Большие грузовики скоро будут разъезжать по Тронхейму, Норвегия, питаясь водородом, полученным с помощью солнечной энергии, и выбрасывая только чистый водяной пар в качестве «выхлопа». Водородная технология не только произведет революцию в автомобильном транспорте, но и позволит кораблям и поездам двигаться без вредных выбросов.
Роль Норвегии как пионера в области водородных технологий началась более века назад с водопада. В крутой горной долине Рьюкан инженер и бизнесмен осознали потенциал гидроэлектростанции Веморк как способ обеспечить производство продуктов питания для постоянно растущего населения. Кристиан Биркеланд и Сэм Эйде хотели построить завод по производству норвежских удобрений под торговой маркой Norsk Hydro. Рядом с электростанцией построен футуристический по архитектуре завод по производству водорода. После его завершения в 1929 году он стал туристической достопримечательностью между крутыми горами Рьюкана.
С тех пор большая часть норвежских исследований водорода проводилась в различных лабораториях в Глёсхаугене в Тронхейме. В 1951 году Норвежский университет науки и технологии (NTNU), тогда известный как Норвежский технологический институт (NTH), создал свой собственный институт электрохимической инженерии. Это исследовательское сообщество сыграло ключевую роль в том, что стало крупной норвежской электрохимической промышленностью. Сегодня за закрытыми дверями SINTEF разрабатывается сверхсекретная технология, финансируемая рядом норвежских и международных промышленных компаний, в том числе поставщиками технологий электролиза для производства водорода. Недавно NTNU и SINTEF заключили контракт с производителем электромобилей на топливных элементах, которые работают на водороде и выделяют только водяной пар.
Исследования топливных элементов с 1980-х годов
NTNU и SINTEF работают над разработкой технологии топливных элементов с 1980-х годов. В последние годы деятельность SINTEF по исследованиям и разработкам способствовала некоторым крупным прорывам. Топливные элементы уже стали конкурентоспособными на некоторых нишевых рынках, говорит Штеффен Мёллер-Холст, вице-президент по маркетингу SINTEF.
«В Японии 150 000 топливных элементов были установлены в домашних хозяйствах для выработки электроэнергии и тепла», - говорит Мёллер-Хольст. «В США более 10 000 водородных вилочных погрузчиков работают на складах и в распределительных центрах».
В настоящее время он и его коллеги-исследователи активно работают над внедрением водородных технологий в Норвегии, уделяя особое внимание транспортному сектору. Портфель проектов SINTEF в настоящее время включает вилочные погрузчики, большегрузные автомобили и паромы.
В Германии уже проходят испытания первого поезда на топливных элементах, а Норвегия является одной из многих европейских стран, которые в настоящее время рассматривают возможность использования водородных поездов на основе выводов исследования, проведенного SINTEF для Норвежской железной дороги. Администрация», - говорит Мёллер-Холст.
Инновационные страны Азии взяли на себя инициативу по коммерциализации топливных элементов для питания легковых автомобилей. Корейские и японские производители автомобилей в настоящее время являются мировыми лидерами в технологическом переходе, вызванном проблемами глобального потепления.
Мёллер-Хольст менее двух месяцев назад вернулся из трехнедельного пребывания в Японии, где он провел встречи с ведущими промышленными компаниями, которые хотят использовать знания, которые SINTEF и NTNU приобрели за последние тридцать лет..
"SINTEF участвовал в 20 связанных с водородом проектах, финансируемых ЕС с 2010 года, примерно половина из которых все еще работает. Это делает SINTEF важным игроком в европейском контексте", - говорит Мёллер-Холст.
Крупные инвестиции Японии в водород - хорошая новость для исследователей SINTEF, которые уже тесно связаны с некоторыми ключевыми игроками в стране.
Но почему Япония так много инвестирует в водород? Обоснованием этого является то, что более 90 процентов потребности страны в энергии в настоящее время покрывается за счет импортируемых ископаемых источников энергии. Следовательно, водород интересен японцам не только как топливо для транспорта, но и для стационарной энергетики. В целях сокращения выбросов парниковых газов Япония уже заключила соглашение с Австралией об импорте водорода с 2020 года.
«SINTEF принимала участие как в научной, так и в политической жизни, продвигая Норвегию как поставщика водорода в Японию благодаря нашим обширным энергетическим ресурсам», - говорит Мёллер-Холст.
Крупнейший оптовый торговец продуктами питания в Норвегии, ASKO, в 2018 году отправит свои первые грузовики с водородным двигателем. Изображение предоставлено ASKO. На самом деле транспорт - не единственная отрасль, в которой водород будет играть ключевую роль. По всему миру страны развертывают все большее количество ветряных электростанций и фотоэлектрических электростанций. Однако не всегда возможно использовать всю энергию ветра, которая вырабатывается ни в ветреную погоду, ни от солнца в солнечный день. Этот избыток электроэнергии необходимо хранить, что делает производство водорода привлекательной альтернативой.
Немецкий промышленный гигант Siemens пришел к выводу, что водород является лучшим вариантом хранения энергии мощностью более 10 ГВтч. Более 30 процентов выработки электроэнергии в Германии обеспечивается ветровыми и солнечными источниками, а пилотные испытания водорода в качестве среды хранения идет полным ходом», - говорит Мёллер-Холст.
Батарейки слишком большие, тяжелые и дорогие
Møller-Holst убежден, что для достижения наших целей по выбросам мы должны рассмотреть множество вариантов применения, включая грузовые перевозки автомобильным, железнодорожным и морским транспортом. Никакая другая технология не может конкурировать с водородом, когда речь идет об экологически чистом транспорте на дальние расстояния.
Вот почему ASKO, крупнейший оптовый торговец продуктами питания в Норвегии, планирует запустить свои первые водородные грузовики для доставки на дорогах в 2018 году. При этом он, вероятно, станет первым перевозчиком в Европе с небольшим парком водородные транспортные средства. SINTEF помог инициировать эту работу и тесно сотрудничал с ней. Руководителем проекта является Андерс Одегорд, работающий в отделе технологий устойчивой энергетики SINTEF.
«Использование аккумуляторов для питания большегрузных автомобилей было бы очень дорогим», - говорит Эдегард. «Кроме того, они будут настолько большими и тяжелыми, что грузоподъемность грузовиков будет значительно снижена. Мы должны подчиняться законам физики и соблюдать ограничения, связанные с материалами».
Нет никаких сомнений в том, что в будущем электрические приводы заменят традиционные механические двигатели, работающие на ископаемом топливе, и что батареи станут очень важными во всех транспортных сегментах. Тем не менее, водород становится все более хорошим вариантом, если транспортные средства тяжелее и им нужно проехать большее расстояние. Это подводит нас к железнодорожному сектору, для которого политики предвидят увеличение доли грузовых перевозок в качестве средства сокращения выбросов.
На север - с водородом
В течение многих лет политики предлагали сделать самую длинную железнодорожную линию Норвегии (Нордландсбанен) без выбросов - традиционным способом. Другими словами, политики считают, что сегодняшнее дизельное топливо должно быть заменено электрификацией с использованием опор и воздушных линий.
Весной 2015 года Мёллер-Хольст и его коллеги из SINTEF завершили исследование для Норвежской национальной железнодорожной администрации (JBV), продемонстрировав возможность эксплуатации нескольких норвежских железнодорожных линий, включая Nordlandsbanen, без вредных выбросов..
На самом деле, в отчете сделан вывод о том, что от 36 до 45 миллиардов евро можно сэкономить ежегодно на линии от Стейнхьера до Будё (вдоль Нордландсбанен), если вместо традиционной электрификации будут использоваться поезда с батарейным или водородным приводом.
«В отчете был достигнут консенсус, основанный на заявлениях отдельных экспертов, полученных в ходе проекта, в том числе собственных специалистов JBV и междисциплинарной группы SINTEF», - говорит Мёллер-Холст, руководивший исследованием.
"До 2020 года биодизельное топливо должно заменить ископаемое дизельное топливо в качестве временного решения. Затем, в начале 2020-х годов, наиболее привлекательным вариантом станут инвестиции в поезда с батарейным питанием, - сказал он.."
Четыре региона Германии в настоящее время лидируют на международном уровне. Введено в эксплуатацию 100 пассажирских поездов на водороде. Первый уже проходит испытания, и ожидается, что технология будет готова для грузовых поездов до 2025 года. Мёллер-Хольст утверждает, что Норвегия должна последовать примеру немцев в использовании водорода, и предлагает начать с Раумабанена, когда речь идет о пассажирских поездах, и Нордландсбанен для грузовых поездов..
Ситуация "ветер-ветер"
Через фьорд от города Тронхейм проходит горная цепь, которую местные жители называют «Фозенские Альпы». Именно здесь Statkraft и TrønderEnergi построят крупнейшую в Европе ветровую электростанцию. Ветер дует на Фозен интенсивно круглый год, что создает огромный потенциал. Ожидается, что годовая выработка одной только этой ветряной электростанции достигнет 3,5 ТВт-ч (тераватт-часов) возобновляемой энергии, и этого будет достаточно для снабжения электроэнергией всего населения Тронхейма, насчитывающего 170 000 человек.
«В настоящее время и NTNU, и SINTEF оказывают TrønderEnergi поддержку в принятии решений в рамках оценки компанией возможности производства водорода из избыточной энергии ветра», - говорит Мёллер-Холст.
Многие другие заинтересованные стороны по всей Норвегии также проводят аналогичные оценки в отношении производства водорода. Сюда входит гидроэлектростанция в Гломфьорде, которая была «близнецом» станции в Рьюкане - колыбели промышленного бума, возникшего почти столетие назад, когда Norsk Hydro начала производить водород для удобрений.
SINTEF недавно определил целых 10 заинтересованных сторон, которые намерены начать производство водорода в Норвегии. SINTEF помогает нескольким в оценке возможных инвестиций. Интерес к водороду действительно растет.
Однако у исследователей энергетики из SINTEF есть планы, которые еще более захватывающие, чем производство водорода из избыточной возобновляемой энергии. Томми Моккельбост - старший научный сотрудник, работающий в офисе SINTEF на Шпицбергене.
«На Шпицбергене последствия изменения климата намного серьезнее, чем в других районах планеты», - говорит он. «Лед вокруг архипелага стремительно тает, а ледники отступают с рекордной скоростью. Это создает проблемы для белых медведей в их охотничьих угодьях. Кроме того, электроэнергией и теплом в Лонгйир снабжает единственная в Норвегии угольная электростанция. было бы более естественным, чем превратить Лонгйир в первое в мире сообщество без вредных выбросов?"
Следует изучить несколько вариантов, из которых водородная технология представляет собой интересную альтернативу, говорит он.
Он предполагает, что водород можно будет производить на ветряных электростанциях, расположенных в самой северной губернии Норвегии, Финнмарке, где ветер дует никогда не переставая, но где сегодняшняя мощность энергосистемы очень ограничена. Затем водород можно было бы транспортировать на Шпицберген в жидком виде с помощью водородных танкеров.