Использование солнечной энергии, ветра и приливов в качестве возобновляемых видов топлива: что показывают результаты исследования
В этом выпуске программы «Энергетические технологии» рассматриваются исследования в области возобновляемых источников энергии для производства низкоуглеродного топлива.
Большая часть транспорта и тяжелой промышленности во всем мире по-прежнему использует ископаемое топливо; в этих отраслях, где сокращение выбросов трудно, декарбонизация зависит от разработки низкоуглеродистых альтернатив. Экологичный водород, этанол и синтетические виды топлива находят ограниченное применение, но конкурентоспособность с точки зрения затрат и масштабируемость остаются сложными задачами. Исследователи в области солнечной энергетики, ветроэнергетики и приливных технологий работают над повышением коммерческой эффективности. Объедините бизнес-аналитику и редакторское мастерство, чтобы охватить заинтересованных специалистов на 36 ведущих медиа-платформах.
Узнайте больше О работе, которая может повлиять на будущее альтернативных видов топлива с низким содержанием углерода, обсуждают четыре исследователя и эксперта: Марен Кордтс, соучредитель photreon; Мотиар Рахаман, доцент Льежского университета; Кэтрин Гарретт, инженер по энергетическим системам Европейского центра морской энергетики (EMEC) и Алессандро Джампьери, научный сотрудник Даремского энергетического института. Команда Cordts разработала фотореакторные панели, которые производят водород из воды и солнечного света без использования электролизеров, электричества или подключения к сети. “Наши фотореакторные панели используют свет непосредственно для химического расщепления воды и солнечного света”, — объясняет она.
“Солнечный свет поглощается фотокатализатором, который находится внутри панели фотореактора, погруженной в воду. В этом возбужденном состоянии энергия солнца используется для ускорения химической реакции расщепления молекул воды на кислород и водород”. По ее словам, внедрение панели снизит общие затраты на систему, обеспечивая более низкую себестоимость водорода по сравнению с существующими производственными процессами. По мере расширения производства photreon намерена снижать затраты, опираясь на существующие производственные мощности. “К ним относятся экструзия полимеров для изготовления панелей или нанесение покрытия методом испарения на отражающие поверхности”, — говорит Кордтс, добавляя, что “фотокатализатор необходимо производить в больших количествах в виде порошка.
Мы считаем, что уже существуют промышленные процессы, которые также могут быть полезны”. Также в solar компания Rahaman разрабатывает искусственные листья для производства этанола. “В то время как натуральные листья производят кислород и сахара путем фотосинтеза, искусственные листья производят кислород и многоуглеродистые спирты в качестве возобновляемого топлива, которое можно использовать в нашей повседневной жизни”, — объясняет он.
«Лист» содержит фотокатод и фотоанод, которые превращают углекислый газ в топливо и окисляют воду с образованием кислорода соответственно. Он работает без использования электричества, поскольку как восстановительная, так и окислительная части содержат светопоглощающие материалы, которые улавливают солнечный свет и генерируют фотоэлектрическое напряжение; они также содержат катализаторы для ускорения химических процессов. Рахаман говорит, что исследовательская группа из Кембриджа сосредоточилась на разработке этанола именно потому, что “наблюдается растущая тенденция к использованию бензиновых смесей на основе этанола, например, e10 (смесь 10% этанола и 90% бензина) является одним из наиболее широко используемых видов топлива”. EMEC — это ведущее в мире предприятие по испытанию и демонстрации технологий использования энергии волн и приливов в реальных морских условиях, расположенное на Оркнейских островах.
На протяжении многих лет Гарретт наблюдала за тенденциями исследований в своей области и отмечает, что “существует общее понимание того, что в случае с возобновляемыми источниками энергии нам необходимо рассмотреть возможность их использования в промышленных масштабах, особенно когда это может привести к дополнительному потреблению электроэнергии, которое в противном случае было бы сокращено”. Она отмечает, что стоимость киловатт-часа была самой большой проблемой в космосе, особенно в отношении водорода. В результате она стала свидетелем перехода к производству аммиака, метанола и других видов электронного топлива, “которые менее сложны в транспортировке”. Исследовательский центр способствовал нескольким первым в мире экспериментам, включая первый полет самолета, работающего на синтетическом топливе, в 2021 году. Компания IGTL (ныне Zero Petroleum) также использовала водород EMEC, полученный из приливной энергии, для временной демонстрационной установки по производству синтетического бензина на своих береговых испытательных площадках в Билиа Крю.
Совсем недавно EMEC также интегрировала приливную турбину Orbital Marines с ванадиевыми проточными батареями и электролизером, объединив эти три технологии в еще одном уникальном в своем роде устройстве. Батареи позволили снизить энергопотребление, и, по словам Гарретта, проект показал, что “мы можем использовать эту предсказуемость для преодоления сетевых ограничений и поддержания постоянного притока электроэнергии”. “Это действительно открывает новый мир возможностей для использования энергии и, как мы надеемся, прокладывает путь к созданию новой устойчивой и отзывчивой энергетической системы”.
В 2025 году Джампьери совместно с коллегами опубликовал технико-экономическую оценку различных морских сценариев перехода от ветра к водороду. Они сравнили имитационные модели, чтобы понять преимущества и проблемы использования энергии морского ветра для электролиза на суше, по сравнению с производством экологически чистого водорода на морских ветряных электростанциях и транспортировкой его обратно на берег. Джампьери говорит, что при производстве водорода на суше, при транспортировке электроэнергии обратно на берег, особенно на большие расстояния, преобразование переменного тока в постоянный может привести к потерям, которые приводят к сокращению производства водорода. Для сравнения, оффшорное производство водорода означает, что “вы используете энергию непосредственно там, где она производится, с меньшими потерями на переработку”.
Однако есть неизбежные компромиссы. “Оффшорное производство усложняет работу”, — говорит он. “Наземный электролизер проще в эксплуатации и обслуживании, в то время как на суше одной из проблем является нехватка места и вес электролизера и системы, особенно если требуются большие резервуары для хранения”. Там, где водород производится на суше, важнейшим вопросом является транспортировка.
Часть нефтегазовой инфраструктуры можно было бы перепрофилировать для транспортировки сжатого водорода по трубопроводам, но это создает новые проблемы. Водород делает сталь хрупкой и при том же объеме потребляет меньше энергии, чем газ, а это означает, что требуется большее сжатие. Альтернативным, более дорогим на данный момент методом является транспортировка танкерами.
“Для производства жидкого водорода требуется установка сжижения, которая требует больших затрат энергии, и, по оценкам нашего исследования, на это приходится до 20% от общей стоимости производства”, — говорит Джампьери. — Кроме того, для хранения жидкого водорода требуются изолированные резервуары, в которых со временем часть жидкого водорода выкипает”. Он отмечает, что сокращение расходов, которое в настоящее время обходится Великобритании, например, примерно в 1,5 млрд фунтов стерлингов (1,98 млрд долларов), открывает значительные возможности. Что касается наземного производства водорода, то, по словам Джампьери, перебои в работе означают, что “настройка электролизера на период сокращения производства будет длиться всего несколько часов в год, и это будет слишком дорого”. Однако в открытом море “картина меняется”, поскольку “электролизер интегрирован в нормальную работу ветряной электростанции, где водород или водородоносители могут использовать несколько часов очень дешевой электроэнергии из-за сокращения поставок”.
Это, по его словам, позволяет использовать энергию, которая в противном случае тратилась бы впустую, и снижает конечную стоимость производимого водорода. Порадуйте своих слушателей еженедельными выпусками, в которых рассказывается о последних достижениях в энергетическом, нефтегазовом и горнодобывающем секторах. Наши журналисты в области энергетики выбирают экспертов — от электростанций до трубопроводов и карьеров, чтобы разобраться в ключевых темах отрасли и передовых технологиях, которые меняют работу и производительность.
Подкаст по энергетическим технологиям, основанный на данных и анализе GlobalData, полон отраслевых идей. Выпуски выходят в эфир каждый вторник в 19:00 по восточному времени (12:00 по Гринвичу). Слушайте «Энергетические технологии: обзор отрасли» на Spotify, Apple Podcasts, Amazon или где бы вы ни размещали свои подкасты. Если вам понравился наш подкаст, обязательно подпишитесь на него и получайте уведомления о новых выпусках каждую неделю.
Для получения ежедневных обновлений в отрасли подпишитесь на нашу рассылку новостей.
Источник: https://www.offshore-technology.com/news/solar-wind-tidal-renewable-fuels/
