№03(36) 2005
АЛЬТЕРНАТИВНОЕ ТОПЛИВО

Водородные проблемы

Возможность отказа от нефтяного автомобильного топлива обсуждается уже не первый год и даже не первое десятилетие. Однако в связи с последними событиями — нестабильностью нефтяного рынка, сокращением запасов черного золота, ростом цен — вопрос о переходе на альтернативные виды топлива приобрел особую актуальность.

Одним из вариантов заменителя бензина является водород. Соединенные Штаты Америки еще в феврале 1996 г. объявили о том, что по цене водород будет конкурентоспособным в отношении бензина и что пришло время строить станции по его производству и заправке. Стоимость станций, производящих водород, приблизительно равна 4,5 млн долл. Однако, кроме производства, такие станции могли бы осуществлять и заправку, точно так же, как сегодняшние АЗС.

Проектная стоимость использования водорода в автомобиле оценивается в 0,236 долл./км по сравнению с 0,280 долл./км в случае с бензином (при учете меньшей эффективности сгорания водорода). То есть затраты на километр бензинового и водородного пробега приблизительно равны. Однако следует напомнить, что в стоимость бензина не включен такой фактор, как вред, наносимый здоровью человека и окружающей его среде вследствие сгорания нефтепродукта. А затраты эти связаны с выбросом миллиардов кубометров CO2, CO, NO, SO, углеводородов и макрочастиц. Так что использование бензина в транспортных средствах, помимо вредных выбросов, добавляет еще и социально-экономические затраты. Тогда как использование водорода абсолютно безопасно для здоровья человека и состояния природы. Единственный выброс водородного двигателя — это вода.

Среди прочих — факторы, которые должны приниматься во внимание в топливном вопросе:
- зависимость экономического роста стран от источников нефти;
- ухудшающаяся вследствие дефицита нефти международная обстановка;
- проблемы безопасности транспортировки (проливы и пожары).

Ввиду вышеперечисленных обстоятельств, использование водородного топлива должно было бы начаться как можно быстрее.

Водород может производиться различными методами из широкого ассортимента продуктов, в т. ч. из углеводородов, воды, биомассы и прочего органического сырья. По расчетам исследователей, концептуальному водородному автомобилю (подобному обычному современному, среднего размера) 5 кг водорода хватит на 640 км. Резервуар для такого количества топлива должен быть приблизительно в три раза больше обычного бензобака. Заправка одного автомобиля будет занимать около 10 минут. Следовательно, пропускная способность станции составит до 300 машин в день.

Ветряные АЗС
Некоторые из «экологически настроенных» сторонников незамедлительного строительства водородных АЗС убеждены, что транспортировка водорода нежелательна — ввиду жесткого трафика на автотрассах, дороговизны и потенциальной опасности перевозки (чистый водород нестабилен и легко окисляется, т. е. чрезвычайно легко воспламенятся). Гораздо целесообразнее производить водород непосредственно на станциях.

Для исключения вредных выбросов в процессе получения водорода, нужно, чтобы и сам энергетический ресурс, который используется для его получения, не служил бы их источником. Сторонники «ветряного движения» убеждены, что для получения электроэнергии экономически и экологически наиболее выгодным решением является использование энергии ветра.

В начале водород будет продаваться только на станциях, расположенных вдоль шоссе, т. е. реализовываться практически всему, что движется, – такие трассы обладают самым интенсивным движением и самой высокой концентрацией автотранспорта. Есть у шоссе еще одно большое преимущество – наличие свободного места, которое является важнейшим условием для установки ветровых генераторов. Убедить людей в необходимости парка ветровых генераторов только ради охраны окружающей среды очень сложно. Если же расположить ветряные установки на разделительной полосе шоссе и подключить непосредственно к станциям, производящим водород для автомобильных двигателей, то население, скорее всего, смирится с идеей их строительства, полагают сторонники этой программы.

Считается, что ветряные генераторы работают весьма шумно. Однако среди шума, производимого мчащимся по шоссе транспортом, ветряные генераторы не привлекут к себе никакого внимания. Предполагается также, что ветряные генераторы испортят внешний вид окружающей среды. Однако, когда вокруг шоссе – промышленная зона, установка ветряных генераторов будет причинять минимум подобного типа неудобств.

Комбинация использования энергии ветра и водородных АЗС кажется практически идеальной. Уже разработан проект станции, которая будет производить не менее 1 млн м3 в год (эквивалент 300 тыс. л бензина). Этого количества будет достаточно для заправки первых тестовых транспортных средств до начала их массового выпуска. Ветряные генераторы не могут работать в постоянном режиме, поэтому в расчет принимается лишь то количество часов, при котором генераторы будут полностью удовлетворять потребность станции в электроэнергии, — от 1,3 до 1,5 тыс. ч в год (приблизительно 1/7 всего времени в год). Когда ветряные генераторы будут вырабатывать электроэнергию, водород будет аккумулироваться в резервуарах. В периоды пиковых нагрузок в электросети избыток производимой энергии водородными станциями может преобразовываться в электричество — и «зеленая» энергия немедленно будет поступать в сеть. Следовательно, возможности ветряных генераторов могут использоваться максимально полно. Если ветра нет, а существует нехватка водорода, возможно получение энергии и обратно из электросети.

Другое преимущество ветряных генераторов заключается в возможности строительства, без чрезмерных затрат, дополнительных установок. Станции можно строить так, чтобы в случае необходимости, их можно было быстро расширить. Может быть использована и существующая инфраструктура АЗС.

Проблемы
На Земле нет месторождений чистого водорода. Его получение все еще подразумевает использование углеводородов (в частности, природного газа), поскольку они являются основными потенциальными источниками водорода, помимо воды. Использование углеводородов для получения водорода отодвигает на неопределенный срок реализацию оптимистичных предсказаний о сокращении эмиссии, которое должно было произойти с началом использования водородного топлива.

Извлечение водорода из природного газа происходит следующим образом:
- газовый синтез:
CH4 + H2O > 3H2 + CO;
- водно-газовое изменение:
CO + H2O > H2 + CO2.

Кроме того, водород может быть получен путем электролиза. Такой способ имеет большие преимущества. При сжигании каждых 2 м3 водорода используется 1 м3 кислорода – как раз столько, сколько выделяется при получении указанного объема водорода. Таким образом, можно утверждать, что новые двигатели никак не будут влиять на окружающую среду. Впрочем, при электролизе должен использоваться катализатор — обычно платина. А добыча и обработка платины — невероятно энергоемкий процесс, в котором используется уголь.

При существующих технологиях электролиза и добычи платины платиновый катализатор около трех десятилетий должен работать в топливной батарее без каких-либо повреждений, чтобы получаемая энергия наконец-то окупилась. Кроме того, платина — очень дорогой металл, и ее использование увеличивает как срок окупаемости топливных батарей, так и срок окупаемости энергии. Нахождение других катализаторов критически важно для создания коммерчески жизнеспособных топливных батарей.

Водород менее эффективен, чем обычное газовое или нефтяное топливо. По оценке Международного агентства по энергетике, замещение водородом всего транспортного топлива, используемого сегодня во Франции, потребовало бы производства вчетверо большего количества электроэнергии, а значит, покрытия 6% поверхности Франции ветровыми генераторами или 1% – солнечными батареями. Таким образом, замена топливными батареями обычных топливных систем будет означать увеличение производственных площадей, дорогую транспортировку и использование большего количества альтернативного топлива (водорода) для получения количества энергии, относительно эквивалентного количеству энергии от углеводородов.

Курица или яйцо?
Кроме извлечения водорода и необходимой для этого энергии, существует еще один нюанс. Производители заправочного оборудования и автомобилестроители никак не могут решить, кто первым должен начать разрабатывать водородное оборудование. Автомобилестроители утверждают, что они могут изготавливать водородные автомобили, но нет инфраструктуры, которая могла бы их заправлять. Топливщики указывают на то, что они могут производить и поставлять оборудование для заправки водородом лишь в том случае, если на данный вид топлива будет достаточный спрос. Это проблема развития нового водородного сообщества, хорошо известная как «проблема курицы или яйца».

В действительности же никакой проблемы не существует. Автомобилестроители могут производить автомобили на водороде, а топливщики, конечно же, могут производить большие объемы водорода. На самом деле и автолюбителей, и нефтяников, и владельцев АЗС волнуют другие вопросы. Как скоро автопроизводители заменят на сборочных линиях автомобили с двигателями внутреннего сгорания новыми? Каковы экономические стимулы для поставщиков топлива, которые начнут перестраивать существующую топливозаправочную инфраструктуру с бензинов и ДТ на водород? Какие временные рамки для такого перехода будут поддержаны акционерами компаний? Ни одна из отраслей промышленности не станет меняться без встречных обязательств со стороны смежных с нею отраслей. Возможно, в этом должно сыграть свою роль правительство, установив временные рамки для демонстрации новой технологии и взяв на себя ответственность за первоначальные инвестиционные риски.

Подготовка к внедрению
Первопроходцем в проведении государственной политики эксплуатации водородного топлива стали США. Американское правительство играет значительную роль в принятии решений, касающихся технологий и рисков, а также инструкций и стандартов по эксплуатации будущих водородных АЗС.

Одним из механизмов решения вопроса о «курице и яйце» является Калифорнийское общество топливных батарей (CAFCP), объединившее автомобилестроителей и поставщиков топлива. Уже ведется совместное тестирование водородозаправочных станций и создание их инфраструктуры в Калифорнии. Это общество продвигает транспортные средства, использующие новую технологию, которые могут принести миру практические решения в пользу охраны окружающей среды. Впервые автомобильные компании и поставщики топлива объединились, чтобы продемонстрировать такие транспортные средства в повседневных условиях эксплуатации. Калифорнийское общество намерено разместить на дорогах штата до 60 водородных легковых автомобилей и автобусов. Общество исследует проблемы создания необходимой инфраструктуры и готовит калифорнийский рынок к новой технологии.

Другие страны также начали подготовку и испытание в полевых условиях новых технологий по производству и эксплуатации водородного топлива:
- В Канаде Powertech (филиал BC Hydro) и BCHydroGEN начали программу по развитию водородной инфраструктуры CH2IP. Программа «демонстрирует жизнеспособность таких станций, транспортировку водорода и подготовку рынка».
- Европейское Экономическое Сообщество продолжает выполнение плана по демонстрации в повседневных условиях 30 автобусов на водороде в 10 городах.
- В Tихоокеанском регионе (Япония, Австралия и Малайзия) осуществляются планы по демонстрации новых водородных технологий на АЗС, по заправке автобусов, работающих на водороде.

Переход от традиционных видов топлива к водороду сложен и опасен, однако награда за его использование может быть огромной. Ясно одно: мы должны сократить потребление невосстанавливаемых природных ресурсов (нефти, газа), выброс парниковых газов, а использование водорода является лучшим из возможных решений, которые имеются на сегодняшний день.


В ближайшие пять лет правительство США выделит на программу развития сети водородных станций по всей стране 190 млн долл. Как в свое время заявил теперь уже бывший министр энергетики США Спенсер Абрахам, именно водород ослабит зависимость США от ближневосточной нефти и решит задачу №1 американского государства в XX веке.

Поиск выхода из грядущего энергетического кризиса не ограничивается одним лишь водородом. Ряд стран проводят эксперименты с биотопливом – этанолом. Так, в США и Китае намерены изготавливать топливо из кукурузы, в Литве – из рапса; проходят также эксперименты с пшеницей и сахарным тростником. Характерно, что за день до открытия в Вашингтоне водородной АЗС губернатор штата Айдахо Дирк Кемптхорн открыл первую в США станцию по заправке автомобилей спиртовой смесью E-85, которая содержит 85% питьевого этилового спирта, произведенного из местного картофеля.

Honda начала внедрение системы заправки автомобилей водородом под названием HESII. Американское отделение Honda и штат Нью-Йорк заключили договор о покупке двух автомобилей Honda FCX с водородной топливной системой; по плану первый автомобиль должен быть выпущен уже в декабре этого года. В декабре 2002 г. Honda уже проводила испытания FCX в Лос-Анджелесе с последующим заключением договора о поставке таких автомобилей со штатом Калифорния, чьему примеру последовал и штат Нью-Йорк.
На главную страницу | Вывести на печать | Закрыть окно
© «Современная АЗС» 2002-2017. Все права на материалы, опубликованные на сайте, защищены в соответствии с законом об авторском праве. В случае использования текстовых и фотоматериалов ссылка на «Современную АЗС» обязательна! В случае полной или частичной перепечатки текстовых материалов в Интернете ссылка на «Современную АЗС» обязательна! Адрес электронной почты редакции: perov@sovazs.com