Япония: ставка на водород

Япония может похвастаться самой большой в мире сетью водородных заправочных станций — символом веры правительства в будущее водорода и его усилий в гонке по его коммерциализации.

Увлечение Японии водородом берет свое начало от нефтяного шока 1970-х годов, когда он широко исследовался в рамках инициативы в области зеленой энергии, известной как Sunshine Project (проект «Солнечный свет»), куда также входили исследования в области солнечной и ветровой энергии.

С тех пор правительство постоянно инвестирует в новые технологии. В этом году, например, правительство предусмотрело бюджет в 70 миллиардов иен на развитие водородного топлива, а Министерство экономики, торговли и промышленности уже запросило 84,8 миллиарда иен на следующий финансовый год, начинающийся в апреле. Более 30 миллиардов иен из этой суммы выделяется на субсидирование покупки автомобилей на водородных топливных элементах и на создание водородных станций, подобных той, что находится в Сибакоэне.

Водородная заправочная станция Иватани в районе Сибакоэн в Токио похожа на любую другую АЗС в Японии. Однако есть три особенности, отличающие ее от других: большой знак «H2» на заправочных колонках, отсутствие запаха бензина и отсутствие желающих заправиться. По словам местного сотрудника, пять клиентов за час для этой заправочной станции – это необычно много.

Сибакоэн – престижный район Токио, здесь расположены здания правительственных министерств, здесь живут богатые жители города. Это объясняет относительно высокий спрос на водородное топливо: большинство из 3757 автомобилей с водородным двигателем в Японии принадлежат государству. Остальные покупают богатые, экологически сознательные энтузиасты, которые могут позволить себе потратить 7 миллионов иен (около 68.000 долларов) — 6 миллионов иен с учетом государственной субсидии — на седан среднего размера с нулевым выбросом углерода.

В настоящее время Япония может похвастаться самой большой в мире сетью водородных заправочных станций. Всего открыто 135 станций – в значительной степени субсидируемых государством, – что является символом веры правительства в будущее водорода и его огромного желания выиграть в гонке по коммерциализации этого вида топлива.

Демонстрацией утопического «водородного общества» Японии (так правительство описывает свои планы на будущее страны), должны были стать Олимпийские игры в Токио, первоначально запланированные на этот год. Но игры были отменены из-за COVID-19, теперь они должны состояться следующим летом. Часть олимпийской деревни, известная как Флаг Харуми (Harumi Flag), должна была быть оснащена топливными элементами, использующими водород для выработки электроэнергии для освещения и кондиционирования воздуха. При этом гости Олимпиады должны были доставляться в различные районы Токио на водородных автобусах.

«Жизнь в водородном обществе не должна кардинально отличаться от привычного порядка», – сказал Кеничиро Ота, почетный профессор Йокогамского национального университета, который занимается исследованиями водорода с 1970-х годов. «Было бы идеально, если бы каждый мог безопасно наслаждаться благами водородного топлива, даже не подозревая об этом».

В 2014 году Япония стала мировым лидером в этой области, выпустив первый коммерческий водородный автомобиль Toyota Mirai (что в переводе с японского означает «будущее»). Следом за этим в 2016 году Honda Motor представила топливную ячейку Clarity Fuel Cell, а в этом месяце Toyota выпустила долгожданную новую версию Mirai.

Между тем, наиболее впечатляющим примером доверия Японии к водороду является портовый город Кобе на западе Японии, где стоит на якоре первое в мире судно для транспортировки водорода – корабль Suiso Frontier, высотой 116 метров. Построенное японской компанией Kawasaki Heavy Industries и спущенное на воду в прошлом году, это первое в мире судно, предназначенное для перевозки сжиженного водорода, поддерживаемого при чрезвычайно низкой температуре минус 253°C. Планируется, что в 2021 году начнутся поставки водорода из Австралии в Японию.

К 2030 году Kawasaki Heavy планирует расширить флот до двух кораблей, готовых доставлять в Японию до 225.000 тонн водорода в год. Этого будет достаточно для питания 3 миллионов автомобилей с запасом хода до 10.000 км.

Япония считает водород важным не только для сокращения выбросов углерода, но и с точки зрения энергетической безопасности. Япония сильно зависит от нефти, поставляемой с Ближнего Востока и по морским путям в Южно-Китайском море. Сложность этой энергетической «шарады» усугубляет неофициальный запрет на строительство новых атомных электростанций после аварии на Фукусиме в 2011 году.

Электрический сплин

Критики водорода концентрируются на его стоимости. Топливные ячейки – это «ячейки для дураков», как выразился основатель Tesla Илон Маск, назвав автомобили с водородным двигателем «невероятно глупой» идеей. Tesla, производящая автомобили с аккумуляторным питанием, считает водородные топливные элементы конкурирующей технологией.

Эта технология продолжает дешеветь, но, как считают скептики, недостаточно быстро. По оценке METI (Министерство экономики, торговли и промышленностиЯпонии), для того, чтобы водород стал коммерчески рентабельным, стоимость в конечном итоге должна снизиться до 20 иен за кубический метр, почти до уровня сжиженного природного газа. В 2017 году она составляла 100 иен за кубический метр – в пять раз больше, чем нужно.

И даже с субсидиями более 1 миллиона иен на автомобиль, далеко не все жители страны могут позволить себе купить автомобиль на топливных элементах (ячейках). Стоимость Toyota Mirai, выпущенной в этом месяце, оценивается (без субсидии) в 7,1 миллиона иен за базовую комплектацию. Это вдвое больше, чем стоит электрический Nissan Leaf, (3,3 миллиона иен). Заправка полного бака Mirai обходится в 6.776 иен, при запасе хода в 850 км. В то же время полная зарядка Nissan Leaf при меньшем запасе хода (570 км) обойдется лишь в малую часть этой суммы — примерно 1.860 иен.

Недостатком Leaf является то, что зарядка занимает около часа, а заправка Mirai – всего 3 минуты.

Для хранения большого количества энергии батареи не подойдут – для этого требуются большие и громоздкие аккумуляторы. Топливные элементы могут стать более компактным и подходящим решением для длительного хранения энергии – говоря о неделях или даже годах.

Таким образом, водород можно рассматривать как ключевой фактор в «зеленой» экономике, поскольку он способен заполнить пробел в качестве альтернативного топлива в секторах, которые было трудно электрифицировать с помощью возобновляемых источников энергии, таких как производство стали и грузовой транспорт.

Японская транснациональная корпорация Toshiba, например, активно изучает спрос на свои топливные элементы на железных дорогах и кораблях, о чем с нами поделился Йошихиса Санаги, генеральный менеджер по водородной энергетике в Toshiba Energy Systems & Solutions.

Другая ниша для водорода – электростанции.

Курица или яйцо?

Сторонники водорода настаивают на том, что автомобили на топливных элементах столь же жизнеспособны, как и электромобили, и что решение проблемы стоимости в основном зависит от масштабности. В текущем правительственном целевом показателе говорится, что экономически жизнеспособный уровень в 20 иен за кубический метр возможен при достаточно большом рынке: 10 миллионов тонн водорода в год. Nikkei недавно сообщал, что правительство рассматривает возможность активизировать свои усилия, чтобы достичь целевого уровня к 2030 году.

В преддверии выпуска своего нового Mirai в этом месяце председатель Toyota Такеши Учиямада сказал на мероприятии по запуску Водородной ассоциации Японии: «Все технологии развиваются одинаково. Когда технологии впервые внедряются в общество, их первоначальная стоимость неизбежно высока, потому что мы должны гарантировать качество и безопасность. Если мы сможем пройти этот этап развития быстрее, это поможет снизить стоимость».

По его словам, создание Mirai было актом веры в приверженность Японии идее использования водорода. «Сейчас все не так, как было в прошлом, когда производители усердно работали над созданием привлекательного продукта по невысокой цене, когда технология, на основе которой создавался продукт, уже переставала быть новой. Общество в целом должно работать над созданием инфраструктуры, такой как заправочные станции для электромобилей или заправочные станции для автомобилей на топливных элементах … или над логистикой и созданием рынка для увеличения объема [водорода] на рынке. Вот почему мы общими усилиями должны стремиться к созданию водородного общества».

Водители, опрошенные на заправочной станции в Иватани, сказали, что им нравятся их автомобили на водородных топливных элементах, такие как Mirai, но самым большим недостатком было отсутствие заправочных станций. Между тем нехватка водородных АЗС явно связана с малым количеством автомобилей.

«Это философская проблема курицы и яйца, и Mirai должна была стать своего рода курицей», – сказал Наканиши. Надежды на то, что первое поколение водородных автомобилей запустит волну принятия водорода, не оправдались. Сегодня те же амбиции были были возложены на новый Mirai.

«Первая Mirai спровоцировала ту первую волну, но результат ее оказался не таким ощутимым, как изначально ожидалось. Это не помогло запустить бурный рост данной индустрии», – поделился он. «Водород – это сложно».

По состоянию на март в Японии было всего 3.757 легковых автомобилей на топливных элементах, но правительство планирует увеличить их количество до 200.000 к 2025 году. Это выведет рынок водородных автомобилей на один уровень с электромобилями, которых в настоящее время насчитывается 123.717 единиц. По данным Центра продвижения транспортных средств нового поколения, базирующегося в Токио, в Японии в общей сложности насчитывается 10,9 миллиона автомобилей на новых типах энергии, если не считать гибриды.

Система Chiyoda добавляет химический толуол к водороду, создавая более стабильное вещество. Это позволяет транспортировать и хранить его с использованием существующих технологий, применяемых для нефтепродуктов. В отличие от сжиженного водорода, данная жидкость должна пройти процесс удаления толуола перед использованием, например, в топливных элементах.

Процесс менее технологичен, чем сжижение. Транспортировка водорода, стабилизированного толуолом, может осуществляться с помощью обычного корабля, используемого для перевозки химических продуктов. Сжижение водорода обходится дорого, потому что очень трудно поддерживать температуру водорода в -253 °C.

Компания Chiyoda использовала водород, произведенный в Брунее из отработанного газа завода по производству природного газа. Он был доставлен на танкере за три рейса туда и обратно между Брунеем и Японией, в ходе которых в общей сложности было транспортировано около 110 тонн водорода. Таким объемом можно было бы заполнить пустой бак Mirai примерно 20.000 раз.

Еще один участник рынка – Toshiba, которая занимается исследованиями топливных элементов с 1960-х годов и утверждает, что является лидером в области водородных технологий. Наряду с такими компаниями, как поставщик газа Iwatani, Toshiba разработала солнечную электростанцию и установку мощностью 10 мегаватт для производства водорода из возобновляемых источников энергии. Проект базируется в Фукусиме – префектуре, которая в 2011 году пострадала от разрушительного цунами и ядерной катастрофы.

Объект был запущен в начале этого года на довольно символической территории: изначально она предназначалась для новой атомной электростанции.

2020 год может стать переломным моментом для водорода. Япония первой сделала большую ставку на этот вид топлива, а другие страны только в этом году начали замечать его потенциал. Следующие несколько лет покажут, сохранится ли прежнее лидерство Японии в этой технологии.

При сжигании водород не выделяет углерод. Единственный выброс – водяной пар. Но процесс производства водорода из ископаемого топлива, такого как бурый уголь, достаточно грязный.

Чтобы водород был по-настоящему «чистым», его необходимо производить из возобновляемых источников энергии или из ископаемого топлива в сочетании с технологией улавливания углерода для извлечения парниковых газов. Водород из возобновляемых источников часто называют зеленым водородом. Водород из ископаемого топлива является «серым» или синим (если в сочетании с технологиями улавливания и хранения углерода).

Японские компании, такие как Chiyoda, утверждают, что они стремятся к синему или зеленому водороду. Однако сейчас они говорят о том, что готовы использовать дешевый серый водород, чтобы дать рынку начальный толчок.

Купите Постерыдля дома, офиса, бара на сайте «Наука и техика» в подарок себе и близким.Недорогой сюрпризшефу, друзьям, клиентам и сотрудникам.

В наличииПлакаты бронетехники, набор постеровстрелкового оружия, боевой техники. Если вы неравнодушны к авиации, то вас, наверняка, заинтересуют постеры сбоевыми,транспортными или пассажирскими самолетами.