочный продукт процесса производства хлора из морской воды . По состоянию на 2018 год не хватает дешевой чистой электроэнергии (возобновляемой и ядерной), чтобы этот водород стал значительной частью низкоуглеродной экономики, а диоксид углерода является побочным продуктом процесса SMR [16], но он может быть захвачены и сохранены .

Обоснование [ править ]

Элементы водородной экономики

В нынешней углеводородной экономике отопление осуществляется в основном за счет природного газа, а транспортировка - за счет нефти . При сжигании углеводородного топлива выделяется углекислый газ и другие загрязнители. Спрос на энергию растет, особенно в Китае , Индии и других развивающихся странах. Водород может быть экологически более чистым источником энергии для конечных пользователей без выброса загрязняющих веществ, таких как твердые частицы или диоксид углерода. [17]

Водород имеет высокую плотность энергии по массе, но имеет низкую плотность энергии по объему . Даже когда сильно сжато, хранится в твердых телах, или сжиженный , то плотность энергии по объему составляет только 1/4 бензина , что, хотя плотность энергии по весу примерно в три раза больше , чем бензин или природного газа. Водород может способствовать обезуглероживанию дальнемагистрального транспорта, химикатов, чугуна и стали [5] и имеет потенциал для транспортировки возобновляемой энергии на большие расстояния и ее длительного хранения, например, от энергии ветра или солнечной энергии. [18]

История [ править ]

Термин водородная экономика был введен Джоном Бокрисом во время выступления в 1970 году в Техническом центре General Motors (GM). [19] Концепция была предложена ранее генетиком Дж . Б. С. Холдейном . [20]

Водородная экономика была предложена Мичиганским университетом для устранения некоторых негативных последствий использования углеводородного топлива, когда углерод выбрасывается в атмосферу (в виде диоксида углерода, моноксида углерода, несгоревших углеводородов и т. Д.). Современный интерес к водородной экономике можно проследить в техническом отчете 1970 г. Лоуренса У. Джонса из Мичиганского университета. [21]

Всплеск внимания к концепции в 2000-х годах неоднократно описывался как шумиха некоторыми критиками и сторонниками альтернативных технологий. [22] [23] [24] Интерес к энергоносителю возродился в 2010-х годах, в частности, благодаря формированию Водородного совета в 2017 году. Несколько производителей выпустили автомобили на водородных топливных элементах на коммерческой основе. увеличить количество автомобилей до сотен тысяч в течение следующего десятилетия. [25] [26]

Текущий рынок водорода [ править ]

График

Производство водорода - это крупная и развивающаяся отрасль: по состоянию на 2019 год около 70 миллионов тонн специального производства в год, что больше, чем поставки первичной энергии в Германии. [27]

По состоянию на 2019 год основными видами использования являются производство удобрений и переработка нефти. [28] Примерно половина [ необходима цитата ] используется в процессе Габера для производства аммиака (NH 3 ), который затем прямо или косвенно используется в качестве удобрения . [29] Поскольку население мира и интенсивное сельское хозяйство, используемое для его поддержки, растут, спрос на аммиак растет. Аммиак можно использовать как более безопасный и простой косвенный способ транспортировки водорода. Затем транспортируемый аммиак можно превратить обратно в водород в резервуаре с помощью мембранной технологии. [30]

Другая половина [ править ] текущее производство водорода используется для преобразования тяжелых нефтяных источников в более легкие фракции , пригодные для использования в качестве топлива. Этот последний процесс известен как гидрокрекинг . Гидрокрекинг представляет собой еще большую область роста, поскольку рост цен на нефть побуждает нефтяные компании добывать более бедные исходные материалы, такие как нефтеносные пески и сланцы . Экономия на масштабе, присущая крупномасштабной переработке нефти и производству удобрений, делает возможным производство на месте и «внутреннее» использование. Также производятся и поставляются конечным потребителям меньшие количества «торгового» водорода.

По состоянию на 2019 год почти весь водород производится из ископаемого топлива, и из него выделяется 830 миллионов тонн диоксида углерода в год. [27] Распределение производства отражает влияние термодинамических ограничений на экономический выбор: из четырех методов получения водорода частичное сжигание природного газа на электростанции с комбинированным циклом природного газа ( NGCC ) предлагает наиболее эффективный химический путь и максимальную отбор полезной тепловой энергии. [ необходима цитата ]

Большой рынок и резко растущие цены на ископаемое топливо также стимулировали большой интерес к альтернативным, более дешевым способам производства водорода. [31] [32] По состоянию на 2002 год большая часть водорода производится на месте, и его стоимость составляет приблизительно 0,70 доллара за кг, а стоимость жидкого водорода, если он не производится на месте, составляет от 2,20 до 3,08 доллара за кг. [33] [ требуется обновление ]

Производство, хранение, инфраструктура [ править ]

Основная статья: Водородные технологии
Дополнительная информация: Хронология водородных технологий

По состоянию на 2002 год водород в основном производится (> 90%) из ископаемых источников. [34] [ необходим лучший источник ]

Цветовые коды [ править ]

Водород часто обозначают разными цветами, чтобы указать на его происхождение. Как показано ниже, некоторые производственные источники имеют более одной метки, причем наиболее распространенные указаны первой. Хотя использование цветовых кодов не стандартизовано, оно не является неоднозначным. [ необходима цитата ]

Цвета, относящиеся к способу производства
Цвет Источник производстваПримечанияРекомендации
зеленыйвозобновляемая электроэнергияпосредством электролиза воды[35] : 28
синийископаемые углеводороды с улавливанием и хранением углеродаТребуются сети CCS[35] : 28
серыйископаемые углеводородычасто с помощью парового риформинга из природного газа[35] : 28 [36] : 10 [37] : 2
коричневый или черныйископаемый уголь[38] : 91
бирюзовыйтермическое расщепление метанапутем пиролиза метана[35] : 28 [37] : 2
фиолетовыйядерная энергия и теплокомбинированный химиотермический электролиз расщепление воды[39]
розовыйатомная энергия электричествопосредством электролиза воды[37] : 2
красныйядерная энергетика тепловаяза счет высокотемпературного каталитического расщепления воды[39]
белый-относится к встречающемуся в природе водороду[40]

Способы производства [ править ]

Основная статья: Производство водорода

Молекулярный водород был открыт в Кольской сверхглубокой скважине . Неясно, сколько молекулярного водорода доступно в природных резервуарах, но по крайней мере одна компания [41] специализируется на бурении скважин для извлечения водорода. Большая часть водорода в литосфере связана с кислородом воды. Производство элементарного водорода требует потребления носителя водорода, такого как ископаемое топливо или вода. Первый носитель потребляет ископаемые ресурсы, а в процессе парового риформинга метана (SMR) производит двуокись углерода, вызывающую парниковый эффект. Однако в более новом процессе пиролиза метана диоксид углерода, вызывающий парниковый эффект, не образуется. Эти процессы обычно не требуют дополнительных затрат энергии, кроме ископаемого топлива.

Иллюстрирует входы и выходы парового риформинга природного газа, процесса производства водорода. По состоянию на 2020 год стадия секвестрации углерода не используется в коммерческих целях.

Разлагающаяся вода, последний носитель, требует ввода электричества или тепла, генерируемого из какого-либо первичного источника энергии (ископаемое топливо, ядерная энергия или возобновляемая энергия ). Водород также можно производить путем очистки сточных вод из геотермальных источников в литосфере . [ Править ] Водород производится с нулевым уровнем выбросов источников энергии , таких как электролиз воды с использованием энергии ветра, солнечной энергии , ядерной энергетики , гидроэнергетики , энергии волн или энергии приливов и отливов , называется зеленой водорода. [42]Водород, полученный из угля, может называться коричневым водородом [43], а когда его получают из ископаемого топлива, его обычно называют серым водородом. Полученный из природного газа в результате экологически чистого пиролиза метана, он называется бирюзовым водородом [44], если углекислый газ улавливается, он называется голубым водородом. [45]

Текущие методы производства [ править ]

Паровой риформинг - серый или синий [ править ]

Водород промышленно производится путем парового риформинга (ППР), в котором используется природный газ. [46] Энергосодержание произведенного водорода меньше, чем энергосодержание исходного топлива, при этом часть его теряется в виде избыточного тепла во время производства. Паровая конверсия выделяет двуокись углерода, парниковый газ.

Пиролиз метана - бирюза [ править ]

Иллюстрируя входы и выходы пиролиза метана, процесса производства водорода.

Пиролиз метана (природного газа) с помощью одностадийного процесса [47] барботирования метана через расплавленный металлический катализатор - это подход «без парниковых газов» для производства водорода, который был усовершенствован в 2017 году и сейчас проходит масштабные испытания. [48] [44] Процесс проводится при высоких температурах (1340 K, 1065 ° C или 1950 ° F). [14] [49] [50] [51]

CH
4(г) → C (s) + 2 H
2(г) ΔH ° = 74 кДж / моль

Твердый углерод промышленного качества может быть продан как сырье для производства или захоронен (без загрязнения).

Электролиз воды - зеленый или фиолетовый [ править ]

Иллюстрируя входы и выходы простого электролиза воды для получения водорода.

Водород можно получить с помощью электролиза под высоким давлением , электролиза воды под низким давлением или ряда других возникающих электрохимических процессов, таких как электролиз при высокой температуре или электролиз с использованием углерода. [52] Однако лучшие в настоящее время процессы электролиза воды имеют эффективный электрический КПД 70-80%, [53] [54] [55], так что производится 1 кг водорода (который имеет удельную энергию 143 МДж / кг или около 40 кВтч / кг) требует 50–55 кВтч электроэнергии.

В некоторых частях мира паровой риформинг метана стоит в среднем от 1 до 3 долл. США / кг без учета затрат на сжатие газообразного водорода. Это делает производство водорода путем электролиза конкурентоспособным по стоимости уже во многих регионах, как указано в Nel Hydrogen [56] и других, включая статью IEA [57], в которой рассматриваются условия, которые могут привести к конкурентному преимуществу электролиза.

Небольшая часть (2% в 2019 г. [58] ) производится путем электролиза с использованием электричества и воды, при этом потребляется примерно от 50 до 55 киловатт-часов электроэнергии на килограмм произведенного водорода. [59]

Квернерский процесс [ править ]

Процесс Kværner или процесс Kvaerner сажи и водорода (CB&H) [34] - это метод, разработанный в 1980-х годах одноименной норвежской компанией для производства водорода из углеводородов (C n H m ), таких как метан. , природный газ и биогаз . Примерно 48% доступной энергии сырья содержится в водороде, 40% - в активированном угле и 10% - в перегретом паре. [60]

Экспериментальные методы производства [ править ]

Биологическое производство [ править ]

Основная статья: Биологическое производство водорода (водоросли)

Ферментативное производство водорода является ферментативным превращением органического субстрата в биоводород проявляется разнообразной группой бактерий с использованием мульти ферментных систем , включающих три этапа , аналогичного анаэробной конверсией . Реакции темного брожения не требуют световой энергии, поэтому они способны постоянно производить водород из органических соединений в течение дня и ночи. Фотоферментация отличается от темной ферментации тем, что она протекает только при наличии света . Например, фото-ферментация с помощью Rhodobacter sphaeroidesSH2C можно использовать для превращения низкомолекулярных жирных кислот в водород. [61] Электрогидрогенез используется в микробных топливных элементах, где водород вырабатывается из органических веществ (например, из сточных вод или твердого вещества [62] ), при этом применяется 0,2 - 0,8 В.

Биологический водород можно производить в биореакторе из водорослей . В конце 1990-х годов было обнаружено, что, если водоросли лишены серы, они переключатся с производства кислорода , то есть нормального фотосинтеза , на производство водорода. [63]

Биологический водород можно производить в биореакторах, которые используют сырье, отличное от водорослей, причем наиболее распространенным сырьем являются потоки отходов. В этом процессе бактерии питаются углеводородами и выделяют водород и CO 2 . CO 2 можно успешно изолировать несколькими способами, оставив газообразный водород. В 2006–2007 годах компания NanoLogix впервые продемонстрировала прототип водородного биореактора с использованием отходов в качестве сырья на заводе по производству виноградного сока Велча на северо-востоке штата Пенсильвания (США). [64]

Биокатализируемый электролиз [ править ]

Помимо обычного электролиза, другой возможностью является электролиз с использованием микробов. При биокаталитическом электролизе водород образуется после прохождения через микробный топливный элемент, и можно использовать различные водные растения . К ним относятся тростник душистый , кордовый трава, рис, помидоры, люпин и водоросли [65]

Электролиз под высоким давлением [ править ]

Электролиз под высоким давлением - это электролиз воды путем разложения воды (H 2 O) на кислород (O 2 ) и газообразный водород (H 2 ) с помощью электрического тока, проходящего через воду. Отличие от стандартного электролизера заключается в выходе сжатого водорода около 120-200 бар (1740-2900 фунтов на квадратный дюйм , 12-20 МПа ). [66] За счет повышения давления водорода в электролизере посредством процесса, известного как химическое сжатие, необходимость во внешнем компрессоре водорода устраняется, [67]средний расход энергии на внутреннее сжатие составляет около 3%. [68] Крупнейший в Европе (1 400 000 кг / год, электролиз воды под высоким давлением, щелочная технология) завод по производству водорода работает в Коккола, Финляндия. [69]

Высокотемпературный электролиз [ править ]

Основная статья: Высокотемпературный электролиз

Водород может быть получен из энергии, поставляемой в виде тепла и электричества, посредством высокотемпературного электролиза (HTE). Поскольку часть энергии в HTE поставляется в виде тепла, меньшая часть энергии должна быть преобразована дважды (из тепла в электричество, а затем в химическую форму), и поэтому потенциально на килограмм произведенного водорода требуется гораздо меньше энергии.

В то время как ядерное электричество можно использовать для электролиза, ядерное тепло можно напрямую использовать для отделения водорода от воды. Высокотемпературные (950–1000 ° C) ядерные реакторы с газовым охлаждением могут отделять водород от воды термохимическими методами с использованием ядерного тепла. Исследования высокотемпературных ядерных реакторов могут в конечном итоге привести к поставке водорода, конкурентоспособной по стоимости с паровым риформингом природного газа. General Atomics прогнозирует, что водород, производимый в высокотемпературном реакторе с газовым охлаждением (HTGR), будет стоить 1,53 доллара за кг. В 2003 г. паровой риформинг природного газа дал водород по цене 1,40 долл. / Кг. В ценах 2005 г. на природный газ водород стоит 2,70 долл. / Кг.

Высокотемпературный электролиз был продемонстрирован в лаборатории при 108  МДж (тепловая энергия) на килограмм произведенного водорода [70], но не в промышленных масштабах. Кроме того, это некачественный «коммерческий» водород, непригодный для использования в топливных элементах. [71]

Фотоэлектрохимическое расщепление воды [ править ]

Использование электричества, произведенного фотоэлектрическими системами, предлагает самый чистый способ производства водорода. Вода расщепляется на водород и кислород с помощью электролиза - процесса фотоэлектрохимической ячейки (PEC), который также называют искусственным фотосинтезом . [72] Уильям Эйерс из Energy Conversion Devices продемонстрировал и запатентовал первую многопереходную высокоэффективную фотоэлектрохимическую систему для прямого расщепления воды в 1983 году. [73]Эта группа продемонстрировала прямое разделение воды, теперь называемое «искусственным листом» или «беспроводным солнечным разделением воды», с помощью недорогого многопереходного тонкопленочного листа из аморфного кремния, погруженного непосредственно в воду. Водород выделялся на передней поверхности аморфного кремния, украшенной различными катализаторами, а кислород выделялся на задней металлической подложке. Мембрана Nafion над многопереходной ячейкой обеспечивала путь для переноса ионов. В их патенте также перечислено множество других полупроводниковых многопереходных материалов для прямого расщепления воды в дополнение к аморфному кремнию и кремний-германиевым сплавам. Исследования продолжаются в направлении разработки высокоэффективных многопереходных ячеек.технологии в университетах и ​​фотоэлектрическая промышленность. Если этому процессу способствуют фотокатализаторы, взвешенные непосредственно в воде, вместо использования фотоэлектрической и электролитической систем, реакция проходит всего за одну стадию, что может повысить эффективность. [74] [75]

Фотоэлектрокаталитическое производство [ править ]

Метод, изученный Томасом Нанном и его командой из Университета Восточной Англии, состоит из золотого электрода, покрытого слоями наночастиц фосфида индия (InP). Они ввели комплекс железо-сера в слоистую структуру, которая при погружении в воду и облучении светом при небольшом электрическом токе производила водород с эффективностью 60%. [76]

В 2015 году сообщалось, что Panasonic Corp. разработала фотокатализатор на основе нитрида ниобия, который может поглощать 57% солнечного света, чтобы поддерживать разложение воды с образованием газообразного водорода. [77] Компания планирует получить коммерческое применение «как можно раньше», не раньше 2020 года.

Концентрация солнечного тепла [ править ]

Для разложения воды на водород и кислород требуются очень высокие температуры. Катализатор необходим, чтобы процесс работал при допустимых температурах. Нагрев воды можно достичь за счет использования воды, концентрирующей солнечную энергию . Hydrosol-2 - это 100-киловаттная пилотная установка на Plataforma Solar de Almería в Испании, которая использует солнечный свет для получения температуры от 800 до 1200 ° C для нагрева воды. Hydrosol II находится в эксплуатации с 2008 года. Проект этой 100-киловаттной опытной установки основан на модульной концепции. В результате может оказаться возможным, что эту технологию можно будет легко расширить до мегаваттного диапазона, умножив имеющиеся реакторные блоки и подключив установку к гелиостату.поля (поля солнцезащитных зеркал) подходящего размера. [78]

Термохимическое производство [ править ]

Есть более чем 352 [79] термохимические циклы , которые могут быть использованы для воды расщепления , [80] около дюжины этих циклов , таких как оксид железа цикла , церий (IV) оксид церия (III) , оксид цикла , цинк цинкового оксидный цикл , серо-йодный цикл , медно-хлорный цикл и гибридный цикл серы находятся в стадии исследований и испытаний для получения водорода и кислорода из воды и тепла без использования электричества. [81] Эти процессы могут быть более эффективными, чем высокотемпературный электролиз, обычно в диапазоне от 35% до 49% LHV.эффективность. Термохимическое производство водорода с использованием химической энергии из угля или природного газа обычно не рассматривается, поскольку прямой химический путь более эффективен.

Ни один из процессов термохимического производства водорода не был продемонстрирован на уровне производства, хотя некоторые из них были продемонстрированы в лабораториях.

Водород как побочный продукт других химических процессов [ править ]

Основная статья: Меког

При промышленном производстве хлора и каустической соды путем электролиза образуется значительное количество водорода в качестве побочного продукта. В порту Антверпена демонстрационная электростанция на топливных элементах мощностью 1 МВт работает на таких побочных продуктах. Эта установка работает с конца 2011 года. [82] Избыток водорода часто устраняется с помощью пинч- анализа водорода .

Газ, вырабатываемый коксовыми печами при производстве стали, похож на синтез-газ с 60% водорода по объему. [83] Водород можно экономично извлечь из коксового газа. [84]

Хранилище [ править ]

Основная статья: Хранение водорода

Хотя молекулярный водород имеет очень высокую плотность энергии на основе массы, отчасти из-за его низкой молекулярной массы , как газ в условиях окружающей среды он имеет очень низкую объемную плотность энергии. Если он будет использоваться в качестве топлива, хранящегося на борту транспортного средства, чистый газообразный водород должен храниться в плотной форме, чтобы обеспечить достаточный запас хода.

Газообразный водород под давлением [ править ]

Повышение давления газа увеличивает удельную энергию по объему, делая резервуары меньшего размера. Стандартным материалом для удержания водорода под давлением в трубчатых прицепах является сталь ( проблема водородного охрупчивания с газообразным водородом отсутствует). Цистерны, изготовленные из углепластика и армированного стекловолокном пластика, устанавливаемые на грузовики Toyota Marai и Kenworth, должны соответствовать стандартам безопасности. Немногие материалы подходят для резервуаров, поскольку водород, будучи небольшой молекулой, имеет тенденцию диффундировать через многие полимерные материалы. Наиболее распространенным бортовым хранилищем водорода в современных автомобилях 2020 года является водород под давлением 700 бар = 70 МПа. Энергетические затраты на сжатие водорода до этого давления значительны.

Газопроводы под давлением всегда изготавливаются из стали и работают при гораздо более низком давлении, чем трубчатые прицепы.

Жидкий водород [ править ]

В качестве альтернативы, более высокий объемная плотность энергии жидкого водорода или шуги водород может быть использован. Однако жидкий водород является криогенным и кипит при 20,268 К (–252,882 ° C или –423,188 ° F). Криогенное хранение снижает вес, но требует больших энергий сжижения . Процесс сжижения, включающий этапы нагнетания давления и охлаждения, является энергоемким. [85] Сжиженный водород имеет более низкую удельную энергию по объему, чем бензин, примерно в четыре раза из-за низкой плотности жидкого водорода - на самом деле в литре бензина (116 граммов) водорода больше, чем в литре. чистого жидкого водорода (71 грамм). Резервуары для хранения жидкого водорода также должны быть хорошо изолированы, чтобы свести к минимуму выкипание.

В Японии есть хранилище жидкого водорода (LH2) на терминале в Кобе, и ожидается, что первая партия жидкого водорода будет доставлена ​​через носитель LH2 в 2020 году. [86] Водород сжижается путем снижения его температуры до -253 ° C, аналогично на сжиженный природный газ (СПГ), который хранится при -162 ° C. Потенциальная потеря эффективности может составлять 12,79%, или 4,26 кВтч / кг из 33,3 кВтч / кг. [87]

Жидкие носители органического водорода (LOHC) [ править ]

Основная статья: Жидкие органические носители водорода

Хранение в виде гидрида [ править ]

В отличие от хранения молекулярного водорода, водород может храниться в виде химического гидрида или другого водородсодержащего соединения. Газообразный водород реагирует с некоторыми другими материалами с образованием материала для хранения водорода, который можно относительно легко транспортировать. В момент использования материал для хранения водорода можно заставить разложиться с образованием газообразного водорода. Помимо проблем с массой и объемной плотностью, связанных с хранением молекулярного водорода, существующие препятствия для практических схем хранения проистекают из условий высокого давления и температуры, необходимых для образования гидридов и выделения водорода. Для многих потенциальных систем кинетика гидрирования и дегидрированияи управление теплом также являются проблемами, которые необходимо преодолеть. Французская компания McPhy Energy разрабатывает первый промышленный продукт на основе гидрата магния, который уже продан некоторым крупным клиентам, таким как Iwatani и ENEL. [ Требуется цитата ] Новые технологии хранения гидридного водорода достигли сжатого объема менее 1/500.

Адсорбция [ править ]

Третий подход заключается в адсорбции молекулярного водорода на поверхности твердого накопителя. В отличие от гидридов, упомянутых выше, водород не диссоциирует / рекомбинирует при зарядке / разряде системы хранения и, следовательно, не страдает от кинетических ограничений многих систем хранения гидридов. Плотность водорода, аналогичная плотности сжиженного водорода, может быть достигнута с помощью соответствующих адсорбирующих материалов. Некоторые предлагаемые адсорбенты включают активированный уголь , наноструктурированные угли (включая УНТ ), MOF и гидрат клатрата водорода .

Подземное хранилище водорода [ править ]

«Доступные технологии хранения, их емкость и время разряда». ПЕРСОНАЛ КОМИССИИ РАБОЧИЙ ДОКУМЕНТ Хранение энергии - роль электричества

Подземное хранение водорода - это практика хранения водорода в пещерах , соляных куполах и истощенных месторождениях нефти и газа. Компания ICI в течение многих лет без каких-либо проблем хранила большие количества газообразного водорода в пещерах . [88] Хранилище больших количеств жидкого водорода под землей может функционировать как хранилище энергии в сети . КПД в оба конца составляет примерно 40% (по сравнению с 75-80% для гидроаккумулятора (PHES) ), а стоимость немного выше, чем для гидроаккумулятора. [89]Другое исследование, на которое ссылается рабочий документ европейского персонала, показало, что для крупномасштабного хранилища самым дешевым вариантом является водород по цене 140 евро / МВтч в течение 2000 часов хранения с использованием электролизера, хранилища соляной пещеры и электростанции с комбинированным циклом. [90] Европейский проект Hyunder [91] показали в 2013 году , что для хранения энергии ветра и солнца дополнительно 85 каверны требуется , поскольку она не может быть покрыта PHES и CAES систем. [92]Немецкое тематическое исследование по хранению водорода в соляных пещерах показало, что если избыток электроэнергии в Германии (7% от общей переменной возобновляемой генерации к 2025 году и 20% к 2050 году) будет преобразован в водород и хранится под землей, для этих количеств потребуется около 15 каверн. по 500 000 кубометров каждая к 2025 году и около 60 каверн к 2050 году, что соответствует примерно одной трети количества газовых каверн, эксплуатируемых в настоящее время в Германии. [93] В США Sandia Labs проводит исследования по хранению водорода на истощенных нефтяных и газовых месторождениях, которые могут легко поглощать большое количество возобновляемого водорода, поскольку существует около 2,7 миллиона истощенных скважин. [94]

Энергия на газ [ править ]

Power to gas - это технология преобразования электроэнергии в газовое топливо . Есть 2 метода, первый - использовать электричество для разделения воды и закачивать полученный водород в сеть природного газа. Второй (менее эффективный) метод используется для преобразования диоксида углерода и воды в метан (см. Природный газ ) с использованием электролиза и реакции Сабатье . Избыточная мощность или внепиковая мощность, генерируемая ветряными генераторами или солнечными батареями, затем используется для балансировки нагрузки в энергосистеме. Использование существующей системы природного газа для водорода Производитель топливных элементов Hydrogenics и дистрибьютор природного газа Enbridge объединились для разработки такогомощность газовой системы в Канаде. [95]

Хранилище конвейера [ править ]

Сеть природного газа может использоваться для хранения водорода. До перехода на природный газ газовые сети Великобритании и Германии эксплуатировались на газовом топливе , который по большей части состоял из водорода. Емкость газовой сети Германии составляет более 200 000 ГВтч, чего достаточно для удовлетворения потребности в энергии в течение нескольких месяцев. Для сравнения, мощность всех немецких гидроаккумулирующих электростанций составляет всего около 40 ГВт · ч. Точно так же в Великобритании гидроаккумулирующие хранилища намного меньше, чем газовые сети. Транспортировка энергии по газовой сети происходит с гораздо меньшими потерями (<0,1%), чем в электрической сети (8%). Использование существующих трубопроводов природного газа для водорода было изучено NaturalHy. [96]Ад ван Вийк, профессор Future Energy Systems TU Delft, также обсуждает возможность производства электроэнергии в районах или странах с большим количеством солнечного света (Сахара, Чили, Мексика, Намибия, Австралия, Новая Зеландия, ...) и ее транспортировки (через корабль, трубопровод, ...) в Нидерланды. С экономической точки зрения это все еще дешевле, чем производство в Нидерландах. Он также отмечает, что пропускная способность газовых линий по транспортировке энергии намного выше, чем у линий электропередач, идущих в частные дома (в Нидерландах) -30 кВт против 3 кВт-. [97] [98]

Инфраструктура [ править ]

Основная статья: Водородная инфраструктура
Водородная установка Praxair

Водородная инфраструктура будет состоять в основном из промышленного водородного трубопроводного транспорта и водородных заправочных станций, подобных тем, которые находятся на водородной магистрали . Водородные станции , которые не были расположены вблизи трубопровода водорода получат питание через водородные резервуары, сжатые прицепы трубки водород , жидкий водород прицепы , жидкие автоцистерны водорода или выделенное на место производства.

В настоящее время в Соединенных Штатах существует более 700 миль водородных трубопроводов . Несмотря на дороговизну, трубопроводы являются самым дешевым способом транспортировки водорода на большие расстояния. Трубопроводы для газообразного водорода являются обычным делом на крупных нефтеперерабатывающих заводах, поскольку водород используется для гидрокрекинга топлива из сырой нефти.

Теоретически можно избежать водородных трубопроводов в распределенных системах производства водорода, где водород обычно производится на месте с использованием генераторов среднего или небольшого размера, которые производят достаточно водорода для личного использования или, возможно, в окрестностях. В конце концов, комбинация вариантов распределения газообразного водорода может оказаться успешной. [ необходима цитата ]

Водородное охрупчивание не является проблемой для водородных газопроводов. Водородное охрупчивание происходит только с «диффундирующим» водородом, то есть с атомами или ионами. Газообразный водород является молекулярным: H2, и существует очень значительный энергетический барьер для его расщепления на атомы. [99]

МЭА рекомендует использовать существующие промышленные порты для добычи и существующие трубопроводы природного газа для транспортировки, а также для международного сотрудничества и судоходства. [100]

Южная Корея и Япония , [101] , который по состоянию на 2019 год отсутствует международные электрические соединительные линии , вкладывают в водородной экономике. [102] В марте 2020 года в Намие , префектура Фукусима , было открыто производство , которое считается крупнейшим в мире. [103]

Ключевой компромисс: централизованное или распределенное производство [ править ]

В будущей полностью водородной экономике первичные источники энергии и сырье будут использоваться для производства газообразного водорода в качестве запасенной энергии для использования в различных секторах экономики. Производство водорода из первичных источников энергии, помимо угля и нефти, приведет к снижению производства парниковых газов, характерных для сжигания угля и ископаемых энергоресурсов нефти. Важность экологически чистого пиролиза природного газа метана становится признанным методом использования текущих инвестиций в инфраструктуру природного газа для производства водорода и отсутствия парниковых газов.

Одной из ключевых особенностей водородной экономики было бы то, что в мобильных приложениях (в первую очередь автомобильном транспорте) производство и использование энергии можно было бы разделить. Первичный источник энергии больше не нужно будет путешествовать вместе с автомобилем, как в настоящее время с углеводородным топливом. Вместо выхлопных труб, создающих рассеянные выбросы, энергия (и загрязнение) может генерироваться из точечных источников, таких как крупномасштабные централизованные объекты с повышенной эффективностью. Это позволит использовать такие технологии, как связывание углерода , которые в противном случае были бы невозможны для мобильных приложений. В качестве альтернативы можно использовать схемы распределенного производства энергии (например, малые возобновляемые источники энергии), возможно, связанные с водородными станциями .

Помимо выработки энергии, производство водорода может быть централизованным, распределенным или сочетанием того и другого. Хотя производство водорода на централизованных установках первичной энергии обещает более высокую эффективность производства водорода, трудности с транспортировкой водорода на большие расстояния (из-за таких факторов, как повреждение водородом)и легкость диффузии водорода через твердые материалы) делает распределение электрической энергии привлекательным в водородной экономике. В таком сценарии небольшие региональные заводы или даже местные заправочные станции могут вырабатывать водород, используя энергию, получаемую через распределительную сеть, или пиролиз метана из природного газа. Хотя эффективность производства водорода, вероятно, будет ниже, чем при централизованном производстве водорода, потери при транспортировке водорода могут сделать такую ​​схему более эффективной с точки зрения использования первичной энергии на килограмм водорода, доставленного конечному пользователю.

Надлежащий баланс между распределением водорода, распределением электроэнергии на большие расстояния и пиролизом природного газа с конверсией по месту назначения является одним из основных вопросов, возникающих в отношении водородной экономики.

Опять же, дилеммы источников производства и транспортировки водорода теперь могут быть преодолены, используя производство водорода на месте (дома, в офисе или на заправочной станции) из внешних возобновляемых источников. [1] .

Распределенный электролиз [ править ]

Распределенный электролиз позволит обойти проблемы распределения водорода за счет распределения электроэнергии. Он будет использовать существующие электрические сети для транспортировки электроэнергии к небольшим локальным электролизерам, расположенным на заправочных станциях. Однако учет энергии, используемой для производства электроэнергии, и потерь при передаче снизит общую эффективность.

Использует [ редактировать ]

Для отопления и приготовления пищи вместо природного газа [ править ]

Водород может частично или полностью заменить природный газ в газовых сетях. [104] По состоянию на 2020 год максимум в сетке составляет 20%. [105]

Топливные элементы как альтернатива внутреннему сгоранию и электрическим батареям [ править ]

Основные статьи: Топливный элемент и водородный автомобиль

Одним из основных преимуществ водородной экономии является то, что топливо может заменить ископаемое топливо, сжигаемое в двигателях внутреннего сгорания и турбинах, в качестве основного способа преобразования химической энергии в кинетическую или электрическую энергию, тем самым устраняя выбросы парниковых газов и загрязнение от этого двигателя. Ад ван Вийк, профессор Future Energy Systems TU Delft, также отмечает, что водород лучше для более крупных транспортных средств, таких как грузовики, автобусы и корабли, чем электрические батареи. [106] Это связано с тем, что батарея весом 1 кг по состоянию на 2019 год может хранить 0,1 кВтч энергии, тогда как 1 кг водорода имеет полезную емкость 33 кВтч. [107]

Хотя водород можно использовать в обычных двигателях внутреннего сгорания, топливные элементы, будучи электрохимическими , имеют теоретическое преимущество в эффективности перед тепловыми двигателями. Топливные элементы дороже в производстве, чем обычные двигатели внутреннего сгорания.

Некоторые типы топливных элементов работают с углеводородным топливом [108], в то время как все могут работать на чистом водороде. В случае, если топливные элементы станут конкурентоспособными по цене с двигателями внутреннего сгорания и турбинами, крупные газовые электростанции могут принять эту технологию.

Газообразный водород следует различать как «технический» (чистота пять девяток, 99,999%), полученный пиролизом или электролизом метана, который подходит для таких применений, как топливные элементы, и «промышленный», который содержит углерод и серу. содержащие примеси, но которые могут быть произведены немного более дешевым процессом парового преобразования, при котором выделяется парниковый газ двуокиси углерода. Для топливных элементов требуется водород высокой чистоты, поскольку примеси могут быстро ухудшить срок службы батареи топливных элементов.

Большая часть интереса к концепции водородной экономии сосредоточена на использовании топливных элементов для привода водородных транспортных средств , особенно больших грузовиков. Водородные топливные элементы страдают от низкого отношения мощности к массе . [109] Топливные элементы более эффективны, чем двигатели внутреннего сгорания. Если будет внедрен практический метод хранения водорода и топливные элементы станут дешевле, они могут быть экономически целесообразными для питания гибридных транспортных средств на топливных элементах / батареях или транспортных средств, работающих исключительно на топливных элементах. Комбинация топливного элемента и электродвигателя в 2-3 раза эффективнее двигателя внутреннего сгорания. [110]Капитальные затраты на топливные элементы значительно снизились за последние годы, при моделировании стоимости 50 долларов за киловатт, указанной Министерством энергетики. [111]

В видео 2019 года от Real Engineering отмечалось, что использование водорода в качестве топлива для автомобилей на практике не помогает снизить выбросы углерода от транспорта. 95% водорода, все еще производимого из ископаемого топлива, выделяет углекислый газ, а производство водорода из воды является энергоемким процессом. Для хранения водорода требуется больше энергии, чтобы охладить его до жидкого состояния или поместить в резервуары под высоким давлением, а доставка водорода на заправочные станции требует больше энергии и может выделять больше углерода. Водород, необходимый для перемещения автомобиля на топливных элементах на километр, стоит примерно в 8 раз больше, чем электричество, необходимое для перемещения электромобиля на такое же расстояние. [112]Также в 2019 году Кацуши Иноуэ, президент Honda Europe, заявил: «Сейчас мы сосредоточены на гибридных и электромобилях. Возможно, появятся автомобили на водородных топливных элементах, но это технология для следующей эпохи». [113] Оценка 2020 года пришла к выводу, что водородные автомобили по-прежнему эффективны только на 38%, а электромобили на батареях - на 80%. [114] [115]

Другие технологии топливных элементов, основанные на обмене ионами металлов (например, воздушно-цинковые топливные элементы ), обычно более эффективны при преобразовании энергии, чем водородные топливные элементы, но широкое использование любой электрической энергии → химической энергии → электроэнергетических систем потребует производства электричества.

Использование в качестве транспортного топлива и эффективности системы [ править ]

Основная статья: Водородное топливо

Учет энергии, использованной во время термодинамического процесса, известный как энергетический баланс, может применяться к автомобильному топливу. С сегодняшним [ когда? ] , производство водорода посредством пиролиза метана или парового риформинга может быть достигнуто с термическим КПД от 75 до 80 процентов. [ необходима цитата ] Дополнительная энергия потребуется для сжижения или сжатия водорода и для транспортировки его на заправочную станцию ​​грузовиком или трубопроводом. Энергия, которая должна использоваться на килограмм для производства, транспортировки и доставки водорода (т. Е. Его потребление энергии от скважины до резервуара), составляет примерно 50  МДж.с использованием технологии, доступной в 2004 году. Вычитание этой энергии из энтальпии одного килограмма водорода, что составляет 141 МДж, и деление на энтальпию дает примерно 60% тепловой эффективности. [116] Бензин, для сравнения, требует меньших затрат энергии на галлон на нефтеперерабатывающем заводе, и сравнительно мало энергии требуется для его транспортировки и хранения из-за его высокой плотности энергии на галлон при температуре окружающей среды. Эффективность цепочки поставок бензина от скважины до резервуара составляет примерно 80% (Wang, 2002). Еще один сетевой метод подачи водорода - это использование электрическогозапустить электролизеры. Примерно 6% электроэнергии теряется при передаче по линиям электропередач, а процесс преобразования ископаемого топлива в электричество в первую очередь эффективен примерно на 33%. [117] [118] Таким образом, если эффективность является ключевым определяющим фактором, маловероятно, что водородные автомобили будут заправляться таким методом, и действительно, с этой точки зрения, электромобили будут лучшим выбором, за исключением больших грузовиков, вес которых батареи менее эффективны. Однако, как отмечалось выше, водород может производиться из ряда исходного сырья централизованным или распределенным способом путем пиролиза метана с нулевым загрязнением, и это обеспечивает более эффективные пути производства и распределения топлива.

В 2006 году исследование эффективности водородных транспортных средств по сравнению с другими транспортными средствами в норвежской энергетической системе показало, что транспортные средства на водородных топливных элементах (FCV), как правило, примерно на треть эффективнее электромобилей при использовании электролиза, с водородные двигатели внутреннего сгорания (ДВС) едва ли в шесть раз ниже эффективности. Даже в том случае, когда водородные топливные элементы получают водород в результате реформирования природного газа, а не электролиза, а электромобили получают энергию от электростанции, работающей на природном газе, электромобили по-прежнему опережают на 35-25% (и только 13% для H 2 ДВС). Это сопоставимо с 14% для бензинового ДВС, 27% для гибрида с бензиновым ДВС и 17% для дизельного ДВС, также в пересчете на колеса. [119]

В 2007 году водород был назван одним из наименее эффективных и наиболее дорогих заменителей бензина (бензина) с точки зрения сокращения выбросов парниковых газов; другие технологии могут быть менее дорогими и быстрее внедряться. [120] [121] Всестороннее исследование водорода в транспортных приложениях, проведенное в 2010 году, показало, что «на пути к достижению видения водородной экономики есть серьезные препятствия; путь не будет простым или прямым». [122] Хотя Ford Motor Company и французский Renault-Nissan отказались от исследований и разработок водородных автомобилей в 2008 и 2009 годах, соответственно, [123] [124]в 2009 году они подписали письмо о намерениях с другими производителями и Now GMBH в поддержку коммерческого внедрения FCV к 2015 году. [125] Исследование, проведенное The Carbon Trust для Министерства энергетики и изменения климата Великобритании, предполагает, что водородные технологии имеют потенциал для доставки британского транспорта с почти нулевым уровнем выбросов при одновременном снижении зависимости от импортируемой нефти и сокращении возобновляемой генерации. Однако технологии сталкиваются с очень сложными проблемами с точки зрения стоимости, производительности и политики. [126] Отто цикл двигатель внутреннего сгорания , работающий на водороде , как говорит, имеет максимальный КПД около 38%, 8% выше , чем двигатель внутреннего сгорания бензина.[127] [128]

В краткосрочной перспективе водород был предложен как метод уменьшения вредных выхлопов дизельного топлива . [129]

Безопасность [ править ]

Основная статья: Водородная безопасность

Водород имеет один из самых широких диапазонов взрывоопасных / воспламеняющих смесей с воздухом из всех газов, за некоторыми исключениями, такими как ацетилен , силан и оксид этилена . Это означает, что какой бы ни была пропорция смеси воздуха и водорода, при воспламенении в замкнутом пространстве утечка водорода, скорее всего, приведет к взрыву, а не простому пламени. Это делает использование водорода особенно опасным в закрытых помещениях, таких как туннели или подземные парковки. [130] Чистое водородно-кислородное пламя горит в ультрафиолетовой цветовой гамме и почти невидимо невооруженным глазом, поэтому датчик пламенинеобходим для обнаружения утечки водорода. Как и природный газ, водород не имеет запаха, и утечки невозможно определить по запаху. По этой причине в природный газ вводится одорант, вызывающий запах тухлых яиц.

Водородные нормы и стандарты - это коды и стандарты для транспортных средств на водородных топливных элементах , стационарных топливных элементов и портативных топливных элементов . Существуют нормы и стандарты по безопасному обращению с водородом и его хранению, например, стандарт Национальной ассоциации противопожарной защиты по установке стационарных энергетических систем на топливных элементах .

Кодексы и стандарты неоднократно назывались основным институциональным препятствием на пути внедрения водородных технологий и развития водородной экономики. С 2019 года требуются международные стандарты для транспортировки, хранения и отслеживания воздействия на окружающую среду. [5]

Одна из мер в дорожной карте - внедрение более высоких стандартов безопасности, таких как раннее обнаружение утечек с помощью датчиков водорода . [131] [ нуждается в обновлении ] Канадская программа водородной безопасности пришла к выводу, что заправка водородом так же или даже безопаснее, как заправка сжатым природным газом (КПГ). [132] Европейская комиссия профинансировала первую в мире программу высшего образования в области водородной техники безопасности в Университете Ольстера . Ожидается, что широкая публика сможет использовать водородные технологии в повседневной жизни, по крайней мере, с таким же уровнем безопасности и комфорта, как при использовании сегодняшних ископаемых видов топлива.

Затраты [ править ]

Себестоимость добычи H2 ($ -gge без налогообложения) [ глобализация ] при различных ценах на природный газ

Хотя большая часть существующей газовой сети может быть повторно использована со 100% -ным водородом, отказ от природного газа на большой территории, такой как Великобритания, потребует огромных инвестиций. [1] Переход с природного газа на низкоуглеродное отопление обходится дороже, если углеродные затраты природного газа не отражаются в его цене. [133]

Мощности электростанции, которые сейчас не используются в ночное время, можно было бы использовать для производства зеленого водорода, но этого было бы недостаточно; [134] поэтому необходим бирюзовый водород от экологически чистого пиролиза метана или голубой водород с улавливанием и хранением углерода , возможно, после автотермического риформинга метана, а не парового риформинга метана . [1]

По состоянию на 2020 год зеленый водород стоит от 2,50 до 6,80 долларов за килограмм, бирюзовый водород от 1,40 до 2,40 доллара за кг или синий водород от 1,40 до 2,40 доллара за кг по сравнению с высокоуглеродистым серым водородом по цене от 1 до 1,80 доллара за кг. [134] Использование водорода может обеспечить рентабельный вариант замены ископаемого топлива, загрязняющего углерод, в приложениях, в которых сокращение выбросов в противном случае было бы непрактичным и / или дорогостоящим. [135] Это может включать тепло для зданий и промышленности, конверсию электростанций, работающих на природном газе, [136] и топливо для авиации и, что особенно важно, для тяжелых грузовиков. [137]

В Австралии Австралийское агентство по возобновляемым источникам энергии (ARENA) инвестировало 55 миллионов долларов в 28 водородных проектов, от исследований и разработок на ранних стадиях до испытаний и внедрения на ранних стадиях. Заявленная цель агентства - производить водород путем электролиза по цене 2 доллара за килограмм, как объявил министр энергетики и выбросов Ангус Тейлор в Заявлении о технологиях с низким уровнем выбросов от 2021 года. [138]

Примеры и пилотные программы [ править ]

Mercedes-Benz Ø530 Citaro работает на водородных топливных элементах, в Брно , Чехия .

Распределение водорода для транспортных целей в настоящее время [ когда? ] проходит испытания по всему миру, особенно в США ( Калифорния , Массачусетс ), Канаде , Японии , ЕС ( Португалия , Норвегия , Дания , Германия ) и Исландии , но цена очень высока.

Несколько отечественных автомобилей США разработали автомобили, использующие водород, например GM и Toyota. [139] Однако по состоянию на февраль 2020 года водородная инфраструктура была развита недостаточно, за исключением некоторых частей Калифорнии. [140] У США есть собственная водородная политика . [ необходима цитата ] Совместное предприятие между NREL и Xcel Energy объединяет энергию ветра и водорода таким же образом в Колорадо. [141] Hydro в Ньюфаундленде и Лабрадоре преобразовывают нынешнюю ветро-дизельную энергосистему. на удаленном острове Рамеа на объект гибридных ветро-водородных энергосистем . [142] Подобный пилотный проект на острове Стюарт использует солнечную энергию вместо энергии ветра для выработки электроэнергии. Когда после полной зарядки аккумуляторов появляется избыток электроэнергии, водород генерируется путем электролиза и сохраняется для последующего производства электроэнергии топливным элементом. [143] В США уже есть крупная система газопроводов. [144]

Страны ЕС, которые уже имеют относительно большую систему трубопроводов природного газа, включают Бельгию , Германию , Францию и Нидерланды . [144] В 2020 году ЕС создал Европейский альянс за чистый водород (ECHA). [145] [146]

Великобритания начала пилотные ячейки программы топлива в январе 2004 года, программа побежала два топливных ячейки автобусов по маршруту 25 в Лондоне до декабря 2005 года, и не переключилась на маршрут RV1 до января 2007 года [147] Водород Экспедиция в настоящее время работает над созданием водорода корабль, работающий на топливных элементах, и его использование для кругосветного плавания, как способ продемонстрировать возможности водородных топливных элементов. [148]

Департамент планирования и инфраструктуры Западной Австралии эксплуатировал три автобуса на топливных элементах Daimler Chrysler Citaro в рамках своего испытательного проекта «Устойчивая транспортная энергия для топливных элементов в Перте». [149] Автобусы эксплуатировались компанией Path Transit на регулярных маршрутах общественного транспорта Transperth. Испытания начались в сентябре 2004 г. и завершились в сентябре 2007 г. В топливных элементах автобусов использовалась протонообменная мембранная система, и они снабжались неочищенным водородом с нефтеперерабатывающего завода BP в Квинане, к югу от Перта. Водород был побочным продуктом производственного процесса на НПЗ. Заправку автобусов производили на станции в северном пригороде Перт Малаги.

Исландия взяла на себя обязательство стать первой в мире водородной экономикой к 2050 году. [150] Исландия находится в уникальном положении. В настоящее время [ когда? ] он импортирует все нефтепродукты, необходимые для питания своих автомобилей и рыболовного флота . Исландия обладает большими геотермальными ресурсами, настолько большими, что местная цена на электроэнергию на самом деле ниже, чем цена углеводородов, которые могут быть использованы для производства этой электроэнергии.

Исландия уже конвертирует излишки электроэнергии в экспортируемые товары и заменители углеводородов. В 2002 г. он произвел 2 000 тонн газообразного водорода путем электролиза, в основном для производства аммиака (NH 3 ) для удобрений. Аммиак производится, транспортируется и используется во всем мире, и 90% стоимости аммиака составляет стоимость энергии для его производства.

Ни одна из отраслей не заменяет углеводороды напрямую. В Рейкьявике , Исландия, был небольшой пилотный парк городских автобусов, работающих на сжатом водороде [151], и в настоящее время ведутся исследования по обеспечению водородом национального рыболовного флота (например, такими компаниями, как Icelandic New Energy ). В более практических целях Исландия могла бы обрабатывать импортируемую нефть водородом для ее увеличения, а не для ее полной замены.

Автобусы Рейкьявика являются частью более крупной программы HyFLEET: CUTE [152], эксплуатирующей водородные автобусы в восьми европейских городах. Автобусы HyFLEET: CUTE также работали в Пекине, Китай, и Перте, Австралия (см. Ниже). Пилотный проект, демонстрирующий водородную экономику, действует на норвежском острове Утсира . Установка сочетает в себе энергию ветра и водородную энергию. В периоды избытка энергии ветра избыток энергии используется для производства водорода путем электролиза . Водород хранится и используется для выработки электроэнергии в периоды слабого ветра. [ необходима цитата ]

Говорят, что Индия переходит на водород и H-CNG по нескольким причинам, среди которых тот факт, что национальное развертывание сетей природного газа уже происходит, а природный газ уже является основным топливом для транспортных средств. Кроме того, Индия страдает от сильного загрязнения воздуха в городских районах. [153] [154]

Однако в настоящее время водородная энергетика находится только на стадии исследований, разработок и демонстраций (НИОКР). [155] [156] В результате количество водородных станций может все еще быть небольшим, [157] хотя ожидается, что вскоре будет введено гораздо больше. [158] [159] [160]

Министерство энергетики и природных ресурсов турецкой и Организации Объединенных Наций по промышленному развитию подписали соглашение о целевых фондов в размере $ 40 миллионов в 2003 году для создания Международного центра водородных энергетических технологий (ЮНИДО МЦВЭ) в Стамбуле , который был введен в эксплуатацию в 2004 году. [161] Водородный вилочный погрузчик, водородная тележка и передвижной дом, работающий от возобновляемых источников энергии, демонстрируются в помещениях UNIDO-ICHET. Система бесперебойного питания работает с апреля 2009 года в штаб-квартире компании Istanbul Sea Buses .

Еще одним показателем наличия крупной газовой инфраструктуры, уже существующей в странах и используемой гражданами, является количество транспортных средств, работающих на природном газе, имеющихся в стране. Страны с наибольшим количеством транспортных средств на природном газе (по порядку величины): [162] Иран , Китай , Пакистан , Аргентина , Индия , Бразилия , Италия , Колумбия , Таиланд , Узбекистан , Боливия , Армения , Бангладеш , Египет , Перу. , Украина, США . Транспортные средства, работающие на природном газе, также можно переоборудовать для работы на водороде .

Некоторые больницы установили комбинированные блоки электролизера-накопителя-топливного элемента для местного аварийного электроснабжения. Они полезны для аварийного использования из-за их низких требований к техническому обслуживанию и простоты размещения по сравнению с генераторами с приводом от внутреннего сгорания. [ необходима цитата ]

Кроме того, в некоторых частных домах можно найти микро-ТЭЦ на топливных элементах , которые могут работать на водороде или других видах топлива, таких как природный газ или сжиженный нефтяной газ. [163] [164] При работе на природном газе используется паровой риформинг природного газа для преобразования природного газа в водород перед использованием в топливном элементе. Таким образом, при этом по-прежнему выделяется CO2 (см. Реакцию), но (временно) работа на этом может быть хорошим решением до момента, когда водород начинает распределяться по системе трубопроводов (природного газа).

Частичная водородная экономия [ править ]

Водород - это просто способ хранения и передачи энергии. Развитие энергетики различных альтернативных сценариев передачи и хранения энергии, которые начинаются с производства водорода, но не используют его для всех частей инфраструктуры хранения и передачи, может быть более экономичным как в ближайшей, так и в долгосрочной перспективе. К ним относятся:

Аммиачная экономика [ править ]

Альтернативой газообразному водороду в качестве энергоносителя является связывание его с азотом из воздуха для производства аммиака, который можно легко сжижать, транспортировать и использовать (прямо или косвенно) в качестве чистого и возобновляемого топлива . [165] [166] Например, исследователи из CSIRO в Австралии в 2018 заправили автомобили Toyota Mirai и Hyundai Nexo водородом, отделенным от аммиака с помощью мембранной технологии. [30]

Гибридные тепловые насосы [ править ]

Гибридные тепловые насосы (не путать с гибридами воздух-вода ) также включают в себя котел, который может работать на метане или водороде, и может быть путем к полной декарбонизации отопления жилых помещений, поскольку котел будет использоваться для пополнения отопления в погодных условиях. было очень холодно. [167]

Bio-SNG [ править ]

По состоянию на 2019 год, хотя технически возможное производство синтез-газа из водорода и диоксида углерода из биоэнергетики с улавливанием и хранением углерода (BECCS) посредством реакции Сабатье ограничено количеством доступной устойчивой биоэнергии: [168] поэтому любой био-SNG производится может быть зарезервирован для производства авиационного биотоплива . [169]

См. Также [ править ]

  • Политика США в отношении водорода
  • Повреждение водородом
  • Хрупкость водорода
  • Альтернативное топливо
  • Развитие энергетики
  • Совместная технологическая инициатива топливных элементов и водорода
  • Муравьиная кислота
  • Автомобиль с водородным двигателем внутреннего сгорания
  • Водородная премия
  • Самолет на водороде
  • Международный журнал водородной энергетики
  • Сообщество водорода Лолланда
  • Пиролиз метана

Ссылки [ править ]

  1. ^ a b c «Переход на водород: оценка инженерных рисков и неопределенностей» . theiet.org . Архивировано 19 июня 2020 года . Проверено 11 апреля 2020 .
  2. ^ Новости CCJ. «Как грузовики на топливных элементах производят электроэнергию и как они заправляются топливом» . CCJ News . Журнал коммерческого перевозчика. Архивировано 19 октября 2020 года . Проверено 19 октября 2020 года .
  3. ^ «Портфолио силовых поездов для Европы: анализ фактов» (PDF) . Международное партнерство по водороду и топливным элементам в экономике . Архивировано из оригинального (PDF) 15 октября 2017 года . Дата обращения 9 сентября 2020 .
  4. ^ Тойота. «Грузовик с водородными топливными элементами класса 8» . Грузовик с водородным двигателем будет работать в тяжелых условиях и с чистыми выбросами . Toyota. Архивировано 19 октября 2020 года . Проверено 19 октября 2020 года .
  5. ^ a b c МЭА, второе полугодие 2019 г. , стр. 13
  6. ^ «Водород - не топливо будущего. Он уже здесь» . Всемирный экономический форум . Архивировано 2 ноября 2019 года . Проверено 29 ноября 2019 .
  7. ^ Соизволите, Джейсон (2019-10-14). «10 стран, движущихся к экологически чистой водородной экономике» . greentechmedia.com . Архивировано 9 декабря 2019 года . Проверено 29 ноября 2019 .
  8. ^ Prinzhofer, Ален; Тахара Сиссе, Чейк Сиди; Диалло, Алиу Бубакар (октябрь 2018 г.). «Открытие большого скопления природного водорода в Буракебугу (Мали)». Международный журнал водородной энергетики . 43 (42): 19315–19326. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2018.08.193 .
  9. ^ Ларин, Николай; Згонник, Вячеслав; Родина, Светлана; Девиль, Эрик; Принцхофер, Ален; Ларин, Владимир Н. (сентябрь 2015 г.). «Природный молекулярный водородный просачивание, связанный с поверхностными, округлыми впадинами на Европейском кратоне в России». Исследование природных ресурсов . 24 (3): 369–383. DOI : 10.1007 / s11053-014-9257-5 . S2CID 128762620 . 
  10. ↑ Гоше, Эрик К. (1 февраля 2020 г.). «Новые перспективы в промышленных исследованиях природного водорода» . Элементы . 16 (1): 8–9. DOI : 10,2138 / gselements.16.1.8 .
  11. ^ Truche, Лоран; Базаркина, Елена Федоровна (2019). «Природный водород - топливо 21 века» . E3S Сеть конференций . 98 : 03006. Bibcode : 2019E3SWC..9803006T . DOI : 10.1051 / e3sconf / 20199803006 .
  12. ^ Снайдер, Джон (2019-09-05). «Водородные топливные элементы набирают обороты в морском секторе» . Ривьера Маритайм Медиа . Архивировано 8 февраля 2021 года . Проверено 29 ноября 2020 .
  13. ^ «Мировой рынок производства водорода | Отраслевой отчет, 2020-2027» . Архивировано 16 апреля 2019 года . Проверено 5 марта 2019 .
  14. ^ a b Upham, Д. Честер; Агарвал, Вишал; Хечфе, Александр; Snodgrass, Zachary R .; Гордон, Майкл Дж .; Метиу, Хория; МакФарланд, Эрик У. (17 ноября 2017 г.). «Каталитические расплавленные металлы для прямого превращения метана в водород и отделяемый углерод» . Наука . 358 (6365): 917–921. Bibcode : 2017Sci ... 358..917U . DOI : 10.1126 / science.aao5023 . PMID 29146810 . S2CID 206663568 .  
  15. ^ BASF. «Исследователи BASF работают над принципиально новыми процессами производства с низким содержанием углерода, пиролизом метана» . Устойчивое развитие США . BASF. Архивировано 19 октября 2020 года . Проверено 19 октября 2020 года .
  16. ^ UKCCC H2 2018 , стр. 20
  17. ^ «Водород может помочь декарбонизировать мировую экономику» . Financial Times . Архивировано 17 сентября 2019 года . Проверено 31 августа 2019 .
  18. ^ МЭА, второе полугодие 2019 г. , стр. 18
  19. ^ Национальная водородная ассоциация; Министерство энергетики США. «История водорода» (PDF) . Hydrogenassociation.org . Национальная водородная ассоциация. п. 1. Архивировано из оригинального (PDF) 14 июля 2010 года . Проверено 17 декабря 2010 года .
  20. ^ « Дедал или Наука и будущее , доклад, прочитанный еретикам, Кембридж, 4 февраля 1923 года - стенограмма 1993 года» . Архивировано 15 ноября 2017 года . Проверено 16 января 2016 .
  21. ↑ Джонс, Лоуренс W (13 марта 1970 г.). К экономии жидкого водородного топлива . Экологические действия Мичиганского университета в поддержку выживания. Анн-Арбор, Мичиган: Мичиганский университет . ЛВП : 2027,42 / 5800 .
  22. ^ Баккер, Сьерд (2010). «Автомобильная промышленность и развал водородной шумихи» (PDF) . Энергетическая политика . 38 (11): 6540–6544. DOI : 10.1016 / j.enpol.2010.07.019 . Архивировано (PDF) из оригинала 2018-11-03 . Проверено 11 декабря 2019 .
  23. ^ Харрисон, Джеймс. «Реакции: водородная шумиха» . Инженер-химик . 58 : 774–775. Архивировано 8 февраля 2021 года . Проверено 31 августа 2017 .
  24. ^ Рицци, Франческо Аннунциата, Элеонора Либерати, Гульельмо Фрей, Марко (2014). «Технологические траектории в автомобилестроении: возможны ли водородные технологии?». Журнал чистого производства . 66 : 328–336. DOI : 10.1016 / j.jclepro.2013.11.069 .CS1 maint: несколько имен: список авторов ( ссылка )
  25. ^ Мерэй, Shusuke (2018-03-05). «Ведущие японские автомобильные и энергетические компании объединились, чтобы способствовать развитию водородных станций» . The Japan Times Online . Japan Times. Архивировано 17 апреля 2018 года . Проверено 16 апреля 2018 года .
  26. ^ Мишра, Анкит (2018-03-29). «Перспективы электромобилей на топливных элементах увеличиваются при поддержке Китая» . Энергетический пост. Архивировано 17 апреля 2018 года . Проверено 16 апреля 2018 года .
  27. ^ a b МЭА, второе полугодие 2019 г. , стр. 17
  28. ^ МЭА, второе полугодие 2019 г. , стр. 14
  29. ^ Крэбтри, Джордж У .; Dresselhaus, Mildred S .; Бьюкенен, Мишель В. (2004). The Hydrogen Economy (PDF) (Технический отчет). Архивировано (PDF) из оригинала 10.04.2020 . Проверено 5 марта 2020 .
  30. ^ a b Мили, Рэйчел. «Автомобильные водородные мембраны - огромный прорыв для автомобилей». Архивировано 10 июня 2019 г. в Wayback Machine , ABC , 8 августа 2018 г.
  31. ^ "Архивная копия" . Аргоннская национальная лаборатория. Архивировано из оригинала на 2007-09-22 . Проверено 15 июня 2007 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  32. ^ Аргоннская национальная лаборатория . «Конфигурация и технологические последствия потенциальных применений ядерной водородной системы» (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 5 августа 2013 года . Проверено 29 мая 2013 года .
  33. ^ "Программа автомобильных технологий: Факт № 205: 25 февраля 2002 г. Стоимость водорода и мировое производство" . .eere.energy.gov. Архивировано 01 июля 2013 года . Проверено 19 сентября 2009 .
  34. ^ a b "Bellona-HydrogenReport" . Interstatetraveler.us. Архивировано 3 июня 2016 года . Проверено 5 июля 2010 .
  35. ^ a b c d BMWi (июнь 2020 г.). Национальная водородная стратегия (PDF) . Берлин, Германия: Федеральное министерство экономики и энергетики (BMWi). Архивировано (PDF) из оригинала 13 декабря 2020 года . Проверено 27 ноября 2020 .
  36. ^ Сансом, Роберт; Бакстер, Дженифер; Браун, Энди; Хоксворт, Стюарт; Маккласки, Ян (2020). Переход на водород: оценка инженерных рисков и неопределенностей (PDF) . Лондон, Соединенное Королевство: Институт инженерии и технологий (IET). Архивировано (PDF) из оригинала на 2020-05-08 . Проверено 22 марта 2020 .
  37. ^ a b c Ван де Грааф, Тиджс; Оверленд, Индра; Шолтен, Даниэль; Вестфаль, Кирстен (декабрь 2020 г.). «Новая нефть? Геополитика и международное управление водородом» . Энергетические исследования и социальные науки . 70 : 101667. дои : 10.1016 / j.erss.2020.101667 . PMC 7326412 . PMID 32835007 .  
  38. ^ Брюс, S; Temminghoff, M; Hayward, J; Шмидт, Э; Маннингс, C; Palfreyman, D; Хартли, П. (2018). Национальная дорожная карта по водороду: пути к экономически устойчивой водородной отрасли в Австралии (PDF) . Австралия: CSIRO. Архивировано (PDF) из оригинала на 2020-12-08 . Проверено 28 ноября 2020 .
  39. ^ a b Ошибка цитирования: указанная ссылка xxбыла вызвана, но не была определена (см. страницу справки ).
  40. ^ Zgonnik, Viacheslav (апрель 2020). «Возникновение и геонауки природного водорода: всесторонний обзор». Обзоры наук о Земле . 203 : 103140. Bibcode : 2020ESRv..20303140Z . DOI : 10.1016 / j.earscirev.2020.103140 .
  41. ^ "Natural Hydrogen Energy LLC" . Архивировано 25 октября 2020 года . Проверено 29 сентября 2020 .
  42. ^ «Определение зеленого водорода» (PDF) . Партнерство в области чистой энергии . Проверено 6 сентября 2014 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  43. ^ "Бурый уголь ступенькой водородной экономики | ECT" . Архивировано 8 апреля 2019 года . Проверено 3 июня 2019 .
  44. ^ а б Шнайдер, Стефан; Баджор, Зигфрид; Граф, Франк; Колб, Томас (октябрь 2020 г.). «Современное состояние производства водорода путем пиролиза природного газа» . ChemBioEng Обзоры . 7 (5): 150–158. DOI : 10.1002 / cben.202000014 .
  45. ^ Sampson2019-02-11T10: 48: 00 + 00: 00, Джоанна. «Голубой водород для зеленого будущего» . газовый мир . Архивировано 9 мая 2019 года . Проверено 3 июня 2019 .
  46. ^ «Фактическое мировое производство водорода из…» . Арно Эверс. Декабрь 2008. Архивировано из оригинала на 2015-02-02 . Проверено 9 мая 2008 .
  47. ^ Фернандес, Соня. «Исследователи разрабатывают потенциально недорогую технологию с низким уровнем выбросов, которая может преобразовывать метан без образования CO2» . Phys-Org . Американский институт физики. Архивировано 19 октября 2020 года . Проверено 19 октября 2020 года .
  48. ^ BASF. «Исследователи BASF работают над принципиально новыми процессами производства с низким содержанием углерода, пиролизом метана» . Устойчивое развитие США . BASF. Архивировано 19 октября 2020 года . Проверено 19 октября 2020 года .
  49. ^ Палмер, Кларк; Упхэм, Д. Честер; Умный, Саймон; Гордон, Майкл Дж .; Метиу, Хория; МакФарланд, Эрик У. (январь 2020 г.). «Сухой риформинг метана, катализируемый расплавленными металлическими сплавами». Природный катализ . 3 (1): 83–89. DOI : 10.1038 / s41929-019-0416-2 . S2CID 210862772 . 
  50. ^ Картрайт, Джон. «Реакция, которая навсегда даст нам чистое ископаемое топливо» . NewScientist . New Scientist Ltd. Архивировано 26 октября 2020 года . Проверено 30 октября 2020 года .
  51. ^ Технологический институт Карлсруэ. «Водород из метана без выбросов СО2» . Phys.Org . Phys.Org. Архивировано 21 октября 2020 года . Проверено 30 октября 2020 года .
  52. ^ Бадвал, Сухвиндер PS; Giddey, Sarbjit S .; Маннингс, Кристофер; Bhatt, Anand I .; Холленкамп, Энтони Ф. (24 сентября 2014 г.). «Новые технологии электрохимического преобразования и хранения энергии» . Границы химии . 2 : 79. Bibcode : 2014FrCh .... 2 ... 79B . DOI : 10.3389 / fchem.2014.00079 . PMC 4174133 . PMID 25309898 .  
  53. ^ Вернер Циттель; Райнхольд Вурстер (1996-07-08). «Глава 3: Производство водорода. Часть 4: Производство электроэнергии с помощью электролиза» . HyWeb: Знание - Водород в энергетическом секторе . Ludwig-Bölkow-Systemtechnik GmbH. Архивировано 07 февраля 2007 года . Проверено 1 октября 2010 .
  54. ^ Бьёрнар Крузе; Сондре Гринна; Като Бух (13 февраля 2002). «Водород - состояние и возможности» . Фонд Беллона. Архивировано из оригинального (PDF) 02.07.2011. Прогнозируется КПД электролизеров на основе ПЭМ до 94%, но в настоящее время это только теоретически.
  55. ^ «Высокоскоростной и высокоэффективный 3D-электролиз воды» . Grid-shift.com. Архивировано из оригинала на 2012-03-22 . Проверено 13 декабря 2011 .
  56. ^ «Широкое распространение конкурентного водородного решения» (PDF) . nelhydrogen.com . Nel ASA. Архивировано (PDF) из оригинала 22.04.2018 . Проверено 22 апреля 2018 года .
  57. ^ Филибер, Седрик. «Комментарий: Производство промышленного водорода из возобновляемых источников энергии» . iea.org . Международное энергетическое агентство. Архивировано 22 апреля 2018 года . Проверено 22 апреля 2018 года .
  58. ^ МЭА, второе полугодие 2019 г. , стр. 37
  59. ^ «Сколько электроэнергии / воды необходимо для производства 1 кг H2 путем электролиза?» . Архивировано 17 июня 2020 года . Дата обращения 17 июня 2020 .
  60. ^ https://www.hfpeurope.org/infotools/energyinfos__e/hydrogen/main03.html [ постоянная мертвая ссылка ]
  61. ^ Тао, Юнчжэнь; Чен, Ян; У Юнцян; Он, Янлин; Чжоу, Чжихуа (1 февраля 2007 г.). «Высокий выход водорода из двухступенчатого процесса темновой и фотоферментации сахарозы». Международный журнал водородной энергетики . 32 (2): 200–206. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2006.06.034 . ИНИСТ : 18477081 .
  62. ^ «Производство водорода из твердых органических веществ» . Biohydrogen.nl. Архивировано 20 июля 2011 года . Проверено 5 июля 2010 .
  63. ^ Хемшемайер, Аня; Мелис, Анастасиос; Хаппе, Томас (декабрь 2009 г.). «Аналитические подходы к фотобиологическому производству водорода в одноклеточных зеленых водорослях» . Фотосинтез Исследования . 102 (2–3): 523–540. DOI : 10.1007 / s11120-009-9415-5 . PMC 2777220 . PMID 19291418 .  
  64. ^ «NanoLogix генерирует энергию на месте с помощью водорода, произведенного в биореакторе» . Твердотельная технология . 20 сентября, 2007. Архивировано из оригинала на 2018-05-15 . Дата обращения 14 мая 2018 .
  65. ^ «Электростанции, использующие микробные топливные элементы» (на голландском). Архивировано 8 февраля 2021 года . Проверено 5 июля 2010 .
  66. ^ "2001-Электролиз высокого давления - ключевая технология для эффективного H.2" (PDF) . Проверено 5 июля 2010 . [ постоянная мертвая ссылка ]
  67. ^ Кармо, М; Fritz D; Mergel J; Столтен Д. (2013). «Комплексный обзор электролиза воды PEM». Журнал водородной энергетики . 38 (12): 4901–4934. DOI : 10.1016 / j.ijhydene.2013.01.151 .
  68. ^ "2003-PHOEBUS-Pag.9" (PDF) . Архивировано из оригинального (PDF) 27 марта 2009 года . Проверено 5 июля 2010 .
  69. ^ "Финляндия экспортирует заправочные станции TEN-T" . Архивировано 28 августа 2016 года . Проверено 22 августа 2016 .
  70. ^ "Тепло пара: исследователи готовятся к полномасштабной водородной установке" (пресс-релиз). Science Daily . 18 сентября 2008 г. Архивировано 21 сентября 2008 года . Проверено 19 сентября 2008 .
  71. ^ "План исследований и разработок в области атомного водорода" (PDF) . Министерство энергетики США . Март 2004. Архивировано из оригинального (PDF) 18 мая 2008 года . Проверено 9 мая 2008 .
  72. ^ Валенти, Джованни; Бони, Алессандро; Мельчионна, Микеле; Карнелло, Маттео; Наси, Лючия; Бертони, Джованни; Gorte, Raymond J .; Маркаччо, Массимо; Рапино, Стефания; Бонкио, Марселла; Форнасьеро, Паоло; Прато, Маурицио; Паолуччи, Франческо (декабрь 2016 г.). «Коаксиальные гетероструктуры, объединяющие диоксид палладия / титана с углеродными нанотрубками для эффективного электрокаталитического выделения водорода» . Nature Communications . 7 (1): 13549. Bibcode : 2016NatCo ... 713549V . DOI : 10.1038 / ncomms13549 . PMC 5159813 . PMID 27941752 .  
  73. ^ Уильям Айерс, Патент США 4466869 Фотолитическое производство водорода
  74. ^ Наварро Йерга, Руфино М .; Альварес Гальван, М. Консуэло; дель Валле, Ф .; Виллория де ла Мано, Хосе А .; Фиерро, Хосе Л.Г. (22 июня 2009 г.). «Расщепление воды на полупроводниковых катализаторах при облучении видимым светом». ChemSusChem . 2 (6): 471–485. DOI : 10.1002 / cssc.200900018 . PMID 19536754 . 
  75. ^ Наварро, РМ; Del Valle, F .; Виллория де ла Мано, JA; Альварес-Гальван, MC; Фиерро, JLG (2009). «Фотокаталитическое расщепление воды в видимом свете». Успехи химической инженерии - Фотокаталитические технологии . Успехи в химической инженерии. 36 . С. 111–143. DOI : 10.1016 / S0065-2377 (09) 00404-9 . ISBN 978-0-12-374763-1.
  76. ^ Нанн, Томас; Ибрагим, Саад К .; Вой, Пей-Мэн; Сюй, Шу; Зиглер, Ян; Пикетт, Кристофер Дж. (22 февраля 2010 г.). «Расщепление воды видимым светом: нанофотокатод для производства водорода» . Angewandte Chemie International Edition . 49 (9): 1574–1577. DOI : 10.1002 / anie.200906262 . PMID 20140925 . 
  77. ↑ Ямамура, Тетсуши (2 августа 2015 г.). «Panasonic приближается к самообеспечению дома энергией с помощью топливных элементов» . Асахи Симбун . Архивировано из оригинального 7 -го августа 2015 года . Проверено 2 августа 2015 .
  78. ^ «Портал DLR - ученые DLR достигают производства солнечного водорода на 100-киловаттной экспериментальной установке» . Dlr.de. 2008-11-25. Архивировано 22 июня 2013 года . Проверено 19 сентября 2009 .
  79. ^ «353 термохимических цикла» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 05.02.2009 . Проверено 5 июля 2010 .
  80. ^ UNLV База данных автоматической оценки термохимического цикла (общедоступная) [ постоянная мертвая ссылка ]
  81. ^ "Развитие термохимического производства водорода из воды на солнечных батареях" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 17 апреля 2007 года . Проверено 5 июля 2010 .
  82. ^ http://www.nedstack.com/images/stories/news/documents/20120202_Press%20release%20Solvay%20PEM%20Power%20Plant%20start%20up.pdf Архивировано 8 декабря 2014 г.на Wayback Machine Nedstack
  83. ^ «Различные газы из процессов производства стали» . Архивировано 27 марта 2016 года . Дата обращения 5 июля 2020 .
  84. ^ «Производство сжиженного водорода из COG» (PDF) . Архивировано 8 февраля 2021 года (PDF) . Проверено 8 июля 2020 .
  85. ^ Зубрин, Роберт (2007). Энергетическая победа . Амхерст, Нью-Йорк: Книги Прометея. стр.  117 -118. ISBN 978-1-59102-591-7. Однако ситуация намного хуже, потому что, прежде чем водород можно будет куда-либо транспортировать, его нужно либо сжать, либо сжижать. Чтобы превратить его в жидкость, его нужно охладить до температуры -253 ° C (20 градусов выше абсолютного нуля). При таких температурах фундаментальные законы термодинамики делают холодильники крайне неэффективными. В результате около 40 процентов энергии водорода должно быть потрачено на его сжижение. Это снижает фактическое содержание чистой энергии в нашем топливе до 792 ккал. Кроме того, поскольку это криогенная жидкость, можно ожидать, что будет потеряно еще больше энергии, поскольку водород выкипает, поскольку он нагревается за счет тепла, поступающего из внешней среды во время транспортировки и хранения.
  86. ^ Саввидес, Ник (2017-01-11). «Япония планирует использовать импортный сжиженный водород для топлива Олимпийских игр в Токио-2020» . Безопасность на море . Морской портал IHS Markit. Архивировано из оригинала на 2018-04-23 . Проверено 22 апреля 2018 года .
  87. ^ S.Sadaghiani, Mirhadi (2 марта 2017). «Внедрение и энергетический анализ новой конфигурации процесса криогенного сжижения водорода». Международный журнал водородной энергетики . 42 (9).
  88. ^ 1994 - Аннотация ECN. Архивировано 2 января 2004 г. на Wayback Machine . Hyweb.de. Проверено 8 января 2012.
  89. ^ Европейская Возобновляемая сеть Energy архивации 2019-07-17 на Вайбак машины стр. 86, 188
  90. ^ «Хранение энергии - роль электричества» (PDF) . Европейская комиссия . Европейская комиссия. Архивировано из оригинального (PDF) 8 ноября 2020 года . Проверено 22 апреля 2018 года .
  91. ^ "Хёндер" . Архивировано 11 ноября 2013 года . Проверено 11 ноября 2013 .
  92. ^ Хранение возобновляемой энергии: является ли водород жизнеспособным решением? [ постоянная мертвая ссылка ]
  93. ^ «ЭФФЕКТИВНОЕ ПРИНЯТИЕ ЭНЕРГИИ СЕВЕРНОГО МОРЯ на берег» (PDF) . worldenergy.org . Мировой энергетический совет Нидерландов. Архивировано (PDF) из оригинала 23 апреля 2018 года . Проверено 22 апреля 2018 года .
  94. ^ Gerdes, джастин (2018-04-10). «Внесение заброшенных нефтяных и газовых скважин в« электронные запасы » » . greentechmedia.com . Вуд Маккензи. Архивировано 23 апреля 2018 года . Проверено 22 апреля 2018 года .
  95. ^ Анскомб, Nadya (4 июня 2012). «Хранение энергии: может ли водород быть ответом?» . Солнечный Новус сегодня . Архивировано 19 августа 2013 года . Проверено 3 ноября 2012 года .
  96. ^ Naturalhy Архивировано 18 января 2012 г. в Wayback Machine
  97. ^ Журнал Kijk, 10, 2019
  98. ^ 50% водорода для Европы. Манифест Фрэнка Воутерса и Ада ван Вейка
  99. ^ Bhadhesia, Гарри. «Предотвращение водородного охрупчивания сталей» (PDF) . Группа исследований фазовых превращений и сложных свойств, Кембриджский университет . Архивировано 11 ноября 2020 года (PDF) . Дата обращения 17 декабря 2020 .
  100. ^ МЭА, второе полугодие 2019 г. , стр. 15
  101. ^ "Водородная стратегия Японии и ее экономические и геополитические последствия" . Etudes de l'Ifri . Архивировано 10 февраля 2019 года . Проверено 9 февраля 2019 .
  102. ^ "Амбиции водородной экономики Южной Кореи" . Дипломат . Архивировано 9 февраля 2019 года . Проверено 9 февраля 2019 .
  103. ^ «В городе Намиэ в Фукусиме завершено производство водорода самого крупного класса в мире, Фукусима, область исследований водородной энергии (FH2R)» . Пресс-релизы Toshiba Energy . Корпорации Toshiba Energy Systems and Solutions. 7 марта 2020. Архивировано 22 апреля 2020 года . Дата обращения 1 апреля 2020 .
  104. ^ Редактор (2019-06-14). «Водород может заменить природный газ для обогрева домов и сокращения выбросов углерода, - говорится в новом отчете | Envirotec» . Архивировано 25 сентября 2019 года . Проверено 25 сентября 2019 .CS1 maint: дополнительный текст: список авторов ( ссылка )
  105. ^ Мюррей, Джессика (2020-01-24). «Водород с нулевым содержанием углерода, впервые введенный в газовую сеть в ходе новаторских испытаний в Великобритании» . Хранитель . ISSN 0261-3077 . Архивировано 24 января 2020 года . Проверено 24 января 2020 . 
  106. ^ frankwouters1 (07.05.2019). «Европейский манифест водорода» . Фрэнк Воутерс . Архивировано 20 сентября 2020 года . Проверено 2 декабря 2019 .
  107. ^ "idealhy.eu - Схема жидкого водорода" . idealhy.eu . Архивировано 11 ноября 2020 года . Проверено 2 декабря 2019 .
  108. ^ Электроэнергия из древесины посредством комбинации газификации и твердооксидных топливных элементов. Архивировано 13 марта2011 г. в Wayback Machine , доктор философии. Диссертация Флориана Нагеля, Швейцарский федеральный технологический институт в Цюрихе, 2008 г.
  109. ^ «Отношение мощности к весу» . .eere.energy.gov. 2009-06-23. Архивировано из оригинала на 2010-06-09 . Проверено 5 июля 2010 .
  110. ^ "Оценки пробега EPA" . Honda FCX Clarity - Технические характеристики автомобиля . Американская Honda Motor Company . Архивировано из оригинала на 1 июля 2013 года . Проверено 17 декабря 2010 года .
  111. ^ «Офис технологий топливных элементов; достижения и прогресс» . Министерство энергетики США. Архивировано 15 апреля 2018 года . Проверено 16 апреля 2018 года .
  112. ^ Руффо, Густаво Энрике. «Это видео сравнивает BEV с FCEV, и более эффективный ...» Архивировано 2020-10-26 на Wayback Machine , InsideEVs.com, 29 сентября 2019 г.
  113. ^ Аллен, Джеймс. "Honda: сейчас самое подходящее время для использования электромобилей". Архивировано 24 ноября 2020 г. в Wayback Machine , The Sunday Times , 4 ноября 2019 г.
  114. ↑ Бакстер, Том (3 июня 2020 г.). «Водородные автомобили не обгонят электромобили, потому что им препятствуют законы науки» . Разговор . Архивировано 31 июля 2020 года . Проверено 24 ноября 2020 года .
  115. ^ Клут, Андреас. «Каков водород и не будущее энергетики». Архивировано 24 ноября 2020 г. в Wayback Machine , Bloomberg.com. 9 ноября 2020 г.
  116. ^ Kreith, 2004
  117. ↑ Себа, Тони (23 октября 2015 г.). «Toyota vs Tesla - автомобили на водородных топливных элементах vs электромобили» . EnergyPost.eu . Архивировано 6 декабря 2016 года . Дата обращения 3 декабря 2016 .
  118. ^ Боссель, Ульрих (2006). «Имеет ли смысл водородная экономика?». Труды IEEE . 94 (10): 1826–1837. DOI : 10.1109 / JPROC.2006.883715 . S2CID 39397471 .  Зеркало архивации 2015-09-06 в Wayback Machine
  119. ^ Анн Мари Свенссон; Штеффен Мёллер-Холст; Ронни Глёкнер; Ола Морстад (сентябрь 2006 г.). «Полное исследование легковых автомобилей в норвежской энергосистеме». Энергия . 32 (4): 437–45. DOI : 10.1016 / j.energy.2006.07.029 .
  120. ↑ Бойд, Роберт С. (15 мая 2007 г.). «Водородные автомобили могут появиться еще долго» . McClatchy Newspapers. Архивировано из оригинала на 1 мая 2009 года . Проверено 9 мая 2008 .
  121. ^ Squatriglia, Чак (12 мая 2008). «Водородные автомобили не будут иметь значения в течение 40 лет» . Проводной . Архивировано 12 мая 2008 года . Проверено 13 мая 2008 .
  122. ^ Национальная инженерная академия (2004). Водородная экономика: возможности, затраты, препятствия и потребности в исследованиях и разработках . Вашингтон, округ Колумбия: The National Academies Press. DOI : 10.17226 / 10922 . ISBN 978-0-309-53068-2. Архивировано 8 сентября 2010 года . Проверено 17 декабря 2010 года .
  123. ↑ «Бизнес-план Ford Motor Company». Архивировано 27марта2017 г. в Wayback Machine , 2 декабря 2008 г.
  124. ^ Деннис, Лайл. «Nissan отказывается от водорода и будет строить только электромобили». Архивировано 21 декабря 2010 г.в Wayback Machine , All Cars Electric , 26 февраля 2009 г.
  125. ^ "Письмо о взаимопонимании 2009" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала 27.09.2013 . Проверено 8 июля 2012 .
  126. ^ "Водород для транспорта" архивации 2015-01-20 в Wayback Machine , The Carbon Trust , 28 ноября 2014. Проверено 20 января 2015 года.
  127. ^ Симпозиум BMW Group Clean Energy ZEV. Сентябрь 2006 г., стр. 12
  128. ^ "Liebreich: Отделение шумихи от водорода - Часть вторая: Сторона спроса" . BloombergNEF . 2020-10-16. Архивировано 26 января 2021 года . Проверено 26 января 2021 .
  129. ^ «Эта компания, возможно, решила одну из самых сложных проблем в области чистой энергии» . Vox. 2018-02-16. Архивировано 12 ноября 2019 года . Проверено 9 февраля 2019 .
  130. ^ Утгикар, Вивек П; Тизен, Тодд (2005). «Безопасность резервуаров для сжатого водородного топлива: утечки из стационарных транспортных средств». Технологии в обществе . 27 (3): 315–320. DOI : 10.1016 / j.techsoc.2005.04.005 .
  131. ^ «Датчик водорода: быстрый, чувствительный, надежный и недорогой в производстве» (PDF) . Аргоннская национальная лаборатория . Сентябрь 2006. Архивировано из оригинального (PDF) 01.07.2013 . Проверено 9 мая 2008 .
  132. ^ "Тестирование H2 / CNG Канадской программы безопасности водорода" . Hydrogenandfuelcellsafety.info . Архивировано из оригинала на 2011-07-21 . Проверено 5 июля 2010 .
  133. ^ UKCCC H2 2018 , стр. 113
  134. ^ a b «Тревожный сигнал о зеленом водороде: необходимое количество ветра и солнца огромно | Перезарядка» . Пополнить | Последние новости возобновляемой энергетики . Архивировано 11 апреля 2020 года . Проверено 11 апреля 2020 .
  135. ^ UKCCC H2 2018 , стр. 7
  136. ^ UKCCC H2 2018 , стр. 124
  137. ^ UKCCC H2 2018 , стр. 118
  138. ^ "Путь Австралии к 2 долларам за кг водорода - ARENAWIRE" . Австралийское агентство по возобновляемой энергии . Архивировано 15 декабря 2020 года . Проверено 6 января 2021 .
  139. ^ "Будут ли автомобили на водородных топливных элементах будущим автомобилей?" . ABC News . Архивировано 17 января 2021 года . Проверено 18 января 20 .
  140. ^ Сиддики, Фаиз. «У электромобиля есть свой момент. Но, несмотря на фальстарт, Toyota все еще пытается создать топливный элемент» . Вашингтон Пост . ISSN 0190-8286 . Архивировано 19 января 2021 года . Проверено 18 января 20 . 
  141. ^ «Экспериментальная система« ветер в водород »запущена и работает» . Physorg.com. 8 января 2007 года архивация с оригинала на 2013-07-01 . Проверено 9 мая 2008 .
  142. ^ «Центр водородных двигателей получил заказ на водородный электрогенератор мощностью 250 кВт для демонстрации ветра / водорода» (PDF) . Водород Центр двигателя, Inc. 16 мая 2006 года Архивировано из оригинального (PDF) на 27 мая 2008 года . Проверено 9 мая 2008 .
  143. ^ "Энергетическая инициатива острова Стюарт" . Архивировано 01 июля 2013 года . Проверено 9 мая 2008 .
  144. ^ a b «Транспорт и распределение водорода» . Архивировано 29 сентября 2019 года . Проверено 29 сентября 2019 .
  145. ^ "Архивная копия" . Архивировано 07 августа 2020 года . Проверено 14 августа 2020 .CS1 maint: заархивированная копия как заголовок ( ссылка )
  146. ^ «ЭХА» . Архивировано 12 августа 2020 года . Проверено 14 августа 2020 .
  147. ^ "Водородные автобусы" . Транспорт для Лондона. Архивировано из оригинального 23 марта 2008 года . Проверено 9 мая 2008 .
  148. ^ "Водородная экспедиция" (PDF) . Январь 2005. Архивировано из оригинального (PDF) 27 мая 2008 года . Проверено 9 мая 2008 .
  149. ^ "Испытание автобуса топливных элементов в Перте" . Департамент планирования и инфраструктуры правительства Западной Австралии . 13 апреля 2007 года Архивировано из оригинала 7 июня 2008 года . Проверено 9 мая 2008 .
  150. ^ Ханнессон, Хьяльмар W. (2007-08-02). «Изменение климата как глобальный вызов» . Министерство иностранных дел Исландии . Архивировано 01 июля 2013 года . Проверено 9 мая 2008 .
  151. ↑ Дойл, Алистер (14 января 2005 г.). «Водородные автобусы Исландии стремительно движутся к безмасляной экономике» . Рейтер. Архивировано с оригинала на 24 июля 2012 . Проверено 9 мая 2008 .
  152. ^ "Что такое HyFLEET: CUTE?" . Архивировано из оригинала на 2008-02-24 . Проверено 9 мая 2008 .
  153. ^ "Водородные автомобили и заправочная инфраструктура в Индии" (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала на 2017-06-12 . Проверено 28 сентября 2019 .
  154. Перейти ↑ Das, L (1991). «Характеристики выбросов выхлопных газов водородной системы двигателя: природа загрязняющих веществ и методы их контроля». Международный журнал водородной энергетики . 16 (11): 765–775. DOI : 10.1016 / 0360-3199 (91) 90075-Т .
  155. ^ «Минприроды России: FAQ» . Архивировано 21 сентября 2019 года . Проверено 28 сентября 2019 .
  156. ^ Обзор индийской водородной программы
  157. ^ «H2 станции по всему миру» . Архивировано 21 сентября 2019 года . Проверено 28 сентября 2019 .
  158. ^ "Индия работает над большим количеством станций H2" . Архивировано 21 сентября 2019 года . Проверено 28 сентября 2019 .
  159. ^ «Shell планирует открыть 1200 заправочных станций в Индии, некоторые из которых могут включать заправку H2» . Архивировано 22 сентября 2019 года . Проверено 28 сентября 2019 .
  160. ^ «Водородные автомобили и заправочная инфраструктура в Индии» (PDF) . Архивировано (PDF) из оригинала на 2017-06-12 . Проверено 28 сентября 2019 .
  161. ^ «Независимый среднесрочный обзор проекта ЮНИДО: создание и функционирование Международного центра водородных энергетических технологий (ICHET), TF / INT / 03/002» (PDF) . ЮНИДО . 31 августа 2009 года Архивировано из оригинального (PDF) на 1 июня 2010 года . Проверено 20 июля 2010 года .
  162. ^ «Мировая статистика NGV» . Архивировано 06 февраля 2015 года . Проверено 29 сентября 2019 .
  163. ^ "Топливные элементы микро ТЭЦ" . Архивировано 6 ноября 2019 года . Проверено 23 октября 2019 .
  164. ^ "Микро-когенерация топливных элементов" . Архивировано 23 октября 2019 года . Проверено 23 октября 2019 .
  165. ^ Agosta, Vito (10 июля 2003). «Аммиачное хозяйство» . Архивировано из оригинального 13 мая 2008 года . Проверено 9 мая 2008 .
  166. ^ «Возобновляемая энергия» . Энергетический центр Айовы. Архивировано из оригинала на 2008-05-13 . Проверено 9 мая 2008 .
  167. ^ UKCCC H2 2018 , стр. 36: «Погоня за гибридными тепловыми насосами в ближайшее время не обязательно приведет к долгосрочному решению гибридных тепловых насосов с водородными котлами».
  168. ^ UKCCC H2 2018 , стр. 79: Возможность масштабного внедрения биогазификации с CCS ограничена объемом доступной устойчивой биоэнергетики. .... "
  169. ^ UKCCC H2 2018 , стр. 33: производство биотоплива, даже с использованием CCS, является лишь одним из наилучших способов использования ограниченного устойчивого биоресурса, если ископаемое топливо, которое оно вытесняет, не может быть вытеснено другим способом (например, использование биомассы для производства авиационного биотоплива с CCS) ».

Источники [ править ]

  • Водород в низкоуглеродной экономике (PDF) . Комитет Великобритании по изменению климата . 2018.
  • Будущее водорода (PDF). Международное энергетическое агентство. 2019.

Внешние ссылки [ править ]

  • Международное партнерство по водородной экономике
  • Европейская водородная ассоциация
  • Проекты водородной энергетики в Австралии