Глобальный тренд на декарбонизацию и переход к устойчивым источникам энергии стимулирует активное внедрение инноваций в секторе возобновляемой энергетики. В центре внимания исследователей и инженеров оказались две ключевые области: стационарные топливные элементы и технологии производства зеленого водорода. Компания IDTechEx, специализирующаяся на аналитике новых технологий, представила серию отчетов, в которых детально рассматриваются используемые материалы, технические решения и потенциал внедрения водородных систем в различные отрасли экономики.
Топливные элементы рассматриваются экспертами как перспективный способ генерации электроэнергии, способствующий снижению углеродного следа. Спектр их применения варьируется от транспортного сектора, где они используются в электромобилях, до систем резервного питания для центров обработки данных и коммерческих объектов. Стационарные установки могут работать как на постоянной основе, так и в качестве полумобильных источников энергии, обеспечивая безопасность и стабильность энергоснабжения в условиях перебоев в работе основной сети.
Среди стационарных решений одними из наиболее востребованных являются твердооксидные топливные элементы (SOFC). Их преимущества заключаются в высокой выходной мощности, гибкости в выборе топлива и эффективности в режиме когенерации, то есть одновременной выработки тепла и электричества. Из-за высоких рабочих температур такие системы лучше всего подходят для непрерывной эксплуатации на промышленных предприятиях, в коммунальном хозяйстве и жилом секторе. В то же время, согласно данным IDTechEx, сейчас ведутся разработки низкотемпературных версий SOFC, призванные снизить риск деградации компонентов и сократить время запуска установок.
В отчетах также упоминаются альтернативы твердооксидным элементам, такие как щелочные (AFC) и расплавленные карбонатные топливные элементы (MCFC). Несмотря на определенные достоинства – например, быстрый запуск или возможность внутреннего риформинга топлива – они обладают рядом недостатков и меньшей эффективностью. В автомобильной промышленности более популярны топливные элементы с протонообменной мембраной (PEMFC). Они отличаются низкими рабочими температурами и быстрой реакцией на изменения нагрузки. Однако широкое распространение этой технологии сдерживается необходимостью использования дорогостоящего водорода высокой очистки и платиновых катализаторов, а также отсутствием развитой инфраструктуры.
Отдельное внимание в исследованиях уделяется производству самого энергоносителя. Зеленый водород, получаемый методом электролиза, считается наиболее экологичным вариантом. В отчете IDTechEx рассматриваются различные типы электролизеров, включая щелочные (AEL), с протонообменной мембраной (PEMEL), с анионообменной мембраной (AEMEL) и твердооксидные ячейки (SOEC). Каждая из этих технологий имеет свои особенности, связанные с используемыми материалами и электрохимическими процессами.
Например, электролизеры типа PEMEL используют многослойные структуры для селективной проводимости протонов, обладая при этом низкой газопроницаемостью и высокой стабильностью. В свою очередь, щелочные электролизеры оснащены пористыми диафрагмами, которые действуют как полупроницаемые барьеры для разделения анода и катода. Различия в конструкции влияют на стоимость, эффективность и цепочки поставок оборудования. Несмотря на то что зеленый водород пока остается самым дорогим вариантом топлива по сравнению с менее чистыми альтернативами, эксперты уверены, что именно он станет основным инструментом для достижения реальных целей по декарбонизации промышленности и транспорта.
