Секретом перехода мировой энергетической системы на возобновляемые источники энергии может стать самый массовый элемент на нашей планете — водород. Компании образуют альянсы по его изучению и вкладываются в развитие соответствующих технологий, пишет Bloomberg.

Сейчас водород получил поддержку от крупных энергетических компаний: от Shell и Uniper SE до BMW и Audi. Компании ищут способ использования водорода для хранения энергии, для решений, которые, возможно заменят сегодняшние дорогие и недолговечные литий-ионные хранилища энергии.

За последние 10 лет в промышленное применение водорода как топлива было инвестировано $2,5 млрд. На фоне инвестиций в другие источники энергии — это немного. Но ситуация может измениться, если изменится подход к использованию водорода. Ученые говорят, что водород может использоваться как хранилище энергии. Что важно, как долговечное хранилище. Например, электричество можно собирать летом в резервуарах, а использовать зимой. Литий-ионные батареи не подразумевают такой формат.
Вице-президент французской энергетической компании Air Liquide SA и секретарь Совета по водородным технологиям Франк Пьер-Этьен: «2020-е и 2030-е станут для водорода такими же важными годами, как 1990-е для ветровой и солнечной энергии. Произойдет настоящий стратегический сдвиг».

Технология использования водорода в качестве хранилища энергии известна давно, но пока не было представлено ее коммерческой реализации. Вместо этого бизнес сконцентрирован на производстве топливных элементов из водорода. Хотя есть предположение, что в стабильных водородных хранилищах индустрия нуждается больше. Постоянная необходимость обновлять заряд литий-ионных батарей делает их не очень эффективными в промышленном масштабе. Водород теоретически мог бы исправить ситуацию, позволив надежно запасать излишки.

Пока нет эффективного способа запасать большие запасы энергии, существующие либо дорогие, либо требуют особых географических условий. Водородная же индустрия находится в зачаточном состоянии. Но в этом деле нащупывается прогресс: На Экономическом форуме в Давосе автопроизводители и нефтегазовые компании создали консорциум по продвижению водорода. Компании, среди которых BMW, Daimler, Toyota, Shell, Total, считают водород топливом будущего, которое должно заменить бензин и дизель.

Mercedes-Benz GLC F-Cell станет первым гибридным автомобилем, работающем также на водороде, пишет The Verge. Автопроизводитель представил тестовые модели GLC F-Cell во вторник на ежегодном международном автомобильном шоу во Франкфурте и заявил, что продажи в США начнутся с 2019 года.

Немногие автопроизводители решаются на производство автомобилей с водородным двигателем, но Mercedes-Benz похоже, намерен изучить все виды топлива и увидеть, какие отклики они находят у потребителей.

Тестируемые модели имеют мощность 197 л. с., емкость аккумулятора составляет 13,8 кВтч, а объем водородного двигателя — 4,4 кг. После зарядки аккумулятора в течении полутора часов GLC F-Cell сможет проехать 48 км. А с помощью водородного двигателя автомобиль сможет развить скорость до 160 км/ч.

В настоящее время есть достойные конкуренты среди гибридов, такие как Honda Clarity Fuel Cell, Hyundai Tucson FCV и Toyota Mirai, доступные в Калифорнии, и в основном это автомобили только для аренды за $300 -$500 в месяц при аренде в течение 36 месяцев. Стоимость аренды Mercedes-Benz будет значительно дороже, и автомобиль будет доступен только там, где есть водородные заправки.

Инфраструктура водородного топлива пока ограничена Лос-Анджелесом и Сан-Франциско. Конечно, планируется построить больше заправочных станций, но пока на большей части территории США они недоступны.

GM и Honda начнут производить водородные топливные элементы. Каждая компания инвестирует по $85 миллионов в строительство и оборудование фабрики в Мичигане. Это шаг к удешевлению технологии, считают в компаниях

Шотландский исследовательский институт морской энергетики (EMEC) первым в мире выработал водород, используя энергию приливов. Расположенная у побережья Оркнейских островов станция собирается использовать водородное топливо в качестве альтернативы горючего для паромов.

При помощи прототипа конвертеров приливной энергии электролизер ITM Power способен разделять воду на составные элементы, водород и кислород. Устройство вырабатывает 220 кг водорода каждые 24 часа, при этом может запасать до 500 кг.

Первоначальной целью приобретения аппарата для электролиза было решение проблемы с хранением энергии на Оркнейских островах, но теперь EMEC собирается изучить возможность развития водородной экономики в этом регионе. По словам директора центра Нила Кермода, чистое водородное топливо сможет, со временем, заменить горючее для местных автомобилей, грузовиков и паромов.

Главным потребителем водородного топлива станет проект Surf’N’Turf, который собирается использовать два источника возобновляемой энергии: ветряные турбины на побережье острова Эдей и приливную станцию EMEC на 500 кВт, расщепляющую воду. Водород запасается в виде сжатого газа, а затем транспортируется по суше до порта Киркуолл, столицы Оркнейских островов. Там им заправляют паромы, которые перевозят торф, сообщает The Engineer.

В августе шотландская компания Atlantis Resources выработала достаточное количество приливной энергии, чтобы хватило на 2000 домохозяйств, побив мировой рекорд в этой области. Компания планирует установить еще 269 турбин в проливе Пентленд-Ферт, около Оркнейских островов.

Компания FlightWave Aerospace Systems из Санта-Моники, штат Калифорния, выпустила дрон Jupiter-H2 с водородным двигателем, пишет Unmanned Aerial.

Водородный двигатель, который создан совместно с британской компанией Intelligent Energy, увеличивает мощность дрона и позволяет ему перевозить предметы, вроде посылок. Jupiter-H2 имеет корпус длиной 70 см, а восемь моторов с трехлитровым водородным двигателем могут продержать его в воздухе в течение двух часов с загрузкой до 1,2 кг.

«Мы рассматриваем Jupiter-H2 как революционную модель, — говорит главный маркетинговый директор FlightWave Эдмунд Кронин. — Он отлично подходит для длительного полета и узких помещений, например, склада, где нужно маневрировать в больших, но тесных пространствах».

Примечательно, что, топливные элементы не имеют движущихся частей и поэтому практически бесшумны. Они выделяют лишь небольшое количество водяного пара. Кроме того, FlightWave заявляет, что заправка занимает минуты, а не часы, как в случае с обычными аккумуляторами.

«Наше партнерство с Intelligent Energy стало ключевым элементом успеха Jupiter-H2, — говорит Кронин. — Они смогли сделать водородный топливный элемент более легким, но при этом мощным».

Продолжительность полета дрона зависит от полезной нагрузки — максимум 1250 граммов. Это позволяет одновременно использовать несколько датчиков и камер с помощью универсального крепления. Подсистемам не нужны собственные батареи, так как они могут заряжаться непосредственно от топливного элемента, что, в свою очередь, уменьшает общий вес дрона.

Согласно патенту, поданному в Управление по патентам и товарным знакам США, Amazon рассматривает возможность создания говорящих дронов. Теперь, если дрон неисправен и вынужден приземляться, он сможет предупредить людей о неполадке и попросить отойти.

Автомобили на водороде экологичнее, чем электрокары, считают представители автомобильных компаний

Большинство автомобильных компаний признали преимущество водородного топлива перед электродвигателями. По мнению представителей компаний, несмотря на успехи в разработке и производстве электромобилей, себестоимость литийионных батарей остается очень высокой. Кроме того, они слишком тяжелы, а их производство и эксплуатация по-прежнему сопряжены со значительными выбросами в атмосферу. Устранение же этих недостатков займет длительное время. Мнения участников автомобильной отрасли собрала газета The Independent.

Автомобили на водороде, не выделяющие никаких побочных продуктов, кроме воды, могут стать первым по-настоящему безуглеродным типом автомобилей, так как более половины энергии, которая используется электрокарами для зарядки, вырабатывается на тепловых электростанциях путем сжигания традиционного топлива. По признанию вице-президента по развитию электрических силовых установок BMW Стефана Юрашека, автопроизводителю нужно "ходить по долине слез" финансирования дорогостоящих исследований и разработок, чтобы добиться значительного успеха в создании электродвигателей.

Автоконцерн Toyota провел необычный эксперимент: сравнил свой водородный гибридный автомобиль Toyota Mirai с участниками соревнований Международной ассоциации легкоатлетических федераций (ИААФ). Спортсмены, пробегающие марафонскую дистанцию, теряют 3-4 кг веса, которые уходят в основном через пот. Оказалось, что топливный элемент Toyota Mirai за время прохождения такого же расстояния производит чуть больше 3 кг воды - столько же, сколько теряет человек.

Еще одно преимущество автомобилей на водороде - это время их заправки. По словам главы проекта Toyota Mirai в Великобритании Джона Ханта, у большинства моделей оно составляет три минуты - столько же, сколько требуется для заправки автомобиля бензином и дизельным топливом. Хант подчеркнул, что даже при использовании самых быстрых зарядных устройств электрокары заряжаются 30 минут, что крайне непрактично.

В этом году на Всемирном экономическом форуме в Давосе руководители 13 крупных транснациональных корпораций объявили о создании Совета по водородным технологиям. На протяжении ближайших пяти лет на разработки в этой области будет выделено около $10 млрд. Среди компаний, которые вошли в Совет, - BMW, Toyota, Hyundai, Anglo American, Shell, Total, Audi, BMW, Kawasaki, Engie, Honda и Alstom.

На национальном уровне переход на водородное топливо сильнее всего заметен в Японии, где правительство заявило о планах строительства "мини-заводов" по его производству на предприятиях и в домах и о создании общенациональной системы распределения и доставки водорода.

Правительство США вложило $1,5 млрд в развитие отрасли в рамках инициативы в области водородного топлива, реализация которой была начата еще при президенте Джордже Буше в 2005 году.

В первой половине 2017 года в мире было продано или сдано в аренду около 1600 автомобилей, работающих на водородном топливе.

Крупнейшие производители автомобилей признают преимущества машин, работающих на водороде.

Как сообщает The Independent, при сгорании водорода выделяется вода, а побочные продукты реакции отсутствуют. Отмечается, что именно внедрение водородных автомобилей выведет энергетику на безуглеродные технологии.

Эксперты подчеркивают, что зарядка электроавтомобилей на 50% потребляет энергию, вырабатываемую на ТЭС, а их себестоимость пока слишком высока, чтобы конкурировать с транспортными средствами с бензиновыми двигателями. Кроме того, производство электрокаров сопряжено с выбросами вредных веществ.

Однако машины, работающие на водороде, пока не пользуются популярностью. Так, за первое полугодие в мире было куплено или взято в аренду всего 1,6 тыс. таких машин.

Водород, необходимый для топливных элементов, можно получить из морской воды, но это дорогостоящий процесс, который требует много электричества. Исследователи из Университета Центральной Флориды (UCF) создали наноматериал, который справляется с этой задачей намного эффективнее, пишут Inhabitat и Science Daily.

Солнечный свет — основа «зеленой» энергетики, но в некоторых случаях рациональнее использовать его энергию не для зарядки батарей, а для создания чистого водородного топлива, которое легко хранить и транспортировать. Доцент UCF Ян Ян уже почти десять лет работает над выделением водорода с помощью солнечного света. В ходе этого процесса фотокатализатор производит реакцию за счет энергии света. Но в морской воде фотокатализаторы не работают — они не выдерживают прилипания соли и морской биомассы. Исследовательская группа Яна создала новый катализатор, который хорошо переносит морскую среду и использует свет более широкого спектра.

Катализатор представлен гибридным наноматериалом: на поверхности ультратонкой пленки диоксида титана (наиболее распространенного фотокатализатора) вытравлены крошечные нанопоры. Они покрыты слоем дисульфида молибдена толщиной в один атом. В то время как стандартные фотокатализаторы могут преобразовывать в энергию только свет ограниченного спектра, пропускная способность нового материала значительно повышена. Управляя плотностью вакансий серы в его кристаллической решетке, можно производить энергию за счет излучения, лежащего в диапазоне от ультрафиолетового до близкого к инфракрасному.
University of Central Florida

По мнению авторов исследования (в котором также принимали участие ученые из Тихоокеанской Северо-Западной национальной лаборатории в штате Вашингтон и Университета Цинхуа в Китае), в случае коммерциализации материала он станет подспорьем для экономики Флориды, где в избытке и морской воды, и солнечного света. В настоящее время команда Яна работает над повышением эффективности катализатора и ищет способ извлекать водород из сточных вод.

Конкурирующая группа из японской Осаки также представила более эффективный фотокатализатор для получения водорода — об исследовании пишет Science Daily. Он, как и разработка Яна, использует более широкий спектр солнечного света, но состоит из нитрида графитизированного углерода и черного фосфора. Образованию водорода способствуют взаимодействия между элементами композитного материала.

Водородное топливо пока уступает по популярности таким видам «зеленой» энергетики, как солнечная и ветровая, но сторонники его использования не собираются сдаваться. Так, недавно в Шотландии впервые выработали водород за счет энергии приливов.

GM представила беспилотную автомобильную платформу SURUS, которая питается за счет батарей на водороде и обладает запасом хода на 640 км, пишет Arstechnica.

SURUS представляет собой универсальную платформу Silent Utility Rover Universal — большой бездисковый автомобиль размером с морской контейнер для перевозки грузов. По мнению GM, она сможет работать в самых разных областях, включая мобильное и аварийное производство электроэнергии, доставку грузов и даже военное использование.

Двигатель SURUS работает от новейшей водородной топливной системы GM, которая создана в сотрудничестве с Honda. Компания планирует коммерциализировать технологию в течение пяти лет, ориентируясь в том числе на военных покупателей. «SURUS открывает электрическую тягу для внедорожных условий, — говорит Чарли Фриз, исполнительный директор водородного подразделения GM. — General Motors стремится к внедрению новых высокопроизводительных систем с нулевым уровнем выбросов для решения сложных задач для самых разных клиентов».

SURUS также выполняет роль испытательного стенда для автономной программы GM, так как может работать без кабины водителя. В принципе, SURUS может быть сконфигурирована любым способом — как обычный грузовик или просто платформа.

Обе оси SURUS управляемы, и каждая имеет свой собственный электродвигатель. Несмотря на то, что технические спецификации, выпущенные GM, не являются исчерпывающими, в компании утверждают, что SURUS сможет проехать 643 км без дозаправки. Более того, топливный элемент может работать как мобильный генератор, выводящий высоковольтный ток, помимо зарядки собственных аккумуляторов.

Секретом перехода мировой энергетической системы на возобновляемые источники энергии может стать самый массовый элемент на нашей планете — водород. Компании образуют альянсы по его изучению и вкладываются в развитие соответствующих технологий.

На следующей неделе в Токио Toyota представит новый шестиместный водородный минивэн Fine-Comfort Ride. Автомобиль имеет запас хода в 1000 км и может заправляться топливом всего за три минуты, пишет New Atlas.

Toyota работает с водородным топливом уже не первый год. На счету компании — более 5 тыс. патентов на водородные топливные элементы. На водороде успешно работают седаны Mirai и грузовики Project Portal. Новая модель — минивэн с внушительным запасом хода — также сделана на основе этой технологии.

Toyota описывает Fine-Comfort Ride как минивэн премиум-класса с высокой степенью автономности. Все кресла, включая водительское, раскладываются и поворачиваются вокруг своей оси, давая возможность пассажирам сидеть лицом друг к другу. Дополнительно к пассажирским креслам в минивэне есть диван, способный разместить еще двух пассажиров, а окна салона могут трансформироваться в сенсорные дисплеи.
1 / 11

Минивэн может проехать без дозаправки 1000 км, что является рекордом для автомобильной отрасли. Каждое колесо имеет собственный электромотор, а кабина машины сделана в форме ромба, чтобы увеличить полезное пространство салона и обеспечить лучшую аэродинамику.

По мнению издания, Fine-Comfort Ride — это только концепт-кар, который вряд ли поступит в производство. Однако тенденция использовать традиционное пространство кабины для развлечений, общения и работы есть в большинстве новых моделей и, скорее всего, станет коммерческим стандартом.

Новая модель компании будет представлена на Токийском автосалоне 25 октября.

GM представила беспилотную автомобильную платформу SURUS, которая работает за счет батарей на водороде и обладает запасом хода в 640 км. По мнению GM, она сможет работать в самых разных областях, включая мобильное и аварийное производство электроэнергии, доставку грузов и даже военное использование.

Toyota внимательно изучает технологию безвоздушных шин, способных снизить вес автомобилей и повысить их производительность, несмотря на то, что идея пока не готова к коммерческому использованию. Как сообщает Bloomberg, на Токийском автосалоне компания представила концепт-кар, в котором используется именно такой тип шин.

Концепт-кар Fine-Comfort Ride — кроссовер на водородной тяге, в котором безвоздушные шины сочетаются с двигателем в каждом колесе. Такие шины состоят из полосы резины, охватывающей ступицу из алюминия и пластика, что должно компенсировать вес двигателей. В настоящее время вес прототипа безвоздушных шин примерно такой же, как и у традиционных аналогов, но в Toyota рассчитывают на развитие технологий, которые к 2025 году позволят сократить массу каждой шины на 30% (5 кг). Хотя Toyota Fine-Comfort Ride — кроссовер, в целом безвоздушные шины могут использоваться на любых электрифицированных автомобилях.

Производитель шин Sumitomo Rubber утверждает, что другие японские автомобильные компании также заинтересованы в усовершенствовании технологии, причем особенно это касается небольших электромобилей. По словам Вако Ивамуры, руководителя проекта безвоздушных шин в Sumitomo Rubber, его личная цель — создать к 2020 году коммерчески успешный продукт.

Проблемы с весом — не единственная трудность при создании безвоздушных шин. Другим препятствием на пути к их успеху является трение при движении, которое на 10-20% сильнее, чем у традиционных шин. Для электромобилей такие характеристики неприемлемы. А вот стоимость не является проблемой: в компании утверждают, что цена инновационных шин уже сравнима с их пневматическими аналогами.

Sumitomo Rubber — лишь одна из целого ряда компаний, делающих ставку на безвоздушные шины. Среди ее конкурентов — Bridgestone и Michelin. Например, шины Tweel Michelin в настоящее используются в газонокосилках, тележках для гольфа, строительной технике и вездеходах. Другая разработка — биоразлагаемая шина Michelin VISION — остается прототипом. Однако в легковых автомобилях технология по-прежнему не применяется, и производителям безвоздушных шин предстоит убедить автокомпании и общественность в безопасности и коммерческой перспективности своего продукта.

Компания-производитель сообщила, что через 4 года по Германии начнут курсировать первые в мире водородные поезда. Об этом сообщает сайт Phys.org. Информация о поезде появилась еще осенью прошлого года. С того момента он проходит испытания.

Французская Alstom заявила, что заключила контракт с немецкой компанией LNVG на поставку 14 поездов на водородных топливных элементах. Поезда должны выйти на маршрут в декабре 2021 года. Компания говорит, что они будут иметь запас хода 1000 км и развивать максимальную скорость 140 км/ч. Внедрение водородных поездов входит в планы Германии по превращению в лидера в области инноваций железнодорожного транспорта.

Поезд впервые представили публике больше года назад. Бак с водородом располагается на крыше поезда. Он обеспечивает работу топливного элемента, а тот, в свою очередь, производит электроэнергию. В автомобильной индустрии эта технология уже стала привычным явлением, но в сфере железнодорожного транспорта — это редкость. Инженеры работали над технологией более 15 лет, но в основном ее испытывали на грузовых поездах.

Ранее весной компания Alstom провела первое испытание своего поезда в Германии. Тогда он разогнался до 80 км/ч на тестовом треке в Зальцгиттере. Alstom является первым производителем в сфере железнодорожного транспорта, предлагающим обычным пассажирским поездам альтернативу с нулевым уровнем выбросов. Новый поезд также является бесшумным и выбрасывает в атмосферу только пар и конденсат. Подобные проекты, считают создатели, хорошо вписываются в новую политику внедрения в странах различных экологических решений.

В октябре в округе Таншань китайской провинции Хэбэй был введен в эксплуатацию первый в мире трамвай на водородном топливе. Он тоже не выделяет в атмосферу никаких вредных веществ и не вырабатывает оксидов азота, поскольку температура реакции внутри водородных топливных ячеек не превышает 100 градусов Цельсия. Максимальная скорость состава — 70 км/ч. Топливных ячеек трамвая хватает на 40 км пути, заправка занимает 15 минут.

Согласно докладу Hydrogen Council, к 2050 году на водород придется 18% всех энергетических потребностей мира. По мнению авторов исследования, у водорода наибольшие шансы оказать положительное влияние на глобальное потепление, по сравнению с другими источниками чистой энергии, пишет The Engineer.

К 2050 году на водород придется пятая часть всей энергии в мире, что поможет удержать глобальное потепление ниже 2°С, говорится в докладе Hydrogen Council — совета, объединяющего руководителей энергетических и автомобильных компаний, вроде Shell, Air Liquide, General Motors, Statoil, BMW и Toyota.

Они призывают правительства ведущих стран мира переключиться на поддержку водорода, как наиболее перспективного источника энергии, способного заменить ископаемое топливо и снизить выбросы СО2. К 2030 году от 10 до 15 млн автомобилей и около 500 тысяч грузовиков будут оснащены водородными двигателями. В целом, спрос на водород может увеличиться до 22 тысяч ТВт•ч в 2050 году, считают аналитики.

Согласно исследованию, водород поможет интегрировать возобновляемые источники энергии и станет буфером в распределении энергии между секторами. Он также будет способствовать переходу промышленности на более чистую энергию. «Водород является незаменимым ресурсом для достижения этого перехода, поскольку он может использоваться для хранения и транспортировки энергии ветра, солнца и других возобновляемых источников, — говорит Такеши Учиямада, председатель Toyota Motor Corporation и сопредседатель Hydrogen Council. — Чем скорее мы переведем экономику на водород, тем лучше».

Для осуществления этого перехода потребуются ежегодные инвестиции $20-25 млрд вплоть до 2030 года. Вместе с этим, авторы доклада отмечают, что сегодня в энергетику вкладываются гораздо большие средства — $1,7 трлн ежегодно, причем $650 млрд из них — в нефтегазовый сектор.

Предполагается, что водородная индустрия позволит создать 30 млн новых рабочих мест и бизнес, стоимостью $2,5 трлн к 2050 году.

«Это исследование подтверждает, что водород является центральным элементом в энергетическом переходе и поощряет нас в поддержке крупномасштабного развертывания», — говорит Бенуа Потье, председатель и главный исполнительный директор Air Liquide.

Французская Alstom заявила, что заключила контракт с немецкой компанией LNVG на поставку 14 поездов на водородных топливных элементах. Поезда должны выйти на маршрут в декабре 2021 года. Компания говорит, что они будут иметь запас хода 1 тыс. км и развивать максимальную скорость 140 км/ч. Внедрение водородных поездов входит в планы Германии по превращению в лидера в области инноваций железнодорожного транспорта.