Топливо будущего: Какое топливо будущего будет для автомобилей через 30-40 лет

Какое топливо будущего будет для автомобилей через 30-40 лет

По всему миру катаются около пятидесяти миллионов авто, которые ездят на бензине или дизельном топливе. Нефть не безгранична и значит возникает вопрос — на чем будут ездить машины через 30-40 лет.

Какое топливо доступно

Начнем с гибридных автомобилей. Они сочетают небольшой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электропривод с аккумуляторными батареями. Энергия от двигателя и от тормозной системы автомобиля используется для зарядки аккумуляторов, питающих электропривод. Типичные гибридные двигатели позволяют на 20−30% эффективнее использовать топливо по сравнению с традиционными ДВС и выбрасывают в атмосферу значительно меньше вредных веществ.

Без бензина гибриды далеко не уедут, так что этот вариант убираем. Электромобили пока кажется оптимальным вариантом, но нормальных машин на электрической тяге мало. И запас хода у них маловат, особенно если путешествуете на дальние расстояния. Стоимость также велика. Этот вариант на будущее, а искать альтернативное топливо нужно сейчас.

Дальше по списку идут автомобили на альтернативном топливе, по типу спиртового топлива, биодизеля или этанола. Этот вариант кажется отличным — создаются автомобили на альтернативном топливе. Но если все машины «пересадить» на биотопливо, то подорожают продукты питания, т.к. для производства этого вида топлива нужны большие посевочные площади.

Другое дело — водород для заправки автомобилей. Он перспективнее по нескольким причинам: масса водородной батареи меньше, перезаправка быстрее, производство аккумуляторов дороже и требует больше разных экзотических элементов, сеть заправочных станций организовать гораздо проще чем зарядные, есть и другие плюсы…

Электричество — топливо будущего

Автокомпании вкладывают огромные деньги на разработку альтернативного топлива, создаются электромобили с большим запасом хода. Если в начале они имели запас хода не более 100 километров, то сейчас некоторые могут похвастаться запасом без подзарядки до 300-400 километров пробега.

Если будут развиваться технологии и появятся новые типы аккумуляторных батарей для электромобилей, то запас можно увеличить до 700-800 км.

Применяемость электромобилей с большим запасом хода на этом не ограничивается. Нужно строить заправки по всему миру, их должно быть большое количество. Причем заправки должны быть быстрые, когда машина может «запитаться» электричеством по времени не более 1 часа (в идеале 10-20 минут). Сейчас на полную подзарядку уходит до 16-24 часов в зависимости от емкости батарей.

Как понимаете, нужно полностью менять дорожную сеть. На это могут пойти крупные нефтяные компании. Они обладают большим количеством заправок для машин. Нужно лишь рядом поставить колонки для заправки электромобилей (быстрой и длительной зарядки). Тогда количество машин на электрической тяге возрастет, ведь проблема дозаправки будет решена.

Исходя из сказанного: для электромобилей пока нет нормальных батарей которые были бы всепогодны и принимали заряд хотя бы за минуты. Но со временем и развитием технологий, их стоимость снизится, они станут доступны для каждого.

Топливо будущего — НафтоРинок

Евгений Скрыбка

Согласно отчету американского Института топлива под названием «Tomorrow’s Vehicles», рыночная доля транспортных средств малой грузоподъемности, работающих на бензине, может снизиться с 93,2% в 2012 году до 82,6% в 2023-м, то есть приблизительно на 10% за 10 лет. Схожие прогнозы делает американская Энергетическая информационная администрация (EIA), в которой считают, что доля потребления бензина снизится на 24% к 2040 году.

В ближайшей перспективе наиболее заметное изменение спроса обеспечат дизельные двигатели и автомобили с гибким выбором топлива, которые могут использовать смеси бензина с этанолом в разных пропорциях. Институт топлива прогнозирует, что доля дизельных автомобилей в США может увеличиться с 2% до 7,2% рынка к 2023 году. В EIA ожидают рост спроса на ДТ в ближайшие 10 лет на 26%. Хотя количество авто с гибким выбором топлива за ближайшие 10 лет может удвоиться и к 2023 году достичь 9,3% рынка, спрос на бензин должен измениться минимально. Так, EIA прогнозирует рост продаж смеси E85 (бензин с содержанием 85% этанола) примерно до 3,4 млрд галлонов к 2040 году, что составит лишь 3% от прогнозируемого рынка бензинов.

Дизельное топливо и смесь бензина с этанолом E85 – продукты, которые по своим характеристикам весьма похожи на бензин, поэтому логично, что они могут оттянуть на себя часть его рыночной доли. С более радикальной альтернативой бензиновым двигателям – электрическими двигателями и топливными элементами – дела обстоят для потребителя сложнее. Чтобы решиться на покупку электрокара или автомобиля на топливном элементе, топливом для которого является водород, потребители будут оценивать степень распространенности заправочной инфраструктуры для таких машин.

Кроме того, решающим фактором, определяющим решение покупателя в пользу какой-либо альтернативы, почти всегда является стоимость самого автомобиля и топлива для него. В то же время, согласно данным Института топлива, большинство потребителей подчеркивают, что выбирают место для заправки в первую очередь по цене и готовы терпеть неудобства, если это позволит сэкономить деньги на заправке. Потому если ездить на альтернативном топливе будет выгоднее, чем на бензине, спрос на него будет расти быстрее. До тех же пор, пока производители автомобилей в тандеме с топливными компаниями не обеспечат эти два важных условия – доступную цену на авто и на топливо для него – ожидать революции на топливном рынке не приходится. Впрочем, все может измениться за несколько лет. Мы сейчас наблюдаем, как прорыв в технологии гидроразрыва пласта перекраивает американский рынок традиционных углеводородов. То же самое может произойти и в других сферах.

Природный газ как моторное топливо, который приобрел популярность в некоторых азиатских странах, в США ее не имеет. Хотя СПГ продается в рознице приблизительно вдвое дешевле, чем бензин, переоборудование автомобиля для работы на СПГ может стоить в США $6000 или более, что является большим препятствием для потребителей. Эксперты прогнозируют медленный роста потребления СПГ легковыми автомобилями в течение ближайших 10 лет, ожидая, что доля газовых авто в 2023 году не превысит 0,5% от их общего количества. Однако рост может ускориться в последующие годы, если на рынке сложится благоприятная для этого конъюнктура.

В качестве долгосрочных альтернатив рассматриваются электрокары и водородные автомобили. Стоимость электрокаров постепенно, по мере появления бюджетных моделей, становится все более доступной. Кроме того, расходы на зарядку электромобилей ниже, чем расходы на покупку нефтяного топлива. Тем не менее значительного роста доли рынка электромобилей не прогнозируется (по данным EIA, менее 1,5% к 2040 году). Основным сдерживающим фактором является медленное пополнение заряда батареи. Значительного прорыва в технологии изготовления батарей тоже не наблюдается, поэтому пока нефтяные компании могут не бояться потерять рынок сбыта.

Зато в развитие транспортных средств на топливных элементах автопроизводители в последнее время вкладывают значительное количество денег, а значит, считают применение водорода в транспортной сфере хорошей альтернативой электричеству. Себестоимость автомобилей на водороде снижается, как и затраты на производство самого водорода, и эта тенденция, скорее всего, продолжится. Процесс создания инфраструктуры для заправки автомобилей водородом в США координируется Министерством энергетики США, которое намерено создать рынок топливного водорода. Однако это требует затрат и времени. Пока слишком рано говорить об отношении к водороду как к моторному топливу со стороны потребителей, но предпринимаемые усилия позволяют говорить о водороде как о перспективном топливе в долгосрочной перспективе. Если в 2012 году в США было зарегистрировано 500 водородных автомобилей, то к 2023-му эксперты ожидают увеличения в 100 раз, до 50 тыс. или до 70 тыс. по самому оптимистическому сценарию. Но даже в этом случае доля таких автомобилей составит около 0,02% от всего рынка.

Как мир может построить настоящую водородную экономику

Универсальный и обильный водород может в значительной степени помочь миру в достижении климатических целей. Он уже является компонентом всех восьми сценариев Европейской комиссии (ЕК) с нулевыми выбросами на 2050 год. Двухпартийный закон об инфраструктуре, принятый в прошлом году, предусматривает 8 миллиардов долларов для водородных узлов, которые расширяют использование нулевого и низкоуглеродного водорода в промышленном, энергетическом, жилом и транспортном секторах. Возможность устойчиво производить и транспортировать его может превратить низкоуглеродный водород в повседневный альтернативный энергетический ресурс, в котором нуждается мир.

Действительно, водород может стать одним из наиболее широко используемых и универсальных источников энергии, особенно по мере того, как правительства и частный сектор увеличивают свои инвестиции в водородные решения. По прогнозам исследовательской компании Wood Mackenzie, к 2050 году низкоуглеродный водород будет составлять 7% мирового спроса на конечную энергию, а общий спрос вырастет до 211 миллионов метрических тонн к 2050 году с почти нуля сегодня.

Водород также может сыграть важную роль в энергетической безопасности и экономическом росте, особенно когда страны всего мира стремятся отказаться от иностранных поставок нефти и газа. Война на Украине и зависимость европейских стран от российских энергоносителей сделали этот вопрос очевидным. На самом деле, многие наблюдатели считают, что вторжение России в Украину может в конечном итоге ускорить переход к энергетическому переходу, поскольку все больше стран стремятся уменьшить свою зависимость от российского газа.

Европейская комиссия недавно обнародовала новый план, направленный на поэтапный отказ от зависимости от российского ископаемого топлива, при этом центральным элементом этих усилий является «возобновляемый водород». Предложение направлено на увеличение возобновляемых источников энергии и увеличение в четыре раза текущих целей по поставкам зеленого водорода к 2030 году в рамках стратегии по сокращению зависимости Европейского Союза от российского газа на две трети к концу этого года.

Еще одним попутным ветром для зеленого и синего водорода является рост экологических, социальных и управленческих инициатив (ESG) и стремление клиентов во всем мире к более устойчивой планете. Крупные ритейлеры, технологические гиганты и лидеры транспортных компаний берут на себя обязательства сократить выбросы в своих цепочках поставок, поэтому использование водорода также имеет экономический смысл.

Достичь водородного будущего можно за три шага

Мы все еще находимся на заре водородной экономики, но по мере того, как мир продолжает искать инновационные решения для борьбы с изменением климата, водород зарекомендовал себя как жизнеспособный источник энергии. и драйвер экономического роста. Чтобы сделать водород широко используемым, необходимы три вещи: больше поставок за счет производства, жизнеспособная инфраструктура для транспортировки и более низкая цена для конечного использования. Давайте подробнее рассмотрим каждый из них.

Больше снабжения и производства. Первая опора табуретки — большее количество и доступность «синего» и «зеленого» водорода. Сегодня большая часть используемого водорода является «серым», который является наиболее углеродоемкой формой водорода. Он производится из ископаемого топлива без технологий снижения выбросов углекислого газа (CO ₂ ), что означает, что CO ₂ выбрасывается в атмосферу в процессе его производства.

Производство зеленого водорода использует возобновляемую электроэнергию для отделения молекул водорода от молекул кислорода в воде с помощью процесса, известного как электролиз. Что делает этот процесс устойчивым, так это тот факт, что побочный продукт не наносит вреда окружающей среде CO ₂ , а электроэнергия для этого процесса обеспечивается возобновляемыми источниками, такими как энергия солнца и ветра. Тем не менее, значительные инвестиции по-прежнему необходимы для резкого увеличения поставок экологически чистого водорода с нулевым уровнем выбросов и снижения себестоимости производства.

Синий водород также получают из природного газа, но, в отличие от серого водорода, его выбросы углерода улавливаются и безопасно хранятся глубоко под землей, что значительно снижает выбросы CO ₂ по сравнению с серым водородом. Голубой водород — это ключевая технология перехода к зеленому водороду, самой чистой из всех форм водорода. Это ключевой фактор обезуглероживания, предлагающий чистую технологию в масштабе, который готов уже сейчас.

Необходима инфраструктура. Вторым ключом к широкомасштабному использованию водорода является создание инфраструктуры — труб, резервуаров и насосов, — необходимых для эффективной транспортировки, хранения и доставки самого водорода. Наряду с производством синего и зеленого водорода в достаточном количестве, важное значение будет иметь разработка объектов и трубопроводов для безопасного хранения и доставки этого ресурса.

Это займет время. Чтобы достичь коммерчески-промышленного масштаба, который ожидается от водорода, отрасли должны отдавать приоритет решениям, которые сокращают выбросы сейчас, создавая при этом инфраструктуру для поддержки возобновляемой водородной энергии в будущем. Фактически, согласно недавнему отчету Комиссии по переходу к энергетике, обезуглероживание мировой промышленности с помощью водорода может потребовать инвестиций в размере почти 15 триллионов долларов в течение следующих 30 лет. В исследовании говорится, что около 85% необходимых инвестиций пойдут на производство электроэнергии, а оставшиеся 15% потребуются для производства водорода, а также для его транспортировки и хранения.

Развитие самоподдерживающейся экосистемы будет решающим фактором в масштабировании зеленого водорода. Для этого потребуется, чтобы различные организации из многих отраслей работали над достижением общей цели. Сюда входят предприятия на всех этапах цепочки создания стоимости — от производства до производства до секвестрации и всех промежуточных этапов. В цепочке создания ценности водорода участвует множество различных заинтересованных сторон, каждый из которых будет вносить свой вклад в построение самодостаточной водородной экономики.

Поощрения способствуют усыновлению. Третьим компонентом, необходимым для широкомасштабного использования водорода, являются стимулы, такие как налоговые льготы, для ускорения водородной экономики и минимизации первоначальных затрат. Поскольку электрические и газовые компании все чаще рассматривают возможность увеличения инвестиций в низкоуглеродный водород, высокая стоимость современных технологий и оборудования для производства синего и зеленого водорода остается основным камнем преткновения и потенциально может ограничить прогресс.

Позитивным событием на этом фронте является то, что Конгресс США предложил закон, который предоставит первую в истории налоговую льготу для нулевого и низкоуглеродного производства водорода, чтобы стимулировать инвестиции в водород. Кроме того, раздел 45Q Налогового кодекса может по-прежнему стимулировать использование низкоуглеродного водорода. В настоящее время он предоставляет налоговую льготу в размере до 50 долларов США за каждую метрическую тонну улавливаемого и секвестрированного углерода, а новые предложения могут поднять эту сумму еще выше, до 85 долларов США за тонну.

Конгресс также закладывает основу для промышленности по улавливанию, использованию и хранению водорода и углерода (CCUS). И Сенат, и Палата представителей приняли Закон о сводных ассигнованиях, который содержит ключевые налоговые льготы и положения для водородной промышленности, в том числе 150 миллионов долларов для Управления по технологиям водорода и топливных элементов.

Дорога вперед

Устойчивая энергетика имеет решающее значение, если мы хотим противостоять и преодолеть надвигающийся глобальный климатический кризис, но действовать нужно сейчас. По мере того, как все больше организаций внедряют стратегии нулевого выброса, чтобы лучше соответствовать глобальным климатическим целям, водород становится важной частью этих инициатив, но мы все еще находимся в начале пути. Путь к чистому нулю сложен и долог. Роль улавливания водорода и углерода и их многочисленные применения широко не известны и не приняты.

Хорошая новость заключается в том, что водород окружает нас повсюду. Это самый распространенный элемент во Вселенной. Нам просто нужно разработать способы экономичного и эффективного использования водорода. Обнадеживает то, что мир сейчас движется в этом направлении, и на рынке появляются новые технологии, которые помогают отраслям, где бы они ни находились на пути к устойчивому развитию.

— Вимал Капур является президентом и генеральным директором Honeywell Performance Materials and Technologies (PMT), бизнес-группы, которая разрабатывает технологические процессы, решения для автоматизации, передовые материалы и промышленное программное обеспечение, которые преобразуют отрасли по всему миру.

5 тенденций, которым следует следовать – UE Systems

1. Ветряные электростанции и большие батареи

В январе компания Tesla попала в заголовки газет, представив первую в своем роде мегабатарею в Австралии. Hornsdale Power Reserve, построенный для ветряной компании Neoen, представляет собой батарею мощностью 100 мегаватт, подключенную к ветровой электростанции в Южной Австралии. В мае Electrek сообщил, что батарея не только произвела 1 миллион долларов за первый месяц работы, но и сэкономила около 30 миллионов долларов за первые четыре месяца работы в Интернете.

С тех пор, как в начале этого года был запущен Hornsdale Power Reserve, несколько других энергетических проектов в Австралии решили использовать технологию Tesla. Кроме того, генеральный директор Tesla Илон Маск предположил, что электростанция мощностью 1 гигаватт может стать реальностью в ближайшем будущем.

Вполне вероятно, что в течение следующего десятилетия предприятия смогут извлекать выгоду из чистой энергии, хранящейся в массивной батарее. Технологии уже есть – они просто ждут инвестиций.

2. Карбонатные топливные элементы

В последние годы объекты, которым требуется почти идеальное время безотказной работы, обратились к углеводородным топливным элементам в рамках энергетического плана с множеством отказоустойчивых функций. По данным журнала Electrical Construction & Maintenance, современные системы бесперебойного питания обещают надежность на уровне 99,99 %, или примерно 53 минуты простоев в год.

Карбонатный топливный элемент вырабатывает энергию путем преобразования углеводородного топлива в электричество. В зависимости от типа топливного элемента он может работать на переработанном водороде, полученном из природного газа, или на водороде, извлеченном из воды путем обратного электролиза.

В настоящее время эти системы зависят от топлива высокой степени переработки, производство которого может быть очень дорогостоящим. Тем не менее, объекты со значительными затратами на простой могут по-прежнему получать выгоду от этого высоконадежного источника энергии.

Карбонатные топливные элементы преобразуют водород в электричество.

3. Природный газ

Природный газ потенциально может служить топливом для огромного процента зданий в США, но ему все еще приходится конкурировать с углем. Энергия, полученная из угля, по-прежнему остается одной из самых дешевых форм энергии. Однако в перспективе до 2030 года и далее природный газ может стать гораздо более жизнеспособным вариантом.

Поскольку развитые страны вводят более строгие правила в отношении угольной промышленности, чтобы уменьшить загрязнение воздуха, предприятия, работающие на природном газе, могут оказаться более экологически безопасным вариантом. Мировые цены на природный газ остаются высокими. Но в США передовые технологии обработки фактически привели к падению внутренних цен, сообщает SNL Interactive.

По сути, природный газ является доступным в настоящее время источником доступной энергии и тенденцией, которая сохранится и в будущем. Если цены останутся прежними или упадут — по мере ввода в строй новых перерабатывающих мощностей — топливо может даже поставить под угрозу доступность угля и атомной энергии.

4. Ядерный синтез

Включите последний научно-фантастический фильм, и вы можете услышать, как астронавты говорят о ядерном делении. В течение долгого времени водородная энергетика обещала покончить с современной зависимостью от ископаемого топлива. Однако реальная технология материализовалась медленно.

Современные атомные электростанции основаны на процессе, известном как деление. По данным Университета Дьюка, в реакции деления нейтроны ускоряются, а затем превращаются в нестабильный изотоп, который распадается. Когда ядро ​​изотопа распадается надвое, высвобождается большое количество энергии.

В будущем ученые надеются освоить другой тип ядерной реакции — синтез. В реакции синтеза два изотопа подвергаются огромному давлению, в результате чего они образуют более тяжелые ядра. При этом высвобождается огромное количество энергии.

Хотя некоторые термоядерные эксперименты были успешными в очень небольшом, нестабильном масштабе, процесс получения надежной энергии путем ядерного синтеза до сих пор неизвестен.

Когда-нибудь ядерный синтез сможет питать объекты.

5. Бензин

Хотя за последние годы эффективность ряда новых видов топлива выросла, ни один из них не в состоянии полностью заменить сырую нефть.