В сегменте грузового транспорта водородные топливные ячейки считаются многими игроками рынка перспективным направлением развития, поскольку водородное топливо считается более экологически чистым, а запас хода в сотни километров можно восполнить за несколько минут, и при этом не тратить энергию на перевозку тяжёлых тяговых батарей. Bosch сообщила о запуске производства профильных силовых установок на двух своих предприятиях в Германии и Китае соответственно.

Источник изображения: Nikola Motor

Водородные топливные ячейки используют специальные генераторы, вырабатывающие электроэнергию с использованием водорода, в качестве выхлопа такие силовые установки создают обычный водяной пар. Запас водорода, хранимый в специальных резервуарах под большим давлением, в данном случае заменяет тяговый аккумулятор. Баллоны с водородом намного легче аккумуляторных батарей, а наполнить их на заправочных станциях можно за несколько минут, чего нельзя сделать в случае с дальнобойными грузовиками аккумуляторного типа.

Как заявляет Reuters со ссылкой на представителей компании Bosch, силовые установки на основе водородных топливных ячеек с предприятия в Германии начнут поступать в США, где ими будут оснащаться магистральные тягачи Nikola, использующие водородное топливо в качестве источника энергии. Поставки водородных грузовиков Nikola на рынок Северной Америки Nikola рассчитывает начать уже в текущем квартале. Эта компания станет первым получателем данных силовых установок производства Bosch. Со временем водородные топливные ячейки Bosch начнут выпускаться и в США.

В период с 2021 по 2026 годы европейский конгломерат планирует потратить на разработку и производство водородных топливных ячеек почти 2,5 млрд евро. Эта сумма оказалась на миллиард выше запланированной на период до 2024 года, который был охвачен первоначальной версией инвестиционной программы. К 2030 году Bosch рассчитывает ежегодно выручать по 5 млрд евро за счёт реализации водородных силовых установок. По прогнозам компании, к концу десятилетия каждый пятый грузовик массой более шести тонн будет использовать водородные топливные ячейки.

Многие автопроизводители придерживаются гибкой стратегии в области отказа от ДВС. Молодая по меркам отрасли компания Nikola готова оснащать грузовики как тяговыми аккумуляторами, так и водородными топливными ячейками, подобной идеологии придерживается и Daimler, а вот грузовое подразделение Volkswagen делает ставку исключительно на аккумуляторные транспортные средства.

Водородное топливо в транспортной сфере предполагается применять в двух вариантах: напрямую в модифицированных ДВС или для выработки электроэнергии в топливных ячейках. Представителям одного из нидерландских университетов недавно удалось обновить рекорд продолжительности пробега транспортного средства на одном килограмме водородного топлива — экспериментальный трёхколёсный электромобиль смог проехать 2488 км.

Источник изображения: Delft University of Technology

Как поясняет Popular Science, предыдущий рекорд в 2056 км был установлен прототипом на основе Renault Zoe, оснащённым топливными ячейками с метанолом. Нидерландская машина Eco-Runner XIII является уже 13-м по счёту поколением транспортного средства, разработка которого началась ещё в 2005 году. Машину нельзя назвать практичной, поскольку ради облегчения конструкции она лишилась многих потребительских качеств. Приземистый обтекаемый корпус способен вместить одного человека, масса всей конструкции не превышает 72 кг, а предельная скорость ограничена отметкой 45 км/ч. Ради снижения массы углеволокно используется не только для производства кузова прототипа, но и отдельных элементов подвески и системы рулевого управления. В ходе эксперимента на закрытой трассе в Германии группа студентов на протяжении 71 часа сменяла друг друга за рулём прототипа через каждые пару часов, всего на 1 кг водорода машина смогла проехать 2488 км.

Разработчики Eco-Runner XIII также уделили особое внимание снижению потерь в цепочке преобразования водорода в электроэнергию для вращения тягового электродвигателя. В итоге машина получила водородные топливные ячейки нового поколения, которые обладают более высоким КПД. Конечно, в серию такую машину будет запустить проблематично, но некоторые наработки Eco-Runner XIII можно будет применить на более практичных транспортных средствах. Во всём мире в прошлом году было продано около 56 000 машин на водородном топливе, многие участники рынка грузоперевозок считают его одной из немногих разумных альтернатив дизельным двигателям.

Учёные из Технологического института Карлсруэ (KIT) вместе с коллегами из Канады разработали фотопанель для выработки водорода с помощью одного только солнечного света. Панели стоимостью до $22 за квадратный метр можно будет располагать на крышах домов или в виде солнечных ферм, но на выходе будет не электричество, а водород, синтетическое топливо или даже чистая вода, что будет зависеть от выбора фотокатализатора.

Источник изображения: KIT

Перед учёными стояло две задачи. Во-первых, они должны были придумать самый оптимальный для поглощения света фотореактор, ведь эффективность реакции в нём будет определяться количеством падающего солнечного света в течение суток. Кроме того, реактор должен быть из простых материалов и удобен для массового производства и эксплуатации. Проще говоря, учёные взялись решить сложную конструкторскую задачу, с чем они успешно справились.

Лабораторная установка

Во-вторых, необходимо было разработать эффективный фотокатализатор для проведения соответствующей химической реакции. Эта часть проекта пока не завершена. Кроме того, химические реакции могут быть разными, например, позволяя синтезировать в реакторе под воздействием света искусственное углеродное топливо, воздействуя на углекислый газ и воду. Наконец, можно получать в таких реакторах чистую воду, что найдёт поддержку в странах с засушливым климатом.

О результатах своего исследования учёные рассказали в журнале Joule. Статья свободно доступна для прочтения. Там же представлен чертёж фотореактора, который может служить отправной точкой для разработки коммерческих установок.

Конструкция фотореактора

В общем случае фотореактор производится из полимерных материалов, но для лучшего переотражения света к фотокатализатору в рабочую зону его поверхность покрывают алюминиевой фольгой или напылением. Согласно предварительным оценкам, стоимость каждого квадратного метра такой панели не будет превышать $22. Представители института изучают вопрос массового производства подобных фотопанелей.

Чего только не придумаешь, когда в стране официально запрещена ядерная энергетика.

Компания Airbus настойчиво занимается разработкой и тестированием «зелёных» авиационных технологий, реализуя крупные проекты. Новые решения позволяют не только использовать полностью водородную топливную систему, но и применять в лайнерах водородную вспомогательную силовую установку (APU) — вместо т.н. «скрытого» авиадвигателя, применяемого для электроснабжения самолётов. Часть новых разработок базируются на космических технологиях.

Источник изображения: Airbus

Полностью «водородная» экономика требует не только простой замены одного топлива на другое, но и полного пересмотра двигательной и энергетической системы авиалайнеров. При сотрудничестве с ArianeGroup (совместным предприятием Airbus и Safran), компания Airbus завершила тестирование полнофункциональной системы подачи водорода в газотурбинные двигатели самолёта. Проект HyPERION начали реализовать в 2020 году, он предусматривает появление коммерческих водородных лайнеров к 2035 году. Тем не менее, для тестирования безопасности технологий и выявления недочётов, требующих доработки, требуется провести дополнительные работы.

Проект предусматривает использование опыта Airbus в строительстве самолётов и применение топливных систем на жидком водороде, разработанных ArianeGroup для космических ракет семейства Ariane. В новой системе водород хранится в состоянии сверхохлаждённой жидкости в криогенных ёмкостях. После впрыска в топливную систему он подогревается до газообразного состояния и доставляется в двигатели с оптимальной температурой и давлением. 12 мая ArianeGroup совместно с французской ONERA провела ряд испытаний совместимости материалов и технологий с использованием электронасоса, газового генератора и теплообменников, изначально предназначавшихся для ракет Ariane.

Ещё одним важным проектом занимается подразделение Airbus UpNext — оно работает над программой, предусматривающей замену «скрытого» авиадвигателя авиалайнеров на водородные топливные ячейки. Хотя большинство людей принимают во внимание только двигатели самолёта, расположенные под крыльями, в хвосте крупных лайнеров обычно имеется ещё один, приводящий в действие вспомогательную силовую установку (APU). Реактивный двигатель подключён к генератору и обеспечивает лайнеру освещение, работу камбуза, питание бортовой авионики и даже поддержание на борту необходимого давления, и т.п. В Airbus намерены создать к 2025 году прототип HyPower, который заменит APU на Airbus 330 — он будет использовать водородные топливные ячейки, что позволит обеспечивать авиалайнер электроэнергией без лишнего шума и с пониженными выбросами.

Источник изображения: Airbus

Новые тесты, по данным Airbus, являются очередным шагом к демонстрационному полёту, который должен состояться к концу 2025 года. В числе прочего планируется показать и процесс заправки авиалайнера, который, с учётом физических свойств водорода, сам по себе является весьма сложной задачей. Ожидается, что систему продемонстрируют в реалистичных условиях — авиалайнер полетит на высоте 7620 м в течение часа с 10 кг водородного топлива на борту.

В январе 2023 года появились новости о том, что компания ZeroAvia подняла в воздух крупнейший в мире пассажирский самолёт на водородной тяге — в воздухе он продержался 10 минут и значительно уступает размерами крупным авиалайнерам вроде Boeing и Airbus.

Железные дороги были и остаются одними из сильнейших загрязнителей окружающей среды. Поэтому перевод подвижного состава на экологические виды топлива обязателен для соблюдения «зелёной» повестки. В идеальном случае транспорт под эти цели надо проектировать с нуля, но замена двигателей на «чистые» — это тоже рабочий вариант и главное, что он может быть реализован в кратчайшие сроки.

Источник изображений: CRRC

Китайские СМИ сообщают, что в филиале Датун государственного производителя China Railway Rolling Stock Corporation (CRRC) завершена модернизация первого дизельного локомотива с заменой «ископаемого» двигателя на водородный. Точнее, локомотив получил электрический двигатель и водородные топливные ячейки, в которых легчайший газ при взаимодействии с кислородом превращается в электричество и водяной пар.

На одной заправке модернизированный локомотив может двигаться до 190 часов — это больше недели в пути, а на саму заправку необходимы два часа. Другая выгода от использования водородных ячеек заключается в том, что обслуживание и эксплуатация водородных локомотивов обещает быть в два раза дешевле дизельных.

Китай может довольно быстро перевести дизельные локомотивы на водородное топливо. По оценкам специалистов, модернизировать можно будет до 90 % локомотивов из парка порядка 7800 штук. Это почти третья часть от всего подвижного состава в Китае. Экологический эффект обещает быть колоссальным.

Всё это хозяйство и водородный автомобильный транспорт потребует выработки соответствующих объёмов водородного топлива. Сегодня водород в основном производится методами, сопровождающимися вредными выбросами — это переработка нефти, угля и сопутствующая добыча. Более экологически чистые способы — получение водорода с помощью электричества с АЭС и из биомассы. Совсем чистые — электролиз с использованием мощностей солнечных и ветряных электростанций. Китайские железнодорожники рассчитывают своими силами организовать производство «зелёного» водорода в объёме до 200 тыс. т к 2025 году.

Новый водородный состав

Параллельно разрабатываются абсолютно новые локомотивы, сразу ориентированные на водородное топливо. Такая новинка была представлена зимой этого года. Современный четырёхвагонный водородный пассажирский поезд может проезжать на одной заправке до 600 км. В Германии подобный пилотный состав был запущен в 2018 году и летом 2022 года принят в эксплуатацию. За четыре года он проехал более 220 тыс. км и хорошо себя зарекомендовал. Есть подозрение, что китайцы спроектировали водородный четырёхвагонный пассажирский состав с прицелом на европейский рынок, но пока там правит бал французская компания Alstom.

Самый «чистый» водород производится из воды методом электролиза с использованием электричества от возобновляемых источников. Но энергетически это очень затратное мероприятие, которое российские учёные обещают ощутимо улучшить, повысив его энергоэффективность до двух и более раз. И поможет в этом простейший лазер.

Источник изображения: Портал «Атомная энрегия 2.0»

Изобретение представили исследователи из кемеровского ФИЦ угля и углехимии СО РАН. Доклад опубликован в журнале Hydrogen Energy и свободно доступен по ссылке. Учёные предложили оригинальное решение. Вместо того чтобы пропускать ток большой силы через электроды электролизёра и страдать от потерь, предложено облучать объём воды лазером.

В воде создаётся суспензия в виде наночастиц алюминия. Лазерный луч свободно проходит сквозь толщу воды и работает исключительно на поверхности наночастиц. Это разрушает защитный оксидный слой на частицах и обнажает металлический алюминий для вступления в химическую реакцию с водой, в результате которой начинает выделяться чистый водород.

Согласно проведенным расчётам, затраты электроэнергии на получение 1 кг водорода могут быть снижены до 15–17 кВт·ч, тогда как в классическом электролизёре они могут достигать 40 кВт·ч и более. При этом появляется возможность создавать компактные и относительно недорогие модульные генераторы водорода, для работы которых хватит сравнительно маломощных полупроводниковых лазеров.

Побочным продуктом процесса станут оксиды алюминия, которые можно использовать для производства адсорбентов, керамических материалов и других материалов.

Учёные из Университета Пенсильвании предложили неожиданное применение обычному углю в низкоуглеродной энергетике. Уголь любых марок можно использовать как контейнер для длительного хранения газообразного водорода. Первые эксперименты в этом направлении обнадёживают. Это позволит сохранить отрасль, десятки тысяч рабочих мест и даст старт водородной энергетике — чистой безо всяких оговорок.

Источник изображения: Pixabay

С выработкой водорода особых проблем сегодня нет. Есть проблемы с его длительным хранением в больших объёмах. Предлагаются как классические способы хранения с закачиванием в подземные пустоты, так и экзотические в виде гидридов металлов. Каждое из предложенных решений, которое также включает заключение водорода в порошки, пасты и разнообразные по содержанию картриджи, имеет свои плюсы и минусы. Идеального решения так и не найдено и уголь, как ни странно, может оказаться перспективным кандидатом на роль контейнера для водорода.

Известно, что уголь хорошо абсорбирует газообразный метан. Это же свойство угля, решили учёные, можно перенести на водород. Для проверки идеи на практике была создана установка, которая создавала оптимальное давление для нагнетания водорода внутрь угля.

«Мы собрали новую и очень сложную конструкцию, — сказал Шимин Лю (Shimin Liu), доцент кафедры энергетики и минерального машиностроения в Пенсильванском университете. — Потребовались годы, чтобы понять, как это правильно сделать. Методом проб и ошибок нам пришлось разработать систему экспериментов, для чего пригодился наш предыдущий опыт с углями и сланцами».

После анализа семи марок угля из разных угольных районов США, исследователи обнаружили, что этот материал действительно исключительно хорошо хранит водород. Лучшим из них оказался битуминозный уголь с низким содержанием летучих веществ, найденный в Вирджинии, и антрацитовый уголь из Пенсильвании. Как пояснили учёные, газоулавливающая способность угля основана на его уникальном составе. Он, по сути, похож на губку, которая может удерживать гораздо больше молекул водорода по сравнению с другими неуглеродными материалами.

На этом изучение угля как контейнера для длительного хранения водорода не окончено. Учёные намерены изучить его проницаемость и диффузионную способность. Это поможет понять, как быстро водород может закачиваться в различные виды угля и извлекаться из него, что, в свою очередь, может привести к созданию эффективных водородных «батарей» на основе этого ископаемого ресурса.

В сегменте коммерческого электротранспорта конкуренция пока несколько ниже, чем в легковом, но это не значит, что существующим стартапам проще выходить на рынок. Многострадальная компания Nikola, выпускающая магистральные тягачи как на аккумуляторах, так и на водородных топливных элементах, после оглашения итогов первого квартала заявила, что предпочитает сосредоточиться на рынке Северной Америки и машинах на водородных топливных ячейках.

Источник изображения: Nikola Motor

Напомним, что планы по освоению рынка Европы компания собиралась реализовать в рамках сотрудничества с Iveco, создав с этим автопроизводителем совместное предприятие. Свою долю в нём она теперь продаст за $35 млн, но при этом Iveco продолжит снабжать её профильными компонентами для производства грузовиков. Партнёры в прошлом сентябре успели представить аккумуляторную версию тягача Nikola Tre для европейского рынка, но теперь американская компания считает целесообразным сосредоточиться на домашнем рынке.

В прошедшем квартале Nikola смогла выпустить 63 аккумуляторных грузовика, половина из которых была доставлена дилерам. В дальнейшем компания намеревается выпускать аккумуляторные машины только под заказ для конкретных клиентов, а основная ставка делается на вариант грузовиков с водородными топливными ячейками. Сейчас Nikola располагает заказами на поставку 140 таких машин от 12 клиентов, но из первой партии в 10 тягачей пока готовы только два. Ещё восемь будут собраны до конца июля.

В конце мая Nikola начала переоснащать своё предприятие в Аризоне, чтобы в дальнейшем выпускать на одной линии как водородные, так и аккумуляторные грузовики. Сборка машин возобновиться в июле, и первые водородные тягачи поступят в продажу. К концу июля здесь будет локализована сборка тяговых батарей, а к концу года будет налажен выпуск водородных топливных ячеек марки Bosch.

Непосредственно первый квартал текущего года Nikola завершила с выручкой в размере $11,1 млн и чистыми убытками на сумму $169,1 млн. Запас свободных денежных средств по сравнению с аналогичным периодом прошлого года сократился с $233 до $121 млн. В условиях ограниченности финансовых ресурсов Nikola предпочитает сосредоточить их на приоритетных направлениях деятельности, к коим относит выпуск водородных грузовиков для рынка Северной Америки.

В прошлом году глава Honda Motor заявил о скептическом отношении к идее широкого применения водородного топлива в легковом транспорте, хотя модель Clarity наряду с Toyota Mirai выступила в роли одного из пионеров в сегменте. Новый генеральный директор Toyota Motor придерживается схожей точки зрения, заявляя о целесообразности продвигать топливные водородные ячейки преимущество в сегменте коммерческих перевозок.

Источник изображения: Toyota

Как отмечается в заявлении исполнительного вице-президента Toyota Хироки Накадзима (Hiroki Nakajima), массовое производство транспорта на водородных топливных ячейках корпорация сосредоточит в сфере коммерческих перевозок. Если быть точнее, Toyota вместе с партнёрами начнёт переводить на водородные топливные ячейки грузовой транспорт средней и большой грузоподъёмности. В прошлом году Toyota также начала разработки в сфере использования водородного топлива модифицированными двигателями внутреннего сгорания для крупнотоннажных грузовиков. К преимуществам водородного топлива Toyota относит малый вес, что для несущего полезную нагрузку коммерческого транспорта очень важно. Кроме того, пополнить запас хода путём заправки водородом удаётся гораздо быстрее, чем заряжать тяговую батарею большой ёмкости. Tesla вчера призналась, например, что её грузовые тягачи Semi в версии с запасом хода 800 км оснащаются тяговыми аккумуляторами ёмкостью 800 кВт·ч.

До сих пор, заметим, инициативы по переводу ДВС на использование водорода в качестве топлива для Toyota сосредотачивались в сфере автоспорта, где компания демонстрировала прототип гоночного хэтчбека Yaris, а в сотрудничестве с Yamaha был создан пятилитровый ДВС, способный питаться водородом и обеспечивать отдачу в 450 лошадиных сил. Его вполне можно было бы применять на грузовом транспорте, хотя изначально донором силовой установки выступило спортивное купе Lexus RC F.

Нынешнее руководство Toyota также считает важным использовать автоспорт для продвижения водородного топлива. Компания предлагает получать его не только из воды, но и путём переработки разного рода отходов, включая биологические. Эксперименты в этой сфере компания проводит не только в Японии, но и в Таиланде.

Toyota не собирается списывать со счетов и гибриды, а подзаряжаемые модификации таких транспортных средств вообще хочет позиционировать как разновидность электромобилей с повышенным удобством использования. В 2026 году компания собирается выпустить первые электромобили на платформе нового поколения, в основе которой будут лежать тяговые аккумуляторы с удвоенным запасом хода. Речь, по всей видимости, идёт о батареях с твердотельным электролитом, разработку которых японский автогигант ведёт уже несколько лет. Скорее всего, эти же батареи достанутся и подзаряжаемым гибридам Toyota, которые компания стремится обеспечить запасом хода на чистой электротяге свыше 200 км. К достоинствам гибридов компания относит и их ценовую доступность по сравнению с электромобилями.

Известный автоконцерн Honda намерен превратить старые топливные ячейки для электромобилей своего производства в резервные источники питания дата-центров. Хотя компания отказалась от выпуска машин Clarity на водородных топливных элементах, некоторые старые топливные ячейки из машин этой модели теперь заработают снова — теперь в ЦОД к югу от Лос-Анджелеса. Пока речь идёт лишь о «доказательстве концепции», но в будущем компания намерена найти технологии коммерческое применение, причём такие «зелёные» элементы питания будут применять не только в ЦОД.

Источник изображения: Honda

Известно, что бывшие в употреблении водородные ячейки, генерирующие с помощью электрохимической реакции электроэнергию, ещё поработают для обеспечения электричеством серверов в дата-центре самой компании. Ранее Honda полагалась на дизельные резервные генераторы.

Впрочем, как сообщает TechCrunch, технология оказалась не такой безопасной, как могла бы быть. Компания признала, что использует не «зелёный» водород, что означает, что как минимум часть газа была получена с помощью ископаемого топлива. Хотя водородные топливные ячейки сами по себе относительно экобезопасны и, помимо электричества, выделяют только воду и тепло, косвенно они тоже причастны к загрязнению окружающей среды, поскольку большая часть водорода сегодня поступает из «грязных» источников и требует специальной инфраструктуры для доставки водорода на места — именно поэтому многие автоконцерны не верят в водородные технологии для автопромышленности.

Впрочем, Honda не намерена полностью отказываться от водородного транспорта и использование топливных ячеек в ЦОД, наоборот, в некоторой степени, служит рекламой водородных технологий в преддверии появления топливных ячеек нового поколения, разработанных совместно с General Motors. По данным автоконцерна, следующее поколение её топливных элементов будет применяться в модели на базе Honda CR-V и будет подготовлено к 2024 году.

Также компания планирует использовать новые ячейки и в качестве резервных генераторов электроэнергии, но для них, как утверждается, будет применяться только «зелёный» водород, добытый с помощью возобновляемой энергии. Помимо использования в ЦОД, генераторы смогут применять в качестве дополнительного источника питания даже промышленные предприятия в моменты пиковых нагрузок на электросеть.

«Доказательство концепции», как ожидается, должно будет вырасти в новую бизнес-модель, поскольку пилотный проект — удобный повод поговорить с СМИ о водородных технологиях вообще. Хотя рынки автомобилей захватывают электрические машины, Honda, похоже, заинтересована в сохранении водорода в повестке дня. В январе сообщалось, что Honda Motors создала подразделение, специализирующееся на электромобилях, как с аккумуляторными, так и с водородными топливными элементами.

Модифицированный компанией Universal Hydrogen пассажирский самолёт Dash-8 совершил 15-минутный полёт в США, полагаясь на возможности самого большого в авиации водородного топливного элемента. По словам главы Universal Hydrogen Павла Ерёменко, событие знаменует наступление «нового золотого века авиации». Хотя полёт был непродолжительным, он продемонстрировал возможность водородной авиатехники выполнять полёты.

Источник изображения: Universal Hydrogen

Dash-8, в основном используемый для региональных перелётов, обычно перевозит до 50 пассажиров. В данном случае самолёт, получивший имя Lightning McClean, имел на борту лишь двух пилотов и инженера, а также немало дополнительной техники, включая электродвигатель и огромную топливную ячейку. В салоне находились стойки с электроникой и сенсорами, а также два бака с 30 кг водорода. Электродвигатель компании magniX приводился в действие с помощью топливной ячейки, разработанной Plug Power, мощность которой составила 800 кВт. Ерёменко не исключает, что разработка его компании может со временем стать первым водородным самолётом, сертифицированным для эксплуатации на пассажирских авиарейсах.

По имеющимся данным, сегодня на авиацию приходится 2,5 % углеродных выбросов с перспективой роста до 4 %, а электродвигатели с водородными элементами фактически экобезопасны. Впрочем, до массового распространения водородной авиации ещё далеко. Если на одном крыле использовался электрически двигатель, то на втором — обычный турбовинтовой производства Pratt and Whitney, вдвое более мощный. Такой дополнительный «резерв прочности» позволил получить от Федерального управления гражданской авиации США лицензию на испытание.

Отчасти проблема заключается в том, что топливные ячейки сложно охлаждать, поскольку электрохимическая природа топливных ячеек требует специальных решений для поддержания допустимой температуры. Впрочем, по данным Universal Hydrogen, топливная ячейка, используемая компанией, может работать весь день без перегрева благодаря большим воздухоотводам.

Ещё одной проблемой является невысокая энергоёмкость и соответственно проблема хранения водорода на борту. Даже у сжиженного водорода она вчетверо ниже, чем у обычного авиатоплива — на 15-минутный полёт ушло более половины запаса водорода, находившегося в газообразном состоянии. В этом году компания планирует перейти на более «концентрированный» жидкий водород.

Источник изображения: Universal Hydrogen

Для хранения жидкого водорода Universal Hydrogen занималась разработкой стандартизированных модулей, которые можно легко подключать к топливной системе автомобилей, самолётов и другой техники и заменять по мере необходимости. Существующая конструкция позволяет поддерживать водород в жидком состоянии до 100 часов. Компания уже получила заказов на $2 млрд на «топливное обслуживание» на ближайшее десятилетие.

Прототипы водородных модулей продемонстрировали в декабре, позже в текущем году компания надеется начать строительство завода в Нью-Мексико. Хотя многие сомневаются в целесообразности использования водорода, Ерёменко уверен, что заставит технологию работать, особенно с учётом субсидий, выделяемых администрацией президента США для «зелёных» водородных решений в рамках Закона о снижении инфляции.

Объём инвестиций в компанию приближается к $100 млн, включая поступления от Airbus, General Electric, American Airlines, JetBlue и Toyota. Уже в 2025 году стартап намерен начать поставки комплектов для переоборудования самолётов вроде Dash-8 для использования с водородным топливом. Уже имеются предварительные заказы от 16 компаний общей стоимостью более $1 млрд. Первым пользователем технологии в США должна стать Connect Airlines.

Единство стран Европейского союза разошлось в вопросе считать ли атомную энергетику и всё, что с ней связано полезным для климата Земли или нет? Оспорить использование мирного атома пытается Германия и ряд поддержавших её стран, тогда как возглавляемая Францией коалиция шаг за шагом продавливает идею озеленения энергетики с помощью атомной энергии. По крайней мере, власти ЕС разрешили Франции производить «зелёный» водород энергией с АЭС.

Источник изображения: Pixabay

Производство водорода с помощью атомной энергетики — это лишь часть глобальной водородной Директивы ЕС. Европейский союз вслед за США принимает меры для снижения зависимости от ископаемых источников топлива и, в первую очередь, от природного газа. В этих планах водороду отводится главная роль. Пакет мер по водородной Директиве был представлен в декабре 2021 года, а заключительное голосование по нему прошло 9 февраля.

Комитет по промышленности, исследованиям и энергетике ЕС поддержал полное соглашение 62 голосами за и двумя против. Против ряда нормативных актов Директивы голосовали 17 человек, а 54 отдали голоса в их поддержку. На следующем этапе пакет мер в рамках водородной Директивы должен быть утверждён полным составом Европейского парламента, что произойдёт в марте. После этого последуют переговоры с 27 странами участницами ЕС.

Активно против принятых мер и актов голосует Германия и возглавляемая ею коалиция. У Германии нет собственной атомной энергетики, и она пытается заблокировать любые льготы для этого сектора. Представители Германии, например, заблокировали очередной раунд переговоров по Директиве о возобновляемых источниках энергии, которая охватывает более широкий круг проблем, чем Директива о водороде. Германия утверждает, что пока нет полной ясности в отношении происхождения возобновляемого водорода, атомную энергетику нельзя считать «зелёной».

Тем не менее, Франция получила разрешение на производство именно «зелёного» или возобновляемого водорода с применением энергии от атомных электростанций. В дальнейшем такой водород будет использоваться в ЕС как источник энергии для энергетически ёмких отраслей, например для выплавки стали. Примечательно, что водород в ЕС не планируют использовать для отопления жилищ граждан. Принято, что этот сектор обеспечат тепловые насосы и возобновляемые источники энергии.

Поскольку газотранспортная система масштаба прокачки природного газа будет больше не нужна (раз она не потребуется для нужд отопления), почти вся сегодняшняя инфраструктура будет уничтожена либо сведена до минимума, лишь бы обеспечить промышленных потребителей. По этому поводу у стран ЕС есть разногласия. Зелёные считают, что газотранспортную систему необходимо полностью уничтожить, чтобы нефтегазовые компании не получили преимущества. Иначе это будет, как пустить лису в курятник. Только созданная с нуля система распределения водорода обеспечит равные конкурентные условия для развития зелёной энергетики.

Согласно принятым нормативам, на каждый килограмм выработанного с помощью АЭС водорода H₂ производится 2,77 кг CO₂e (эквивалента CO₂). Примерно столько же углекислого газа производится при выработке водорода с помощью ветровой и солнечной энергетики. В принципе, любой водород с выработкой менее 3,38 кг CO₂ на 1 кг H₂ принято считать низкоуглеродным, поэтому атомная энергетика легко помещается в зелёный диапазон. Но бюрократическая борьба ещё не окончена и Германия надеется хоть в чём-то взять реванш.

Традиционный способ добычи водорода с помощью электролиза требует девять литров пресной воды для получения каждого килограмма водорода. С учётом дефицита водного ресурса курс на водород вызывает сомнения. Использование неподготовленной морской воды могло бы стать выходом, но до недавних пор приемлемой технологии для прямой добычи водорода из океанских вод не существовало.

Источник изображения: Pixabay

Решение нашли учёные из Австралии в сотрудничестве с коллегами из университетов Тяньцзинь и Нанкай в Китае и Университета штата Кент в США. По словам исследователей, они разработали способ для улучшения обычных коммерческих электролизёров, который позволяет расщеплять морскую воду с «почти 100-процентной эффективностью» без какой-либо предварительной обработки кроме фильтрации.

Традиционные металлические катализаторы на основе платины и других драгоценных металлов требуют длительной и сложной подготовки морской воды для добычи водорода. Учёные смогли приспособить для этого дешёвые катализаторы из оксида кобальта и оксида хрома, но предварительно обработали их поверхность так называемой кислотой Льюиса. В обычных условиях ионы хлора из морской воды разрушают такие соединения или вода засоряет катализаторы нерастворимыми осадками соединений магния и кальция, что быстро снижает площадь рабочей поверхности. Добавление кислоты блокирует все деструктивные химические процессы и позволяет недорогим катализаторам дольше оставаться рабочими даже в такой неподготовленной среде.

«Мы разделили обычную морскую воду на кислород и водород с почти 100-процентной эффективностью, чтобы получить экологически чистый водород путём электролиза, используя недрагоценный и дешёвый катализатор в коммерческом электролизёре», — сказал профессор Шижан Цяо.

«Производительность коммерческого электролизёра с нашими катализаторами, работающего в морской воде, близка к производительности платиновых/иридиевых катализаторов, работающих на сырье из высокоочищенной деионизированной воды», — добавил другой автор работы.

Предложенный метод был испытан в лабораторных условиях на небольшой установке. На следующем этапе учёные попытаются масштабировать решение для приближения к стадии коммерческого внедрения. Самым важным в разработке представляется возможность простой доработки уже существующих электролизёров, но есть и другие не менее интересные технологии добычи водорода из неподготовленной морской воды. Рано или поздно что-то из этого придётся брать на вооружение.

Приятным бонусом к добыче водорода из морской воды идёт получение пресной воды и полезных ресурсов. Всё это расценивается, как возможность развить на побережьях морей и океанов фабрик по добыче ценных ресурсов.

Компания ZeroAvia создала и подняла в воздух крупнейший на данный момент в мире водородно-электрический пассажирский самолёт Dornier 228. Вчера 19-местный двухмоторный самолёт, оснащённый прототипом водородно-электрической силовой установки, совершил 10-минутный полёт в Великобритании.

Источник изображения: ZeroAvia

Непродолжительный полёт из аэропорта Котсуолд стал частью проекта HyFlyer II — финансируемой государством программы, предусматривающей разработку малых пассажирских самолётов, более безопасных для окружающей среды, чем используемые сегодня модели. Силовая установка питается за счёт «сжатого газообразного водорода, вырабатывавшегося с помощью находившегося на борту электролизёра». Тестовая конфигурация включала два стека топливных ячеек и литийионные аккумуляторы, на время теста размещённые в салоне.

Впрочем, при коммерческом использовании предусматривается крепление источников питания снаружи фюзеляжа, чтобы обеспечить место для пассажиров. Кроме того, на правом крыле имелся стандартный турбированый двигатель Honeywell TPE-331 для создания дополнительной тяги при взлёте, а также обеспечения «страховки» на случай сбоев в работе экспериментальных систем.

В ZeroAvia заявляют, что намерены сертифицировать технологию уже в этом году, коммерческие рейсы планируется выполнять к 2025 году. Компания также работает над программой создания силовой установки на 2‒5 МВт, что позволит использовать технологию с лайнерами, рассчитанными на 90 пассажиров. Конечной целью является расширение использования технологии на узкофюзеляжные самолёты в следующем десятилетии. Такими, например, являются авиалайнеры серии Boeing 737.

Молодая американская компания Amogy представила первый в мире, по её словам, тягач с нулевым выбросом, работающий на аммиаке. Баки грузового автомобиля вмещают запас топлива для выработки 900 кВт·ч энергии, что равно запасу энергии в литиевых аккумуляторах тягача Tesla Semi. При этом баки с аммиаком намного легче, а заправка длится не дольше восьми минут, чего не скажешь о зарядке аккумуляторов Tesla. Но есть нюансы.

Источник изображений: Amogy

Разработчик силовой платформы с аммиачным топливом не уточняет эффективность всех этапов преобразования NH₃ в электричество. Аммиак необходимо превратить в чистый водород с помощью системы разложения и очистки, пропустить водород через топливные ячейки и полученное электричество направить на тяговые электродвигатели, а также подать в бортовые системы.

Даже если на всех этапах процессы будут достигать максимальной на сегодня эффективности, до двигателей дойдёт только половина из заявленного запаса энергии, что, впрочем, не так уж безнадёжно. Установить новый бак с аммиаком проще и дешевле, чем добавить ту же ёмкость набором из литиевых батарей.

Использование аммиака вместо чистого водорода значительно упростит оборот топлива, поскольку водород необходимо хранить или в виде газа под огромным давлением (около 700 атмосфер), или в жидком виде с охлаждением до -252,87 °C. Аммиак хранится в баллонах в жидком виде при обычном давлении и температуре окружающего воздуха. Тем самым с точки зрения плотности хранения энергии аммиак выигрывает у газообразного водорода примерно в три раза по объёму, а по весу в 20 раз опережает литиевые аккумуляторы.

Необходимо помнить, что в следующем десятилетии прогнозируется дефицит лития, не говоря о других важных для производства батарей металлах и минералах. Его и сейчас не хватает, если быть справедливым. Аммиак же, как и водород, можно производить экологически чистым способом, например, на атомных электростанциях или с помощью возобновляемой энергии, что делает его важным для устойчивой экономики будущего.

Свою силовую платформу с питанием на основе аммиака компания Amogy установила на серийном тягаче Freightliner Cascadia 2018 года. Автомобиль прошёл испытания в кампусе Университета штата Нью-Йорк в Стони-Бруке, а в конце этого месяца планируется провести полномасштабную оценку реальных характеристик на испытательном треке. Кроме того, в активе Amogy есть 5-КВт силовая аммиачная установка для беспилотника и 100-кВт для трактора.

Более того, Amogy работает в направлении мощнейших судовых установок для морского транспорта. К концу 2023 года она обещает показать работу буксира с силовой установкой мощностью 1 МВт, а к 2025 году обещает представить 10-МВт установку для морских контейнеровозов. И она не одна такая, ряд проектов предусматривает аммиак как косвенное и даже прямое топливо для авиационных и судовых двигателей.