Как солнечный реактор из Швейцарии производит «зелёный водород»
Инновационный энергоблок из Швейцарии обещает решить две основные проблемы, стоящие на пути рентабельного производства «зелёного водорода».
Уникальный солнечный реактор, разработанный в Швейцарии, обещает решить две основные проблемы, стоящие на пути массовой и рентабельной выработки «зелёного водорода»: он поможет снизить стоимость этого возможного «топлива будущего» и качественно сократить протяженность путей его транспортировки. Первая тестовая энергоустановка на основе швейцарской инновационной технологии будет запущена в Конфедерации уже в феврале 2024 года.
Это сооружение, напоминающее параболическую спутниковую антенну, установлено на территории кампуса Швейцарского федерального технологического института в Лозанне (EPFL), и не заметить его просто невозможно. Будучи семь метров в диаметре и направленным в небо, оно напоминает что-то вроде радиотелескопа. Однако его задача состоит не в поиске «жизни на Марсе», а в преобразовании солнечного света и воды в водород. «Это первый действующий прототип такого рода установки», — говорит София Хауссенер (Sophia Haussener), руководительница Лаборатории возобновляемых источников энергии при EPFL (Laboratory of Renewable Energy Science and EngineeringВнешняя ссылка).
Показать больше
В гонке за «зеленым водородом» Швейцария пока отстаёт
Понятие «действующий прототип» означает, что соответствующая технология уже покинула сферу теории и вышла на практический простор, имея все элементы, необходимые для непрерывного производства «зелёного водорода» (то есть водорода, получаемого за счет не сжигания минерального топлива, а использования возобновляемых видов энергии). Система, созданная в Швейцарии носит название Arb, от латинского arbor («дерево»). Она была запатентована компанией SoHHytecВнешняя ссылка, стартапом, созданным на базе деловой и научной экосистемы EPFL, с целью решить две основные задачи, стоящие на пути массовой и рентабельной выработки «зелёного водорода»: снизить стоимость этого возможного «топлива будущего» и качественно сократить протяженность путей его транспортировки.
Технология Arb способна производить водород в товарных масштабах в непосредственной близости от места его использования, причем по такой же, если даже не более низкой, стоимости, чем так называемый «серый» водород, добываемый за счет сжигания метана и угля. Пока на данный момент 96% водорода, производимого в мире, поступает именно за счет использования ископаемого топлива. Такого рода и в самом деле весьма заманчивые перспективы позволили компании SoHHytec привлечь недавно более трех миллионов франков свежего финансирования, убедив многие ведущие компании металлургического, энергетического и логистического секторов сделать ставку именно на «зелёный водород». И вот теперь, после десяти лет исследований и разработок, это «водородное дерево» вроде бы готово к снятию первого урожая.
Как это работает?
Сам по себе принцип действия швейцарской установки не нов. Солнечный свет отражается в параболическом зеркале и концентрируется на реакторе (энергоблоке), расположенном в фокусной точке зеркала. Внутри реактора электрический ток, генерируемый солнцем, расщепляет молекулы воды (H2O) на водород (H2) и кислород (O2) по схеме, аналогичной фотосинтезу. Система, как подсолнух, следит за положением солнца на небе и следует за ним в течение дня, с тем чтобы максимизировать выработку водорода (см. видео ниже). Система способна производить водород даже в пасмурную погоду или ночью, подключаясь к внешнему источнику питания.
Уникальность установки заключается в ее способности рекуперировать тепло и кислород, образующиеся в процессе работы. Понятие «рекуперация» происходит от лат. recuperatio, что значит «обратное получение, возврат, восполнение, возмещение». В данном случае речь идет о возвращении доли материалов или энергии для повторного использования в том же самом или побочном полезном технологическом процессе. Тепло, генерируемое «водородным деревом», может быть, например, использовано для обогрева зданий или для предварительного нагрева каких-то промышленных установок.
Кислород, который в данном контексте играет роль побочного продукта, может быть предоставлен в распоряжение больниц. Компания SoHHytec утверждает, что технологии, на которые опирается проект Arb, имеют значительно более высокий КПД, нежели обычные установки по производству «зеленого» водорода, использующие солнечную или гидроэлектрическую энергию. С учетом рекуперации тепла и кислорода КПД (коэффициент полезного действия) этой установки приближается к 80%.
Достаточное количество водорода
Вырабатываемый при помощи технологий Arb водород имеет чистоту более 99%. Будучи предварительно сжатым уже в реакторе, он сразу же готов к применению. Об этом порталу SWI swissinfo.ch рассказывает Саурабх Тембхурн (Saurabh Tembhurne), один из учредителей компании SoHHytec. Получая примерно полкило водорода в день, тестируемый в настоящее время прототип способен обеспечить автомобилю на топливных элементах пробег в 70 км в день. Он также подчеркивает, что суть фотохимических реакций получения экологически чистого водорода была открыта уже несколько десятилетий назад и все дело заключалось в том, как «упаковать» теорию в востребованную на рынке, рентабельную и практичную энергоустановку.
Показать больше
«Зеленое авиатопливо» и швейцарские научные разработки
Эксперт Канан Акар (Canan Acar) из «Университета Твенте» (Universiteit Twente — нидерландский университет, расположенный в городе Энсхеде, провинция Оверэйсел) подтверждает в электронном письме на адрес SWI swissinfo.ch, что технология, разработанная учеными EPFL, «представляет собой значительный шаг на пути к устойчивым энергетическим решениям».
Сам Канан Акар занимается разработками в области технологий получения «зелёного» водорода уже более 15 лет. «Степень практичности (швейцарской) системы повышается за счет локализованного производства, снижающего степень потребности в сложной логистике», — говорит он. Срок службы одной установки Arb оценивается примерно в 20 лет. Для увеличения объемов производства достаточно увеличить диаметр параболической «тарелки» или просто увеличить количество «водородных деревьев» на единицу площади. Как это могло бы выглядеть? См. ниже анимационный ролик:
Первый демонстрационный прототип такого энергоблока предполагается запустить в феврале 2024 года в регионе города Эгль на юго-западе Швейцарии. «Тарелку» установят на территории компании по производству металлоконструкций и труб из нержавеющей стали Zwahlen & Mayr. Получаемый таким образом водород она будет использовать для производства прецизионного трубопроката, для чего ей придется задействовать сразу пять модулей Arb диаметром девять метров каждый и общей мощностью 20 мегаватт.
Как сообщил порталу SWI swissinfo.ch Кристиан Шарпин (Christian Charpin), замдиректора компании Zwahlen & MayrВнешняя ссылка, его фирма рассчитывает таким образом покрыть около 20% своих потребностей в водороде, получаемая тепловая энергия будет использоваться для разогрева технической воды, а кислород пойдет на нужды местных больниц. Компания SoHHytec не намерена ограничиваться Швейцарией и планирует скоро начать экспортировать свои инновации за рубеж.
Показать больше
В Швейцарии разработали технологию получения водорода из воздуха
В рамках своего проекта в Калифорнии она планирует создать целый «парк» с почти одной тысячей установок Arb, способных производить в совокупности до 2 400 тонн водорода в год. Такие установки смогут, например, обеспечивать экологически чистым топливом большой флот большегрузного транспорта в составе по меньшей мере полторы сотни грузовиков с пробегом у каждого до 500 км в день.
По оценкам Саурабха Тембхурна, благодаря такой технике стоимость производства «зеленого» водорода в США может снизиться примерно до 2,5 доллара за 1 кг, сравнявшись со стоимостью водорода, получаемого из метана. В Швейцарии отпускная цена «зелёного» водорода составляет 15–23 франка за 1 кг. По словам С. Тембхурна, при наличии больниц, готовых покупать получаемый параллельно кислород, стоимость «зелёного водорода» понизилась бы в еще большей степени. Сейчас компания SoHHytec ведет переговоры с вероятными партнерами в Индии.
Энергия с огорода
Как отмечает Канан Акар, эффективность и жизнеспособность таких солнечных водородных систем в значительной степени зависит от географических и климатических условий. «Регионы с высокой интенсивностью солнечной радиации получили бы за счет таких систем наибольшую выгоду, а вот в районах, где солнечный свет в дефиците, многое может «пойти не так», — отмечает он. Еще одна проблема — поиск интерфейса, который позволил бы промышленным предприятиям подключаться к таким системам, как Arb. Решение этой задачи потребует точных экономических расчетов и тщательного планирования.
Пока компания SoHHytec ориентирована на промышленный сектор, но в будущем она не исключает возможности применения водорода и для нужд жилого фонда. По словам Саурабха Тембхурна, использование водорода в жилищном строительстве пока еще редкость и многое зависит от строгих местных СНИПов. «Однако в целом мы вполне могли бы представить себе параболические тарелки меньшего размера, подходящие для нужд односемейных домов, с помощью которых люди смогли бы производить себе энергию и тепло буквально в собственном огороде».
Показать больше
Стартап Destinus намерен построить «Конкорд» на водороде
В соответствии со стандартами JTI
Показать больше: Сертификат по нормам JTI для портала SWI swissinfo.ch
Обзор текущих дебатов с нашими журналистами можно найти здесь. Пожалуйста, присоединяйтесь к нам!
Если вы хотите начать разговор на тему, поднятую в этой статье, или хотите сообщить о фактических ошибках, напишите нам по адресу russian@swissinfo.ch.