Небо, море, водород…

Водородные технологии становятся все более модной темой, приобретая в глазах энергетических компаний статус не только многообещающего, но и «горячего», актуального направления, не приняв участие в развитии которого они рискуют опоздать на новые рынки. Например, согласно опросу консалтинговой компании DNV GL, проведенному среди почти тысячи руководителей и специалистов корпораций нефтегазового сектора, 42% респондентов ожидают, что их компании уже в 2021 году будут инвестировать в водородные проекты [1]. Примечательно, что год назад этот показатель был всего 20%.

Самолет на водородных топливных элементах. Источник: ZeroAvia

Инвестиции в водородную энергетику становятся все более привлекательными за счет того, что она приобретает в странах ЕС статус одного из магистральных направлений выхода из кризиса и восстановления после пандемии. В рамках антикризисных предложений Европейской комиссии — плана «Новое поколение ЕС» с бюджетом в €750 млрд — реанимация европейской экономики напрямую связана с реализацией Европейской зеленой сделки, в частности, с построением «чистой водородной экономики» [2].

Одной из самых необычных, но при этом перспективных сфер приложения водородных усилий становится декарбонизация воздушного и морского транспорта. Несмотря на сложно преодолеваемые технико-экономические барьеры в этих областях, связанные со стоимостью водородных систем и трудностями при хранении достаточного количества водорода на борту, в Европе запускается сразу несколько комплексных проектов в сфере водородной декарбонизации воздушного и морского транспорта.

Аэропорт Копенгагена

Самый крупный и многосоставный из таких проектов стартовал в конце мая в аэропорту Копенгагена. Проектный консорциум в составе ветроэнергетического концерна Ørsted, судового гиганта A.P. Moller-Maersk и скандинавских авиалиний SAS намерен создать электролизное производство водорода, использующее электроэнергию от оффшорных ветрогенераторов общей мощностью более 5 ГВт, расположенных вокруг балтийского острова Борнхольм. На первом этапе проекта мощность электролизеров составит всего 10 МВт, а водород будет использоваться только для заправки автобусов, тягачей и грузовиков в аэропорте. Но на втором этапе проекта, который намечен на 2027 год, предполагается создать рядом с аэропортом производство синтетического топлива на базе «зеленого» водорода и углекислого газа, полученного в рамках технологий CCUS. Метанол будет производиться для заправки судов Moller-Maersk, синтетический керосин — для пассажирских лайнеров SAS. Электролизные мощности на этом этапе достигнут 250 МВт, а к проекту в качестве потребителей такого углеродного-нейтрального топлива намерены присоединиться местная паромная компания DFDS и логистический оператор DSV Panalpina. Наконец, на третьем этапе проекта к 2030 году мощность электролизеров достигнет 1,3 ГВт, а уровень замещения традиционного топлива у потребителей — 30% [3].

Процесс получения синтетического метана. Источник: APA Group

Производство и применение углеродно-нейтральных синтетических топлив из водорода и углекислого газа, с одной стороны, решает проблему относительно низкой объемной энергоемкости чистого водорода, но, с другой стороны, само по себе представляет собой технический барьер. Похожая технология, также не дошедшая еще до стадии коммерческого применения, отрабатывается в Австралии в рамках запущенного в этом году пилотного проекта по производству синтетического метана из «зеленого» водорода и использования этого метана в газораспределительной сети Южной Австралии [4]. Проект, финансируемый Австралийским агентством по возобновляемой энергетике (ARENA), ведут технологическая компания APA Group и местные газовые сети Southern Green Gas.

Индустриальный парк Монгстад (Норвегия), на базе которого создается водородная инфраструктура для заправки кораблей. Источник: Equinor

Не менее амбициозный скандинавский проект в сфере водородной энергетики для морского транспорта стартовал недавно в Норвегии на базе индустриального парка Монгстад в провинции Вестланн. В рамках проекта создается инфраструктура для заправки судов жидким водородом, производимым на нефтехимических мощностях компании Equinor. Кроме норвежского нефтяного гиганта в проектный консорциум входят компании BKK и Air Liquid, а фирмы Wilhelmsen и NorSea ведут разработку грузовых судов на жидком водороде [5]. Первым судном такого типа в рамках проекта должен стать морской паром Топека. В качестве потребителей жидкого водорода в проект собираются войти паромные компании Norled и Viking Ocean Cruises. Во многом похожий на проекты в Дании и Норвегии Ланкастерский водородный хаб, в рамках которого водород будет использоваться как топливо для региональных поездов и паромов, создается в Великобритании [6], о чем мы уже писали в своих заметках.

Концепт водородного парома Topeka. Источник: Wilhelmsen

В то же время ряд норвежских компаний занимаются применением жидкого водорода на пассажирских судах. Системный интегратор Norwegian Electrical Systems совместно с судостроительной фирмой Havyard Design намерен по заказу крупного судовладельца Havila в 2023 году спустить на воду первый в мире круизный лайнер на водородных топливных элементах мощностью 3,2 МВт и жидком водороде [7]. О некоторых проектах в сфере водородного морского транспорта — на базе «солнечного» водорода и на базе аммиака — мы уже писали в своих заметках.

Концепт норвежского водородного пассажирского лайнера. Источник: Havyard Design

Всего же по оценкам Европейского агентства по безопасности на морском транспорте (EMSA), DNV GL и Roland Berger, в мире насчитывается более 10 активных проектов гражданских судов на топливных элементах [8], по результатам которых можно сделать вывод, что пока что за счет существенно более высокой стоимости самих судов и топливной инфраструктуры в портах стоимость владения такими судами на жизненном цикле будет на 50% больше, чем кораблями на дизельном топливе [9].

Концептуальная схема авиационного транспорта на “зеленом” водороде. Источник: ZeroAvia

Применение водорода в пассажирской авиации — еще более сложная задача, чем достижение приемлемых экономических показателей его использования на морском транспорте. Тем не менее, в рамках решения этой задачи в последнее время также наблюдается высокая проектная активность, связанная с ростом спроса на решения по декарбонизации авиации. По оценкам Roland Berger, если сегодня вклад пассажирских самолетов в эмиссию парниковых газов составляет всего лишь 2,5%, то к 2050 году — во многом в силу ожидающихся успехов в декарбонизации других отраслей экономики — эта доля вырастет до 19–24%. При этом сегодня авиационный керосин с учетом топливной системы пассажирского лайнера обеспечивает плотность хранения энергии на борту на уровне 9,5 кВт·ч/л, тогда как жидкий водород — в лучшем случае 2,1 кВт·ч/л [10]. Хорошо известен ряд уже закрытых проектов применения жидкого водорода в авиации, например, знаменитая летающая лаборатория Ту-155, регулярно экспонируемая на МАКС.

Самолет “Сигма-4” на МАКС-2019. Источник: журнал “Профиль”

Тем не менее, попытки создания пассажирских летательных аппаратов на водороде в последнее время приобрели второе дыхание. Некоторые проекты уже увенчались успехом: американский четырехместный прототип HY4 с дальностью полета до 1500 км и крейсерской скоростью 145 км/ч совершил свой первый полет [11]. В прошлом году на МАКС был продемонстрирован российский двухместный прототип «Сигма-4» на топливных элементах, созданных в Центре компетенций НТИ по новым и портативным источникам энергии [12].

Наши соотечественники играют ключевую роль и в создании американского прототипа легкомоторного самолета на водороде, который разрабатывает компания ZeroAvia, получившая грант в £2,7 млн от британского правительства [13]. Этот калифорнийский стартап создает 20-местный водородный самолет на топливных элементах с дальностью до 500 км на базе легкомоторного Piper PA-46–350P [14].

Концепт водородного аэротакси. Источник: Bartini

Наиболее футуристическое направление в водородном авиатранспорте — летающие такси, основанные на применении мультикоптерных технологий. Об одном из таких проектов — Alaka’i Skai — мы недавно писали, но этот проект — далеко не единственный в своем роде. Большую активность в создании коптерных такси на водороде проявляют российский стартап Bartini с проектом 4-местного аэротакси с дальностью полета до 550 км и скоростью 300 км/ч [15] и израильская компания Metro Skayways с летающим автомобилем на 6–14 мест с дальностью 150 км и скоростью 270 км/ч, который эта компания в настоящее время переводит с аккумуляторных батарей на водород [16].

Подготовлено IC ENERGYNET / Автор: Игорь Чаусов

Хотите оперативно узнавать о выходе других полезных материалов на сайте "ГИС-Профи"?
Подписывайтесь на нашу страницу в Facebook.
Ставьте отметку "Нравится", и актуальная информация о важнейших событиях в энергетике России и мира появится в Вашей личной новостной ленте в социальной сети.