Вечното водородно "утре"

Водородът е горивото на бъдещето - и винаги ще бъде, обичат да се подиграват скептиците. Действително "водородното общество", което преди двайсетина години бе превъзнасяно като спасение и от енергийните проблеми, и от глобалното затопляне, днес изглежда все така далечно, както и тогава. Гръмките планове се разпаднаха; повечето ангажирани с подобни проекти компании тихомълком ги зарязаха или поне ги изтикаха на заден план. Но сега изведнъж водородът отново е на дневен ред. Не защото се е случил кой знае какъв технологичен пробив, а защото политиците внезапно пак се заинтересуваха от него.

След бума в изследователските проекти преди 6-7 години напоследък интересът към водорода изглеждаше замрял. Това се промени през последните месеци

ОТ КЪСНАТА ЕСЕН НА 2019 акциите на компании, разработващи водородни технологии, започнаха изведнъж да поскъпват на борсите. Канадската Ballard Power и американската Plug Power удвоиха стойността си само за три месеца; шведската PowerCell поскъпна цели осем пъти. Тенденцията получи обяснение в началото на март, когато Европейската комисия обяви създаването на партньорство за разработване и развиване на водородните технологии. Този технологичен алианс ще получи над 2 млрд. евро финансиране от общия европейски бюджет. Водородът "ще бъде стратегически важен за енергийната независимост и енергийното бъдеще на Европа", заяви еврокомисарят по въпросите на единния пазар Тиери Бретон в интервю за The Financial Times.
Не е трудно да се разбере мотивацията на стратезите в Брюксел. Европа е силно зависима от вносните горива (било от САЩ, във втечнена форма, било от Русия, Азърбейджан или Иран). В същото време електромобилите с батерии, които ЕС насърчава като средство за намаляване на парниковите емисии, значително отслабват позициите на европейските автомобилни гиганти. Десетилетното предимство на Европа в тази област бе свързано с инженерната експертиза на компании като Volkswagen, Daimler, BMW, Peugeot, Renault, Fiat. Но електромобилите са несравнимо по-прости като устройство. Всеки може да ги произвежда и при тях ключово е кой доставя батериите и софтуера. В първото абсолютна доминация за момента имат Китай и Южна Корея. При второто лидери са американците. Наблягане върху водородните технологии, по които между другото китайци и японци работят много усилено, би могло да запази конкурентните предимства на европейските автомобилостроители.

Honda бе пионер с тестването на водородни автомобили в реални условия, като пусна няколкостотин бройки от своя модел Clarity по шосетата на Калифорния

ВСЕ ПАК МНОГО ЕКСПЕРТИ СЕ СЪМНЯВАТ, че водородната технология може да се наложи при леките автомобили. Клаус Фрьолих, директорът на BMW по развойната дейност, прогнозира преди време пред Bulgaria ON AIR, че бъдещето е по-скоро на електромобилите с батерии, когато става дума за големите градове, а моделите с горивни клетки ще се използват най-вече за дълги пътувания.
Батериите обаче изглеждат почти неприложими при товарните превози - а на тях се падат над една четвърт от всички парникови емисии, отделяни днес от транспортния сектор (2.5 милиарда тона от общо 9.5 милиарда тона СО2 през 2018). За да задвижват един голям камион за преходи от по 1000 и повече километра, тези батерии трябва да са гигантски - което означава огромна цена, много високо собствено тегло на камиона и епично дълги периоди за зареждане. За да избегнат последното, в Tesla планират да направят своя влекач не с една голяма, а с четири отделни по-малки батерии, които могат да се зареждат едновременно. Това ще намали времето за зареждане, но ще ангажира четири зарядни станции едновременно. И по никакъв начин не решава проблемите с теглото и с цената. Влекачът на Tesla ще тежи средно с 2 тона повече от дизелов аналог - а това са два тона, които трябва да бъдат компенсирани от полезния товар.
Затова много други компании - от Daimler до аризонската Nikola - планират да заложат на водородните горивни клетки. Nikola дори вече има 8000 предварителни поръчки за своя водороден влекач.

Устройството на Mirai, модела на Toyota с горивни клетки

ВОДОРОДЪТ Е НАЙ-ЛЕКИЯТ елемент и най-разпространеното вещество във Вселената. А химичната реакция, чрез която горивните клетки го превръщат отново в енергия, дава само един отпаден продукт: чиста питейна вода. Самите горивни клетки имат несравнимо по-дълъг живот от литиево-йонните батерии, на които залагаме в момента, производството им е по-чисто и не се налага сложно и скъпо рециклиране.
Поставени в автомобил, те имат много предимства. Първо, зареждат се за няколко минути вместо за часове. Второ, понеже произвеждат електроенергията на борда, а не се налага да я складират в огромни батерии, те тежат чувствително по-малко (макар все пак да са по-тежки от тези с двигател с вътрешно горене). Трето, горивните клетки са надеждни и издръжливи, с дълъг живот, докато баснословно скъпите батерии на електромобилите имат ограничен живот и трябва да се подменят на няколко години. И четвърто, FCEV работят добре при всякакви климатични условия, докато капацитетът на батериите на BEV спада драстично при по-ниски температури.

Офшорна "вятърна ферма" във Великобритания. Проблемът с чистите източници на енергия е в тяхната непредвидимост

НО НАЙ-ГОЛЯМОТО ПРЕДИМСТВО на водородната технология не е в автомобилите. Тя е добър начин да се отстрани главният недостатък на т. нар. "възобновяеми източници на енергия". Сега големият проблем с генерацията от вятър, слънце и пр. е, че тя е непредсказуема и непостоянна. Когато няма достатъчно слънце или вятър, се налага да се ползват заместващи мощности с изкопаеми горива. И обратно, когато има твърде много слънце и вятър, това подлага на прекомерно натоварване електропреносните мрежи. Германия, един от водещите производители на енергия от ВЕИ, често трябва принудително да изключва мощности, за да предпази системата от срив (като при това на собствениците им се изплащат компенсации). В същото време германците понякога са принудни да плащат на съседни държави, за да изнасят към тях излишната енергия и да намалят натоварването върху мрежата.
Спасението е енергията, генерирана при подобни пикове, да се съхранява, докато стане необходима. Но съхранението в литиево-йонни батерии е прекалено скъпо, а и животът им е ограничен. Много по-разумно би било тази енергия да се използва за производство и складиране на водород, от който после при нужда да се произвежда обратно електричество.

От гледна точка на броя на жертвите (36) катастрофата на водородния дирижабъл "Хинденбург" през 1937 е твърде назад в списъка на транспортните бедствия. Но като ефект върху човешката памет е сред лидерите

ИЗОБЩО ВОДОРОДЪТ НАИСТИНА ЗВУЧИ като идеалната рецепта - докато не се сблъска с реалността.
Първият сериозен проблем е откъде да го вземем. Макар и да е най-разпространеното вещество във Вселената, той рядко се среща в чиста форма на Земята. Налага се да се произвежда, в девет десети от случаите от природен газ чрез процес, наречен "парно-метанова конверсия" (steam-methane reforming). Естествено, това не помага много за намаляване на зависимостта от изкопаемите горива, да не говорим, че се отделят и доста парникови емисии.
Доста по-чисто е водородът да се произвежда чрез електролиза, за което са нужни само две неща - вода и електроенергия. Тук проблемът е във второто: необходими са доста големи количества енергия, защото около 20% от нея се губят в процеса. Тоест от две единици електроенергия се произвеждат само 1.6 количествата необходима енергия оскъпяват доста крайния продукт. Това увеличава доста цената на крайния продукт: килограм водород, произведен чрез електролиза, излиза между 4 и 6 долара, по калкулации на консултантската компания LucidCatalyst. Произведеният от природен газ струва не повече от 1-2 долара. Освен това повечето соларни или вятърни централи имат относително ниска пикова мощност, което ограничава количеството водород, което може да се произведе със захранване от тях. Преди време една британска компания пресметна, че за производството на водородния еквивалент на 700 тераватчаса енергия - колкото да покрие потреблението в Обединеното кралство - ще са нужни вятърни мощности с площ... 104 000 квадратни километра. Или над една трета от територията на страната. Атомната енергетика предлага решение на този проблем, но пък носи със себе си редица други.

Зарядна станция за водород. Между другото България е поела ангажимент да изгради такава през 2020 година

ВСЕ ПАК ДОРИ 6 ДОЛАРА (равни на 10.30 български лева) не изглеждат чак толкова много, ако отчетем, че задвижваната от горивна клетка Toyota Mirai се нуждае от 0.76 кг, за да измине 100 км. Един нормален бензинов автомобил при текущите цени на горивата се нуждае от 15 лева, за да измине същото разстояние.
Но при водорода това е само производствената цена. Тепърва опираме до транспорта и съхранението, които вероятно ще са по-голямата част от себестойността.
В списъка с големите транспортни аварии катастрофата на "Хинденбург" през май 1937 е доста назад, ако гледаме само броя на жертвите (36 души). Но като ефект върху обществената памет горящият като факла въздушен кораб е начело на класацията. И до ден-днешен това е първият образ, който изниква в главите ни, когато стане дума за водородно задвижване.

Добив на водород чрез електролиза от възобновяема енергия

Разбира се, от драмата на "Хинденбург" ни делят над 80 години, и безброй технологични революции. Водородът си остава все така летлив и избухлив, но методите да контролираме това са несравнимо по-напреднали. Единственият проблем е, че тези методи струват скъпо. Газът трябва да се съхранява едновременно при много ниски температури и много високо налягане. В първото поколение на Mirai например резервоарите работят при 700 атмосфери и за да издържат на налягането, в тях се влагат повече въглеродни влакна, отколкото в Lamborghini Aventador. Една-единствена зарядна станция за водород днес струва близо милион евро.
Нито една от тези пречки обаче не е непреодолима. Даже работейки в малък мащаб, компаниите в този сектор успяха да подобрят технологията в последните десет години и да намалят цената и размерите на горивните клетки. С увеличаването на мащаба, и с очакваната политическа подкрепа, този процес ще се ускори. И горивото на бъдещето може най-после да се придвижи към настоящето.

* Статията е публикувана в Bulgaria ON AIR THE INFLIGHT MAGAZINE