В среднесрочной перспективе (~2030 г.) все факторы, предшествующие ближайшей краткосрочной перспективе, начинают указывать в направлении низкоуглеродистого будущего: водород как топливо.
Применение водорода как топливо способствуют вероятные ограничения на ресурсы ископаемых видов, сильные опасения по поводу выбросов парниковых газов, ожидания все более конкурентоспособных возобновляемых источников энергии и повышение осведомленности потребителей.
Все крупные энергетические и автомобильные компании согласны с тем, что низкоуглеродистый источник, в основном означает водород, и что однажды он станет топливом выбора.
Будущая чистая энергия
Ожидается, что водород как топливо будет сочетаться с электричеством, чтобы сформировать два компонента будущей экономики чистой энергии. Водород извлекается из сырья, поэтому не может удовлетворить все потребности и желания существующих потребителей. Однако, в сочетании с электричеством он может быть наиболее востребованным источником энергии.
Водород действует как средство накопления энергии в топливных элементах с помощью которых вырабатывается электричество.
В период 2025-2030 годам сочетание требований к экологически чистому транспорту — как с точки зрения регулируемых выбросов, так и выбросов парниковых газов – приведет к переходу на водород как топливо, в то время как другие требования, такие как требования к снижению шума, переместят источник питания в сторону электрического первичного двигателя.
Установленная мощность американского автопарка эквивалентна пятикратной установленной мощности всех электростанций, поэтому, если бы транспортные средства (которые обычно работают менее 5% своего срока службы в качестве двигателей) могли тратить оставшееся время на выработку электроэнергии. Конечно, единственной проблемой было бы управление потоками и обеспечение топливом.
Кроме того, некоторые компании намерены использовать возобновляемые источники энергии для электролиза воды и производства водорода, необходимого как топливо на автозаправочных станциях и в домах. Водородные серийные автомобили Тойота «Мирай» уже колесят дороги на которых применен водородный двигатель.
Технологии требуют энергии
К 2050 году значительная часть энергии будет поступать из возобновляемых источников.
- Энергия ветра будет дешевле, чем обычное ископаемое топливо, которое будет ценным сырьем и будет использоваться только в качестве топлива, когда это абсолютно необходимо.
- Фотовольтаика (солнечное электричество) будет стандартной частью строительных тканей, генерируя энергию с эффективностью 25-30% и обеспечивая значительную долю непромышленного спроса. Даже некоторый промышленный спрос будет питаться от интегрированных в здания фотоэлектрических систем, эффективно обращая вспять традиционно принятые солнечные потоки.
- Относительно далекое будущее (~2050- 2070 годы) технологии, о которых сегодня не мечтали, станут обычным явлением. Машины будут само строящимися используя искусственный интеллект путем модификации органической жизни.
- Бактерии расщепляют отходы для производства заменителей масла, механизмы из отдельных атомов постоянно работают для обеспечения тепла, света.
- Связь осуществляется телепатически с помощью компьютерных чипов, встроенных в мозг человека.
Все это требует энергии, а мир работает на электричестве и водороде – по крайней мере, мир, который может себе это позволить.
Применение в качестве топлива водорода
В среднесрочной перспективе водород как топливо будет являться не только нормальной, но и единственной формой генерации, разрешенной в большинстве районов. Экологическая политика станет настолько строгой, что не только должны быть скрыты видимые признаки загрязнения и потрясений; должна быть произведена точная замена любых неизбежных нарушений. В результате обычная «крупномасштабная» генерация в десятки мегаватт разместится внутри зданий, которые этого требуют.
Проблемы эффективности и загрязнения старых устройств сгорания рассматриваются не более, чем паровозы в начале 2000-х годов. Все горение является электрохимическим или биологическим; биомиметика (искусственные наноматериалы) изменит лицо энергетики. Такие процессы, как фотосинтез, осмотический перенос и высокоскоростные каталитические реакции, определяют энергетические процессы с побочными продуктами, которые не только безвредны, но и более полезны.
Типичный дом имеет строительную ткань и идеальный климат-контроль, управляемый биологическим чипом для обеспечения воздушного потока и изоляции. Имеется встроенные элементы управляющие солнечным потоком, ветрогенераторы и системы преобразования биомассы которые позволяют передавать тепло, холод и электричество в места, где они необходимы. Хранение водорода как топлива будет в углеродных нановолокнах в некоторых структурных секциях здания.
Все личные устройства питаются от микроскопических систем топливных элементов, кинетической энергии и энергии, вырабатываемой самим телом. Коммуникационные, хронометрические и локаторные устройства требуют небольшого количества электроэнергии от топливных элементов, в то время как акклиматизационные костюмы используют более крупные устройства и хранят энергию в своей ткани – углеродные нановолоконные костюмы изолируют, а также хранят водород как топливо.
Передача энергии будет осуществляться на максимально короткие расстояния — километровые пробеги становятся все менее распространенными, за исключением пустынных районов, где высоковольтные сверхпроводящие линии передачи постоянного тока удерживаются в трубах с жидким водородом почти без потерь.
Подавляющее большинство новых технологий производства электроэнергии опирается на возобновляемые ресурсы всех мыслимых типов и распространяется по-настоящему децентрализованным образом вокруг наиболее практичных, продуктивных и приемлемых областей. Только последние остатки ископаемой энергии начала двадцать первого века все еще производят энергию, и только в строго ограниченных зонах.
То, что было названо развивающимся миром, не только самодостаточно по мощности, но и обеспечивает ее избыток для «ранних истощенных» стран через жидкие водородные каналы связи.
Новые технологии добычи энергии
Наноразмерные технологии стимулируют новые разработки. Эти интеллектуальные машины способны создавать оборудование для преобразования энергии, которое максимизирует все параметры энергоэффективности и энергосбережения. Микроканалы в структурах топливных элементов переносят топливо и окислитель точно туда, где они должны быть, при этом не только размещение, но и структура частиц катализатора индивидуально определяется для идеальной производительности. Органические материалы управляют потоками жидкости, гарантируя, что только необходимые пропорции реагентов, продуктов, тепла и энергии подаются в машину и из нее.
Деньги зарабатываются не энергетическими компаниями, обеспечивающими управляемые потоки энергии, а энергетическими и технологическими компаниями, обеспечивающими оборудование и средства контроля для естественного управления потоками энергии. Некоторая передача энергии происходит, но подавляющее большинство генерации и использования настолько локализовано – настолько совершенно децентрализовано – что управляется только пользователями и интеллектуальными агентами.
Вывод очевиден, что далекое будущее невозможно понять, но можно спрогнозировать.
Однако обсуждаемые факторы, в целом в отношении тенденций в области технологии, личных ожиданий, ресурсов и политических рамок, свидетельствуют о том, что тенденции в электроэнергетике очень четко указывают на переход к низкоуглеродистым источникам, который уже начался.
Ближайшие десять лет подтвердят или опровергнут это предположение, осветив при этом дальнейшие возможности в развитии производства, поставки и использования водорода как топлива в качестве основного.
