Home » Misc » Раскоксовка водородом

Раскоксовка водородом


работает ли она? — Kolesa.kz || Почитать

В стародавние времена удаление нагара со внутренностей двигателя, поршней к примеру, считалось достаточно актуальной процедурой. Тогда и топливо было не таким качественным, да и сгорало в цилиндрах оно менее эффективно. Годы шли, и на рынке стали преобладать инжекторные машины, сжигающие топливо куда лучше. С этим нововведением раскоксовка моторам требовалась куда реже. Но время не стоит на месте. Ужесточение экологических норм для ДВС привело к тому, что инженеры пришли к непосредственному впрыску, и с его популяризацией проблема нагара вновь стала очень актуальной.

Особенно это касается отложений на впускных клапанах и вокруг них. Дело в том, что в привычном нам инжекторном моторе топливо и воздух начинают смешиваться до впускного клапана, и смесь как бы омывает и охлаждает его, не давая грязи закрепиться на детали. Агрегаты же с непосредственным впрыском лишены этого бонуса. Бензин или дизель загоняются прямо в цилиндр, а через впуск попадает только воздух.

В итоге со временем отложения создают определённые проблемы в работе двигателя. Он может подтраивать на холодную или долго запускаться, выдавать меньшую мощность, расходовать больше топлива или же демонстрировать нерасторопность при резком открытии дроссельной заслонки. В особенно тяжёлых случаях углеродные отложения способны и поршень повредить.

Если мотор вашего автомобиля имеет один или несколько симптомов, самое время подумать о визите на сервис. Тут откуда ни возьмись в социальных сетях всплывает реклама раскоксовки без разбора с помощью водорода, авторы которой зачастую гарантируют удаление до 90 % загрязнения и восстановление полноценной работоспособности двигателя. Цены на процедуру в Алматы, к примеру, начинаются от 8000 тенге. Зависит стоимость от объёма двигателя.

Процесс несложный. Газ подаётся в воздухозаборник ДВС, работающего на холостом ходу. Периодически мастера добавляют обороты. Вся процедура занимает от одного до четырёх часов. Опять же зависит от конкретного мотора.

На первый взгляд, что-то в этом есть. Все мы знаем, что водород отлично горит. По мнению адептов водородной очистки, активность, с которой воспламеняется газ, разрушает молекулярные связи углеродистых отложений.

Звучит слишком хорошо, не правда ли? Так оно и есть. Первый звоночек, намекающий, что не всё тут чисто, кроется в названии газа. Да, это не водород, а водородная смесь или так называемый брауновский газ, он же HHO, получаемый в результате электролиза воды с помощью специальной установки.

Китайские установки для водородной чистки двигателя

Открыт он якобы был в 1960-х Уильямом Роудсом, но ассоциируется чаще с Юллом Брауном, подарившим смеси своё имя, и Руджеро Сантилли. С тех пор творению приписывали много «волшебных» свойств вплоть до способности очищать радиоактивные отходы.

На деле же речь идёт об оксигидрогене, или гремучем газе. Состав в пропорции 4 : 1 или 5 : 1 чаще всего используется для сварки. Ничего магического и особенного в нём нет.

Тем не менее, полностью списывать со счетов чистку водородом не стоит. Она работает, но далеко не так эффективно, как в этом убеждают мастера.

SEAT Leon 2014 года выпуска с мотором 1.4 TSI

Для примера: пару лет назад в Великобритании провели занятный эксперимент. В качестве подопытного был взят SEAT с мотором 1.4 TSI и пробегом более 130 тысяч миль. Владелец машины жаловался на троение на холостых, потерю мощности и нерасторопность машины где-то до 3000 оборотов. При снятии впускного коллектора мастера заметили массивные углеродные отложения на клапанах и во впускных каналах.

Для чистоты опыта хетч загнали на диностенд, где он показал около 120 моторных сил при заявленных 138. Спустя неделю после очистки SEAT снова загнали на сервис. Визуальный осмотр показал, что внутри практически ничего не поменялось, а повторный замер дал прибавку в три силы. Но водитель автомобиля при этом отметил отсутствие троения и чуть лучшую работу агрегата при разгоне. За счёт чего же появился какой-никакой, но эффект?

Из школьного курса химии мы знаем, что, если смешать небольшое количество водорода и кислорода в закрытом сосуде, а затем всё это поджечь, получается большой «бум» и мизерное количество воды, точнее водяного пара, конденсирующегося на стенках сосуда. Ну а если водорода оказывается очень много, то сразу вспоминается май 1937 года в небе над Нью-Джерси.

Катастрофа дирижабля «Гинденбург»

Собственно нам интересен именно горячий водяной пар. Видели когда-нибудь чистку парогенератором? Нечто похожее происходит внутри цилиндра. Если убрать отложения на впускных клапанах раскоксовка водородом не способна, то слегка почистить поршень и камеру сгорания в целом вполне может.

В результате автомобилисты замечают некоторое улучшение в поведении машины и даже газоанализатор покажет снижение уровня выбросов CO/CH. Продлится это недолго. Нагар вернётся, а вместе с ним и прежние проблемы. Ведь во многих случаях, особенно в двигателях с распределённым впрыском, массивные отложения являются симптомом более серьёзных неисправностей.

Это интересно: в Великобритании, где чистка водородом появилась заметно раньше, чем у нас, услугу иногда рекламируют как временную «припарку», позволяющую пройти техосмотр, а точнее показать, что выбросы вредных газов находятся в пределах нормы.

Какой из этого можно сделать вывод? Очистка ДВС водородом действительно может приносить какие-то плоды, но совершенно не на обещанном уровне. Ни о каких 90 % даже речи быть не может. Если хочется более эффективной раскоксовки, то проводить её стоит с использованием специальной химии, а в совсем уж тяжёлых случаях придётся разбирать двигатель.

К слову, в Европе, к примеру, закоксованные клапаны чистят методом, похожим на пескоструйную обработку, только вместо песка используются мягкие абразивы вроде гранул из скорлупы грецкого ореха или меламиновой смолы. Их под давлением загоняют прямо во впускной канал, когда клапан находится в закрытом положении, а затем собирают ошмётки с помощью пылесоса. Обходится процедура от 300 евро в зависимости от типа двигателя. Не исключено, что в ближайшем будущем такой подход освоят и у нас.

Ещё по теме

  • Пять советов, как и чем заправить автокондиционер и избежать развода

    | | 73. 0K 0

  • Как «прикурить» автомобиль правильно

    | | 20.1K 1

  • Сколько стоит установка ГБО

    | | 74.4K 19

  • Кто ответит за сосульку, упавшую на машину

    | | 12. 1K 3

Очистка двигателя водородом

Зачем и от чего мыть мотор?

Если очень упрощать, то можно сказать так: любой двигатель внутреннего сгорания в процессе работы производит не только энергию, но и вредные отложения :-)

Продукты сгорания, фракции масла, не всё это "выводится из организма". Технический прогресс не стоит на месте, а в области автомобилестроения прям таки несётся гигантскими прыжками. И далеко не все усовершенствования внедрены только для повышения КПД. Многие из них навязаны защитниками природы. И в итоге мы имеем мотор, который вынужден "дышать" не чистым воздухом, а частично и, простите, собственными выхлопными газами. Картерные газы со взвесью масла тоже не удаляются в атмосферу, а попадают во впускной тракт. И эта самая масляная взвесь частично сгорает, частично оседает на стенках впускного тракта. Помните, с чего начинается любой любительский тюнинг по повышению мощности двигателя? С расширения впускных каналов и вылизывания их до зеркального блеска. В процессе же эксплуатации происходит ровно обратный процесс.

Экологи на этом не останавливаются, машины уже давно оснащаются катализаторами и сажевыми фильтрами. Да, они делают выхлоп чище. За счёт того, что сами забиваются со временем. И в какой-то момент (чаще всего - наступающий внезапно) требуют замены. В категоричной форме.

Не отстают от экологов и маркетологи. Которые при составлении мануалов по обслуживанию убеждают нас, автовладельцев, что современные технологии производства масла делают его почти вечным и почти не требующим замены. По факту эта дезинформация приводит к образованию нагара и отложений на весьма важных частях мотора, и способствует увеличению расхода масла и провоцирует детонацию. Поршневые кольца физически не могут работать нормально при критическом скоплении углерода. Маслогонные каналы закоксовываются, и соскребаемое маслосъемными кольцами масло просто начинает гореть, создавая все больше проблем в поршневой группе. Такой нагар ни при каких обстоятельствах невозможно вывести из ДВС в стандартных условиях.

Так чем мыть мотор?

Нет однозначного и на 100% рабочего решения. На мой взгляд, куда проще и дешевле вкладываться в профилактику. То есть сокращать межсервисный интервал, использовать только качественные ГСМ (горюче-смазочные материалы). Но если уже "поздно пить Боржоми", есть несколько вариантов. Самый знакомый всем - раскоксовка. Кому-то помогает, кому-то нет, а некоторым даже и навредила. Есть различная химия, типа пены, которая задувается во впускной коллектор. Ну а есть новая тема со старыми корнями - чистка водородом.

Вода в моторе?!

Как это ни парадоксально звучит, технологии впрыска воды в камеру сгорания известны со времён второй мировой войны, применялись в машинах Формула-1, штатно использовались некоторыми брендами, типа Porsche, SAAB, BMW. Всем известная фирма BOSCH презентовала систему впрыска воды (water injection system), заверяя, что разработка может повысить эффективность использования топлива на 13% и сократить выбросы CO2 на 4%:


Не скажу про научную точку зрения, но именно практикой было доказано, что вода не только не мешает процессам в камере сгорания, но также помогает повысить мощность и продлить ресурс мотора. Впрочем, с появлением промежуточного охлаждения воздуха эти технологии оказались подзабытыми.

Однако именно с помощью водорода в Европе уже много лет различные компании занимаются чисткой катализаторов и сажевых фильтров. Но так как они стоят на противоположном конце от воздушного фильтра (через который подаётся водород), очищалось и всё, что по пути.

Когда нужно задуматься о чистке мотора?

- на холостых оборотах присутствуют посторонние шумы, а также если двигатель начинает ощутимо вибрировать.;

- повышается расход топлива/масла;

- выхлоп имеет запах гари;

- снижается компрессия двигателя.

Что даёт чистка двигателя водородом?

Во время процедуры очищаются полностью или частично поршни и поршневые кольца, впускные и выпускные клапаны, сопла форсунок, клапан ЕГР, турбокомпрессор, выпускной коллектор, катализатор и сажевый фильтр, лямбда зонда, свечи зажигания, всё это предотвращает необходимость замены дорогостоящих деталей. А также:

- Снижается расход топлива и масла;

- Увеличивается динамика автомобиля, мотор работает эластичнее, разгон становится более легким;

- Снижается "шумность" работы двигателя;

- Выравнивается и восстанавливается компрессия;

- Копоть из выхлопной трубы полностью исчезает;

- В холодное время года очистка способствует стабильному запуску двигателя.

Но надо понимать следующее: очистка с помощью водорода - не волшебство, это технология, которая позволяет мотору вернуться к утраченным заводским показателям, если эта потеря была спровоцирована именно загрязенением. Если же двигатель имеет естественный износ подвижных и трущихся деталей, они, естественно, не восстанавливаются.

Как выглядит процедура очистки водородом?

Очень и очень просто: во впускной тракт подаётся газ, генерируемый специальным аппаратом. Воздействие водородом провоцирует большое количество сложных химических реакций от окисления до эффекта отпаривания. Накопленный, закоксованный углерод окисляется до вида монооксида или двуокиси углерода и в газообразном состоянии выводится из двигателя. Звучит может и занудно, но выглядит просто, и вы можете в этом убедиться сами, посмотрев наш ролик:

Как часто надо производить очистку?

Повторюсь: чистка водородом - не панацея, и помогает в определённых случаях. Когда есть нагар, ещё не превратившийся в цемент, когда кольца зажаты в канавках отложениями, но сами - целы. При износе поршней и блока - не поможет, точно вам говорю:-)

Если говорить о профилактике, оптмиально первую чистку сделать на пробеге 50 000 км, а после 100000 км - на каждом ТО.

ЗАПИСАТЬСЯ НА ЧИСТКУ МОТОРА

Яков Финогенов

Технический специалист ЕвроАвто.

Узнать стоимость описанных работ для своего авто, подобрать запчасти и записаться в автосервис

Чистый водород: универсальный инструмент для обезуглероживания

Поскольку Конгресс рассматривает политическую поддержку водородных технологий, важно понимать разницу между тем, как мы используем водород сегодня, и ролью водорода в обезуглероженной экономике США. В настоящее время водород играет важнейшую роль в нашей экономике, прежде всего в качестве промышленного сырья. Почти все сегодняшние поставки производятся за счет паровой конверсии метана, формы производства водорода с интенсивными выбросами из природного газа. Модернизация этих объектов с улавливанием углерода важна для краткосрочного сокращения выбросов углерода. Улавливание углерода — это экономически эффективная и коммерческая технология, которая может уменьшить почти 40 миллионов метрических тонн (Мт) CO 9 .0003 2 выбросов в год, которые в противном случае выбрасывали бы современные водородные предприятия.

В то время как улавливание углерода сводит к минимуму нынешние выбросы углерода в отрасли, новые формы чистого водорода (например, водород, получаемый из воды путем электролиза) будут играть заметную роль в долгосрочной декарбонизации. Чистый водород имеет три основных применения в обезуглероженной экономике: хранение энергии и балансировка нагрузки, а также в качестве сырья и топлива. Эти приложения встречаются во всех секторах, включая транспорт, промышленность, сельское хозяйство и энергетику. Благодаря своей универсальности и масштабируемости чистый водород может изменить правила декарбонизации экономики в целом.

Однако, поскольку паровая конверсия метана дешева, чистому водороду будет трудно быть конкурентоспособным без государственной поддержки. Чтобы ускорить производство чистого водорода и укрепить лидерство США в этой новой технологии, Конгресс должен проводить новые политики и усовершенствования существующих политик, которые могут ускорить развертывание. В этой заметке мы обсуждаем декарбонизацию и экономические преимущества чистого водорода и оцениваем варианты политики для его увеличения. Мы также оцениваем преимущества и варианты политики модернизации существующих водородных установок с улавливанием углерода.

Возрождение водорода

Может показаться, что водород — новая горячая тема в мире энергетической политики, но этот элемент не впервые оказывается в центре внимания. В начале 2000-х годов администрация Буша подошла к энергетике с упором на инновации, исследования и разработки. Таким образом, водородные достижения были ключевой частью Закона об энергетической политике администрации от 2005 года, направленного на снижение зависимости США как от импортируемой нефти, так и от выбросов парниковых газов.

После рецессии 2008 года энергетическая политика США при администрации Обамы сместилась, чтобы сосредоточиться на внедрении коммерчески готовых экологически чистых технологий для создания рабочих мест. Такие технологии, как возобновляемые источники энергии и эффективность, вышли на первый план, а новые технологии, такие как водород, отошли на второй план.

Сегодня признано, что для достижения климатических целей необходим гибридный подход к энергетической политике — США необходимо как быстрое развертывание зрелых, экологически чистых технологий, так и постоянные инновации в новых технологиях. Таким образом, наряду с растущими опасениями по поводу климата и технологическими достижениями, в последние годы тема водорода возродилась в разговорах о энергетической политике, особенно из-за его универсальности. Водород уже играет решающую роль в нашей экономике в качестве промышленного сырья. У него также есть потенциал стать безуглеродным топливом, сырьем и технологией хранения энергии, чтобы помочь сбалансировать систему с нулевым чистым энергопотреблением. Благодаря его универсальности водород может использоваться практически во всех отраслях, включая транспорт, промышленность, сельское хозяйство и энергетику. В результате он предоставляет более широкий спектр возможностей при изучении нашего инструментария декарбонизации.

Чтобы отслеживать многочисленные методы производства водорода, преобладающей практикой является присвоение каждой стратегии соответствующего цвета. Мы считаем, что эта многоцветная схема является чрезмерным упрощением технологий и в конечном итоге подрывает попытки быть технологически нейтральными. На самом деле стратегии производства водорода (и связанные с ним выбросы) представляют собой скорее градиент, чем отдельные цвета. Мы считаем, что общество должно в конечном итоге отказаться от цветового кодирования водорода; однако мы экономно используем различные цвета, чтобы лучше согласовать нашу работу с сегодняшним более широким разговором.

В этой заметке мы в первую очередь обсуждаем три типа производства водорода, широко известные как серый, синий и зеленый водород. Серый водород — это прозвище традиционного производства водорода с помощью паровой конверсии метана (SMR), процесса, при котором водород производится из природного газа без какого-либо климат-контроля. Хотя это самая грязная форма производства водорода, она существует уже почти столетие, что делает ее самой распространенной и дешевой формой производства водорода. В этой заметке основное внимание уделяется двум типам производства водорода, которые называются «чистым» водородом, — синему и зеленому. В голубом водороде используется тот же процесс SMR с добавлением технологии улавливания углерода. Наконец, зеленый водород — это новая технология, которая отделяет водород от молекул воды посредством электролиза. Пока источником энергии является электричество с нулевым уровнем выбросов, зеленый водород не приводит к прямым выбросам и является одной из самых чистых форм производства. Кроме того, в настоящее время это в 3–5 раз дороже, чем производство синего или серого водорода (рис. 1).

Мы подчеркиваем, что модернизация SMR и электролиз являются вариантами чистого водорода, потому что им уделяется наибольшее внимание в контексте США. Важно отметить, что другие методы производства чистого водорода также могут сыграть роль в обезуглероженной экономике США. Двумя примерами являются автотермический риформинг (ATR) и газификация биомассы, оба в сочетании с улавливанием углерода. Подобно SMR, ATR также использует природный газ для производства водорода; однако он обеспечивает более высокую степень улавливания углерода (98% и более) при меньших затратах. Но технология еще не является коммерческой в ​​США. Кроме того, водород, полученный в результате газификации биомассы, может привести к отрицательным выбросам, если углерод улавливается и хранится. Тем не менее, это зарождающаяся технология, и ей придется конкурировать с другими потребностями в биомассе в низкоуглеродной энергетической системе.

Улавливание углерода: ближайшая возможность обезуглероживания

В современной экономике водород является важным сырьем для многих отраслей промышленности, включая нефтеперерабатывающие заводы, производство удобрений, обработку металлов и нефтехимию, например производство пластмасс. Учитывая его значение для нашей экономики, производство водорода (и связанные с ним выбросы) не прекратится в ближайшее десятилетие. В настоящее время на SMR приходится почти все 10 миллионов метрических тонн (Мт) водорода, ежегодно производимого в США. Эти объекты дают около 44 млн т CO 2 выбросов в год, или около 3% годовых выбросов от промышленности США.

SMR имеет два потока выбросов углерода: технологические выбросы, побочный продукт производства водорода и выбросы при сжигании топлива. Если улавливание углерода применяется как к технологическим выбросам, так и к выбросам при сжигании, то можно уловить почти все выбросы углерода на месте. Хотя улавливание почти всех выбросов предприятия технически осуществимо с помощью современной технологии улавливания углерода, экономические показатели зависят от процента улавливания для каждого предприятия. Если технология улавливания углерода будет добавлена ​​к существующим установкам ММР, предполагая, что 9При уровне улавливания 0% он будет улавливать около 40 млн тонн выбросов CO 2 в год.

Поскольку технологические процессы различны, замена производства ММР зеленым водородом потребует капитального ремонта объектов с ингибирующими капитальными затратами, по крайней мере, в течение следующего десятилетия. Напротив, улавливание углерода — это коммерческая технология, которую можно использовать для модернизации существующих конструкций, что делает ее наиболее экономичным и эффективным способом добиться значительного сокращения выбросов углерода в результате текущего производства водорода.

Хотя модернизация улавливания углерода будет улавливать почти все локальные выбросы углерода от традиционного производства водорода, она не учитывает выбросы метана вверх по течению, связанные с добычей природного газа. К счастью, сегодня существуют технологии и политические механизмы для решения проблемы выбросов метана вверх по течению с низкими затратами. Чтобы успешно достичь экономики с нулевыми выбросами, США должны включить эти механизмы в политику, поддерживающую модернизацию системы улавливания углерода для учета выбросов вверх по течению.

Модернизация систем улавливания углерода

Помимо краткосрочных преимуществ для климата, улавливание углерода также имеет экономические преимущества. По нашим оценкам, в среднем 543 рабочих места связаны с модернизацией типичной установки серого водорода с улавливанием углерода (рис. 2, слева). Это общее количество включает 306 рабочих мест по установке и эксплуатации модифицированной технологии и 237 рабочих мест из необходимой цепочки поставок.

Из этих работ 487 связаны с инвестициями в модернизацию, включая необходимые материалы, оборудование, строительство и проектирование (рис. 2, справа). Также имеется 56 текущих рабочих мест, связанных с эксплуатацией и обслуживанием (ЭиТО) технологии улавливания углерода (рис. 2, справа).

Модернизация улавливания углерода будет производиться в сообществах, где есть существующие установки ММР. Модернизация всех объектов SMR в США с помощью улавливания углерода создаст примерно 50 000 рабочих мест. Большая часть этих возможностей находится на побережье Мексиканского залива, а также на Среднем Западе и в Калифорнии.

Чистый водород: долгосрочный инструмент обезуглероживания

Важно различать роль водорода, которую он играет в настоящее время в экономике США, и потенциальный спрос на чистый водород в качестве топлива и сырья в обезуглероженной энергетической системе. Хотя с точки зрения инфраструктуры и экономики логично модернизировать существующие водородные установки с улавливанием углерода (синий водород), скорее всего, другие формы чистого водорода (включая зеленый водород) станут широко распространенными инструментами декарбонизации. В этом разделе мы сначала обсудим, почему мы считаем, что чистый водород будет играть важную роль в обезуглероженной экономике США, а затем оценим его долгосрочные преимущества.

Обоснование необходимости чистого водорода

Чистый водород играет три основные роли в обезуглероженной энергетической системе США: 1) хранение и балансировка энергии, 2) сырье и 3) топливо. Другие технологии могут выполнять эти роли, но универсальность и масштабируемость чистого водорода делают его революционным, когда речь идет о системной декарбонизации.

Хранение и балансировка энергии: Исследования показывают, что электроэнергетическая система с преобладанием ветра и солнца будет преобладать в качестве механизма декарбонизации всей экономики. Поскольку доля возобновляемых источников энергии в сети продолжает расти, водород является одной из немногих технологий, которые могут помочь сбалансировать электроэнергетическую систему круглый год. Во времена сильного ветра и солнечной энергии избыточная возобновляемая энергия может производить зеленый водород для долгосрочного хранения энергии. Когда запасы возобновляемых источников истощаются, хранящийся водород может стать источником чистой энергии для удовлетворения спроса.

Водород в качестве сырья: Наряду с хранением и балансировкой энергии, водород может использоваться в качестве сырья и топлива в других труднодоступных секторах. А именно, водород является ключевым сырьем, необходимым для производства электротоплива — чистого углеводородного топлива, получаемого из электричества. В предыдущей работе мы показали, что электротопливо является частью экологически чистого транспортного топлива, необходимого для достижения нулевых выбросов к середине века. В низкоуглеродной экономике чистый водород также будет важным сырьем для основных промышленных процессов, включая производство химикатов, железа и стали.

Водород в качестве топлива: В качестве топлива водород может использоваться в топливных элементах в транспортном секторе для транспортных средств средней и большой грузоподъемности и в судоходстве, которые имеют ограниченные возможности обезуглероживания. Водород также является одним из немногих низкоуглеродных способов получения высокотемпературного тепла, необходимого для промышленных процессов, таких как цементное и химическое производство. При использовании водорода в процессе горения могут образовываться загрязняющие вещества оксиды азота (NOx). Воздействие этих загрязняющих веществ на местные сообщества необходимо учитывать при принятии решений и оценке экологических и климатических компромиссов планов обезуглероживания. В частности, воздействие загрязнения NOx можно смягчить с помощью политической поддержки и существующих технологических процессов для контроля количества производимых NOx.

Во всей энергетической системе водород играет ключевую роль. Мы рассмотрели здесь основные варианты использования водорода и резюмировали их роль в течение следующих нескольких десятилетий, а также время появления современных водородных технологий на рис. 3. Обратите внимание, что есть много других мест, где этот элемент может помочь решить огромную задачу под рукой. В зависимости от выбранного нами пути сокращения выбросов, недавнее исследование декарбонизации показало, что к середине века США потребуется от 56 до 133 млн тонн чистого водорода, что примерно в 5–15 раз превышает объем текущего производства водорода в США. .

Преимущества чистого водорода в долгосрочной перспективе

Увеличение производства водорода в США для решения проблемы обезуглероживания будет непростым делом. Как мы уже говорили ранее, центральная роль голубого водорода будет заключаться в модернизации существующих установок по производству водорода с улавливанием углерода. Оттуда новые установки голубого водорода, использующие автотермическую конверсию (ATR) с улавливанием углерода, будут полезны до тех пор, пока другие формы чистого водорода не станут экономичными и масштабными, поскольку он может играть ту же роль, что и сырье или топливо. Зеленый водород — это группа технологий, использующих электричество для производства водорода из воды посредством электролиза. Такое использование электроэнергии дает зеленому водороду уникальное преимущество, которое позволяет ему играть роль в хранении электроэнергии и балансировании в обезуглероженной энергетической системе, которая сильно зависит от высоковозобновляемой электрической сети. Кроме того, зеленый водород может иметь один из самых низких углеродных следов среди различных видов производства водорода (помимо производства биомассы, которое может быть чистым отрицательным), если предположить, что вся используемая электроэнергия получена из возобновляемых источников энергии, потому что нет метана выше по течению. соображения, как и с голубым водородом. Однако для резкого снижения стоимости зеленого водорода необходима политическая поддержка.

Обратите внимание, что некоторые выражают обеспокоенность тем, что зеленый водород будет отвлекать возобновляемую энергию от энергетического сектора. Это мелкомасштабная и недальновидная проблема, которая в долгосрочной перспективе уменьшится, когда водород будет использоваться в качестве хранилища электроэнергии и балансирующего ресурса. Тем не менее, по мере декарбонизации США мы будем постоянно сталкиваться со сложными компромиссами, включая краткосрочные и долгосрочные цели, а также временные компромиссы в отношении окружающей среды и климата. Это вызов, с которым мы сталкиваемся для всех новых технологий и решений по обезуглероживанию, особенно когда речь идет о новых чистых технологиях, таких как водород. Как упоминалось ранее, в настоящее время основное внимание должно уделяться развертыванию этих технологий, независимо от приложения. США должны будут пойти на риск и пойти на компромисс сейчас, чтобы к середине века иметь набор инструментов, необходимый для декарбонизации.

Рабочие места на зеленом водороде

Как и модернизация улавливания углерода, зеленый водород имеет значительные экономические преимущества. По нашим оценкам, среднее количество рабочих мест, связанных с одной установкой зеленого водорода мощностью 50 МВт, составляет 388 рабочих мест (рис. 4, слева). Это общее количество включает 223 рабочих места, связанных с цепочкой поставок, необходимых для строительства и эксплуатации объекта.

Основная часть этих рабочих мест, в среднем 363, связана с инвестициями в завод, включая строительство, проектирование, материалы и оборудование, необходимые для строительства объекта (рис. 4, справа). Кроме того, на электростанции мощностью 50 МВт будет в среднем 26 текущих рабочих мест по эксплуатации и техническому обслуживанию.

Важно отметить, что электролизерная установка мощностью 50 МВт по своей природе намного меньше, чем модернизированная установка для улавливания углерода, как указано выше. Это первый в своем роде завод по производству электролизеров промышленного масштаба, использующий зарождающуюся технологию. Напротив, средняя модернизация синего водорода основана на существующих водородных установках, которые являются частью уже быстро развивающейся отрасли. Для справки, средний завод по производству голубого водорода будет производить примерно в 100 раз больше килограммов водорода в год, чем этот показательный завод по производству зеленого водорода мощностью 50 МВт. Это еще одна причина, по которой важно не противопоставлять две технологии друг другу, поскольку они имеют очень разные масштабы производства в ближайшей и среднесрочной перспективе. Долгосрочная цель в США состоит в том, чтобы масштабировать размеры объектов зеленого водорода до уровня гигаватт (ГВт).

С точки зрения местоположения, совместное размещение нескольких водородных объектов, также известных как водородные узлы, помогает снизить первоначальные капитальные затраты за счет совместного использования инфраструктуры между проектами. Коалиция заинтересованных сторон уже объявила о планах сделать Лос-Анджелес первым экологически чистым водородным центром в США. Кроме того, побережье Мексиканского залива позиционируется как один из крупнейших водородных узлов в мире. Из-за огромной промышленной активности в регионе спрос на водород и соответствующую транспортную инфраструктуру уже существует. Кроме того, штаты побережья Мексиканского залива, такие как Техас, обладают большими запасами возобновляемой энергии для питания технологии электролизера.

Политика расширения использования чистого водорода

Мир находится на ранних стадиях гонки по обезуглероживанию, при этом некоторые страны делают значительные инвестиции, чтобы стать лидерами в производстве и внедрении новых чистых технологий. Чистый водород — одна из таких технологий. Пока нет явных лидеров по чистому водороду. Тем не менее, многие страны, в том числе Китай, государства-члены ЕС, Япония и Южная Корея, объявили о щедрых инвестиционных обязательствах и амбициозных целях развертывания.

Если США хотят стать мировыми лидерами в области чистого водорода, политики должны проводить новые политики и усовершенствования существующих политик, которые касаются всех этапов разработки технологий, от лабораторных исследований до коммерческого внедрения. Это должно включать поддержку всех чистых форм производства водорода. Также потребуется политика, которая будет способствовать отечественному производству оборудования для производства и потребления чистого водорода.

Удвоение RD&D

Двухпартийный Закон об энергетике 2020 года, принятый в конце прошлого года, позволил добиться значительных успехов в исследованиях, разработках и демонстрациях чистого водорода (RD&D). Закон объединяет производство и потребление чистого водорода с целым рядом существующих и новых исследовательских инициатив, включая ядерную энергетику, управление выбросами углерода, экологически чистое производство, хранение энергии и транспортировку.

Чтобы развить этот недавний импульс, программы НИОКР нуждаются в постоянном финансировании за счет ежегодных ассигнований. Двухпартийный Закон об инвестициях в инфраструктуру и рабочих местах, недавно принятый Сенатом и находящийся на рассмотрении в Палате представителей, отвечает обеим этим целям. В случае принятия законопроект учреждает новую сквозную программу исследований и разработок в области чистого водорода в Министерстве энергетики (DOE), а также несколько других новых программ. Законопроект также финансирует программы НИОКР Закона об энергетике на несколько лет. Дополнительные политические усилия, направленные на следующую волну прорывов в области чистого водорода, также потребуются по мере того, как новые передовые технологии начнут масштабироваться.

Получение стали в недрах

Помимо НИОКР, технологии чистого водорода необходимо быстро развертывать в масштабе, чтобы снизить первоначальные высокие затраты, особенно для технологий электролизеров и биомассы. Для этого федеральное правительство может поддержать развертывание на ранних стадиях с помощью программ грантов и других долей затрат. Министерство энергетики подает пример с недавно объявленной целью Hydrogen Earthshot, которая направлена ​​на снижение стоимости чистого водорода до 1 доллара за кг в следующем десятилетии. Кроме того, Закон об инвестициях в инфраструктуру и рабочих местах создает новую региональную программу развития водородного хаба, предназначенную для поддержки первоначального коммерческого развертывания различных технологий и вариантов использования чистого водорода. Программа будет нуждаться в ежегодном финансировании, если она будет принята.

Отраслевые стандарты для расширения масштабов

Долгосрочная политическая основа для расширения масштабов использования чистого водорода в конечном итоге потребуется для обеспечения определенности по мере развития технологии и развития цепочек поставок. В идеале такая структура должна была бы представлять собой комплексную, технологически нейтральную федеральную климатическую политику, которая создает рынок для наиболее экономически эффективных путей декарбонизации. Трудно сказать, когда политический ландшафт может способствовать такой политике. В отсутствие комплексной климатической политики отраслевая политика, целевые стимулы и действия, направленные на устранение нестоимостных барьеров для развертывания, позволят увеличить коммерческое масштабирование.

Отраслевая политика может стимулировать как инвестиции в производство чистого водорода, так и спрос на него в качестве топлива и сырья. Например, технологически нейтральный федеральный стандарт чистого топлива будет стимулировать спрос на чистый водород в портах и ​​на большегрузных транспортных средствах, а также станет катализатором новых инвестиций в производство. Стандарт на чистый продукт будет делать то же самое в промышленном секторе, где водород может обеспечивать чистое высокотемпературное тепло и служить низкоуглеродным исходным сырьем. Политика, стимулирующая обезуглероживание электроэнергии, также будет стимулировать спрос на зеленый водород, особенно в качестве варианта для длительного хранения энергии.

Начало коммерческого развертывания с налоговыми льготами

Амбициозная отраслевая политика может занять некоторое время, прежде чем она станет законом. Тем временем налоговые льготы, активно рассматриваемые в Конгрессе, могут иметь большое значение для запуска коммерческого развертывания. Стимулы могут основываться на фундаменте, заложенном федеральными программами НИОКР и демонстрационными проектами. В настоящее время предложение «Чистая энергия для Америки» в Сенате содержит налоговую льготу на производство чистого водорода, которая обеспечивает до 3 долларов США за кг производителям чистого водорода, достигшим 9Снижение выбросов парниковых газов в течение жизненного цикла на 5% по сравнению с серым водородом. Также рассматривается отдельное предложение о возрождении и обновлении налоговой льготы по разделу 48C, которая стимулирует внутреннее производство чистых технологий (включая чистый водород). Важно, чтобы эти структуры стимулирования были разработаны для устранения уникальных барьеров на пути развертывания всех форм производства водорода.

Даже при новой политике, которая увеличивает спрос и предложение на чистый водород, несколько барьеров, не связанных с затратами, будут сдерживать расширение, если их не устранить. Конгресс и федеральные агентства должны установить четкие, разумные правила размещения и выдачи разрешений для водородной инфраструктуры. Правила также могут быть необходимы для безопасной транспортировки, обработки и хранения водорода. Сертификация оборудования, работающего на водороде, также может потребоваться, чтобы потребители могли быть уверены в его использовании в качестве топлива. К счастью, Закон об инвестициях в инфраструктуру и рабочих местах решает многие из этих вопросов. Кроме того, в настоящее время в Конгрессе обсуждаются стимулы для чистого водорода в части чистой энергии инвестиционного пакета демократов.

США могут возглавить водородную экономику

Ясно, что чистый водород является важной технологией, которая может помочь США и всему миру избавиться от углерода. Что не ясно, так это то, какую роль США будут играть, если таковая будет, в мировом лидерстве в производстве чистого водорода. Существует множество технологий чистого водорода, находящихся на разных стадиях разработки и готовых к запуску, каждая из которых имеет свои проблемы и компромиссы. Если США хотят быть лидером как в технологии чистого водорода, так и в производстве, они могут использовать недавние инвестиции в НИОКР, приняв Закон об инвестициях в инфраструктуру и рабочих местах, а также новые стимулы для развертывания производства чистого водорода. Эти действия могут иметь большое значение для укрепления лидерства США в области чистого водорода. Потребуется больше, но действия в этом году могут изменить правила игры в отношении чистого водорода в ближайшие годы.

Это беспристрастное независимое исследование было проведено при поддержке Breakthrough Energy. Результаты, представленные в этом отчете, отражают точку зрения авторов, а не обязательно точку зрения поддерживающей организации.

Поделиться исследованиями

Наверх

ключ к декарбонизации промышленности?

Ограничение глобального потепления до 1,5°C потребует отказа от использования ископаемого топлива всеми секторами экономики, включая промышленный. Для выполнения глобальных соглашений и достижения 9 целей потребуются разнообразные решения.0125 углеродная нейтральность к 2050 году. Одним из них является зеленый водород, который также будет способствовать обезуглероживанию деятельности, менее зависящей от электричества.

 

Что вы найдете в этой статье

  • Как зеленый водород поможет обезуглерожить экономику?
  • Зеленый водород и производство стали
  • Зеленый водород и химическая промышленность
  • Зеленый водород и нефтеперерабатывающие заводы
  • Барьеры и проблемы для зеленого водорода в декарбонизации экономики

 

Как зеленый водород поможет обезуглерожить экономику?

Зеленый водород производится посредством электролиза , процесса разделения воды на водород и кислород с использованием электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников . Сегодня он составляет всего 0,1% мирового производства водорода. Однако снижение стоимости как возобновляемой электроэнергии, так и технологии электролиза значительно улучшает перспективы этого источника энергии. Если вы хотите узнать больше об элементе, прочитайте эту статью.

Одной из главных привлекательных черт водорода является его универсальность : его можно использовать не только в качестве переносчика энергии (агента по хранению), но и в качестве топлива . Он служит как для хранения энергии возобновляемых источников, так и для замены ископаемого топлива, такого как природный газ , а также может использоваться в качестве сырья в промышленных химических процессах, таких как производство удобрений , в которых водород ископаемого происхождения в настоящее время используется.

Его потенциал для многих различных применений делает зеленый водород многообещающей альтернативой для тех секторов, где обезуглероживание и использование электроэнергии являются более сложными , например, в сталелитейной, химической и нефтеперерабатывающей промышленности, а также при перевозке тяжелых грузов по суше, воздуху и морю.

 

  «Зеленый водород является многообещающей альтернативой для тех секторов, где декарбонизация и использование электроэнергии более сложны »

 

На самом деле такие блоки, как Европейский союз , уже сделали зеленый водород одним из главных действующих лиц перехода к климатически нейтральной экономике и более чистой планете. В июле 2020 года Европейская комиссия предложила свою водородную стратегию для климатически нейтральной Европы с целью ускорить разработку чистого водорода, тем самым закрепив за ним роль краеугольного камня климатически нейтральной энергетической системы к 2050 году.

 

Зеленый водород для обезуглероживания сталеплавильного производства

Вкладывая 7% в общие выбросы двуокиси углерода (CO 2 ) во всем мире, сталелитейная промышленность имеет важную возможность добиться обезуглероживания и уменьшить свое влияние.

Одним из решений, представленных в таблице, является вдувание водорода в доменные печи , где производится сталь , таким образом заменяя коксовым газом чистое топливо (зеленый водород). Эта технология все еще демонстрируется, и все еще существуют определенные ограничения, такие как охлаждающий эффект водорода внутри доменной печи.

 

Зеленый водород для обезуглероживания химической промышленности

Химическая промышленность, на которую приходится 10% мирового потребления энергии и 7% парниковых газов выбросов , охватывает многие отрасли современной экономики. Он представляет собой все виды деятельности, направленные на получение и преобразование материалов и композитов путем применения к ним химических процессов.

Хотя промышленность по-прежнему в значительной степени зависит от нефти , водород в настоящее время все чаще используется в производстве химических и промежуточных продуктов. Настоящая устойчивая трансформация произойдет, когда этот водород станет полностью зеленым.

 

Зеленый водород для обезуглероживания нефтеперерабатывающих заводов

Нефтеперерабатывающие заводы используются для преобразования сырой нефти в продукты, полезные для людей. Ответственный за 4% мировых выбросов CO 2 Этот сектор производит бензин, дизельное топливо, асфальт, керосин, сжиженный газ, масла и другие виды топлива.

Одним из основных применений зеленого водорода в этом секторе является замена топлива и водорода ископаемого происхождения в различных процессах, которые в настоящее время выполняются на нефтеперерабатывающих и нефтехимических заводах.

Еще одним многообещающим применением в этом секторе является разработка экологичных видов топлива для тяжелых транспортных средств, таких как авиация и морской транспорт.

 

Барьеры и проблемы для зеленого водорода в декарбонизации экономики

Хотя многое еще предстоит сделать, перспективы обнадеживают. Зеленый водород был упомянут в ряде обязательств, направленных на сокращение выбросов на недавней климатической конференции COP26 ООН. И правительства, и промышленность признали водород важным элементом экономики с нулевым уровнем выбросов.

 

  «Зеленый водород был упомянут в ряде обязательств, направленных на снижение выбросов на COP26»

 

Во всем мире реализуются амбициозные проекты, направленные на совершенствование, развитие и расширение технологии производства зеленого водорода. Например, ACCIONA Energía возглавляет проект по производству первого промышленного возобновляемого водорода в Испании под названием 9. 0125 Энергия для зеленого водорода на Майорке.

На объекте в Льосете на острове в декабре 2021 года были созданы первые зеленые молекулы водорода с целью запуска промышленного производства в начале 2022 года . Новаторская инициатива для Испании и южной Европы, планируется производить не менее 300 тонн элемента в год и использовать его в различных секторах острова: для транспорта, отопления, энергетики для зданий и т. д.

Но настоящее время стоимость получения зеленого водорода по-прежнему намного выше, чем у ископаемого топлива , главным образом потому, что большинство проектов по зеленому водороду все еще находятся на начальной стадии. Однако в ближайшие несколько лет прогнозируется резкое снижение затрат, в результате чего он станет более конкурентоспособным, чем неустойчивый водород, по мере реализации инновационных проектов и получения эффекта масштаба.

Другая большая проблема в распространении использования зеленого водорода заключается в развитии инфраструктуры, необходимой для его хранения и распределения в больших масштабах.

Learn more