Водородные топливные элементы - ключевые технологии Panasonic

Взгляд Panasonic на водородные технологии

Одна из главных проблем, которую необходимо решить для будущего человечества, связана с энергетикой, глобальным потеплением и истощением ископаемых видов топлива.

Panasonic направляет значительные финансовые и технические ресурсы на улучшение водородной технологии, применяемой в автомобилях будущего и в наших домах.

В интервью EE Times Europe Юничи Сузуки, председатель и главный исполнительный директор Panasonic Europe BV Макс Фуджита, глава отдела топливных элементов Panasonic в Европе, рассказал о планах по формированию и развитию водородного общества, а также о его водородных технологиях.

Водород производит энергию в результате химической реакции с участием кислорода, и единственным побочным продуктом этого процесса является вода.

Возобновляемый водород является экологически чистым и высокоэффективным источником энергии, не оказывающим никакого воздействия на окружающую среду. Вот почему Panasonic продолжает свои исследования и разработки в области водорода, начатые несколько десятилетий назад.

Компактные водородные топливные элементы Panasonic

Быстро развиваются и новейшие электрохимические методы использования водорода и некоторых других перспективных синтетических энергоносителей типа метанола, позволяющие получать электроэнергию с крайне высоким к.п.д. за счет химической реакции водорода с кислородом в специальных устройствах, обычно называемых топливными элементами.

«Обезуглероживание - это глобальная проблема, и философия Panasonic состоит в том, чтобы внести свой вклад в защиту окружающей среды с помощью чистых источников энергии. «Водород - один из элементов, который будет способствовать достижению цели нулевого выброса», - сказал Сузуки.

Дзюнъити Сузуки, председатель и главный исполнительный директор Panasonic Europe BV

«С 1999 года мы разрабатываем топливные элементы. В Японии мы их выпускаем с 2009 года. Мы выполнили более 200 000 установок (общее количество водородных установок в Японии составляет 360 000), чтобы сделать водород доступным по сравнению с природным газом.

Мы сотрудничаем с несколькими европейскими компаниями, чтобы внести свой вклад в снижение выбросов вредных веществ с помощью нашей технологии водородных топливных элементов, что является нашей целью на ближайшие годы », - сказал Фуджита.

Макс Фуджита, руководитель отдела топливных элементов в Европе в Panasonic

Япония была первой страной, принявшей «базовую водородную стратегию», и теперь хочет стать «водородным обществом».

Водород и возобновляемые источники энергии

Водород - очень легкий газ, поэтому он имеет тенденцию связываться с другими атомами, образуя более сложные молекулы. Следовательно, чтобы его можно было использовать в качестве топлива, он должен улавливаться химическими процессами.

Водород является самым распространенным химическим элементом во Вселенной и может сыграть важную роль в достижении нулевых чистых выбросов и других, таких как энергия ветра и геотермальная энергия.

Чистый водород или водород с низким уровнем выбросов может быть произведен путем электролиза из возобновляемых источников (зеленый водород) или с помощью процессов нефтепереработки из ископаемых источников, в основном природного газа, в сочетании с технологией улавливания и хранения углерода (синий водород), которая улавливает и накапливает углекислый газ. 

Принципиально новые подходы в получении водорода из воды основаны на использовании в качестве первичного энергоисточника солнечного света.

Наиболее простой и освоенный путь — электролиз воды в стандартных электролизерах за счет электроэнергии, получаемой кремниевыми солнечными батареями.

Разрабатываются способы прямого разложения воды либо на фоточувствительных электродах, либо на специальных веществах — «фотокатализаторах», поглощающих кванты света и осуществляющих после этого реакции, сходные с реакциями фотосинтеза.

Развитие все более эффективных технологий и увеличение доступных возобновляемых источников может снизить стоимость зеленого водорода и сделать его более применимым.

Дорожная карта Panasonic

Panasonic разрабатывает топливные элементы для дома (микро-ТЭЦ и комбинированное производство тепла и электроэнергии) с 1999 года и запустила первую в мире систему под названием ENE-FARM в мае 2009 года в Японии, сделав ее коммерчески доступной для производства электроэнергии и горячей воды в домах.

После успеха на японском рынке Panasonic теперь намеревается расширить свою деятельность в Европе, и новый центр исследований и разработок станет ключевым элементом в достижении этой цели.

Бытовые топливные элементы, которые в настоящее время используются во многих домах и объектах, помогают сделать чистые водородные технологии популярными.

Panasonic работает над несколькими инициативами по использованию водорода в наших домах. Спикеры рассказали, как они работают над новой технологией производства водорода с использованием запатентованной технологии фотокатализаторов и возобновляемой солнечной энергии.

«Мы также изучаем все возможности использования Первопроходческой программы новых технологий в области энергетики и окружающей среды, программы, финансируемой Японской организацией по развитию новых энергетических и промышленных технологий (NEDO), и стремимся реализовать ее примерно к 2030 году», - заявили ораторы.

Как работает солнечное устройство для производства водорода

Как работает солнечное устройство для производства водорода. Когда солнечный свет попадает на фотокатализатор, водород и кислород производятся посредством электролиза воды. 

Полноценные исследования всей цепочки создания стоимости производства, хранения и использования водорода (Источник: Panasonic)

Цель Panasonic - доставлять водород прямо к вашему порогу, чтобы вы могли производить энергию с высокой эффективностью и низкими затратами. Это также способствует развитию будущих заправочных станций для водородных транспортных средств.

В «Юмэ Солар-кан Яманаси», Комекураяма в префектуре Яманаси, Япония, испытательном полигоне для возобновляемых источников энергии, проходят испытания несколько решений.

Топливный элемент микро-ТЭЦ вырабатывает электричество в результате химической реакции между кислородом в атмосфере и водородом, извлеченным из природного газа (метан, CH4).

Тепло, образующееся в качестве побочного продукта этого процесса, также используется для отопления жилых помещений и горячего водоснабжения (рис. 3).

Топливный элемент и водородный топливный элемент (Источник: Panasonic)

Установка водородных топливных элементов позволит производить чистый источник энергии. Система водородных топливных элементов в доме, такая как эта, может помочь уменьшить причины глобального потепления, чем использование обычных ископаемых видов топлива для выработки электроэнергии.

В Японии дом, работающий на топливных элементах ENE-FARM, может ежегодно сокращать до 1,5 тонн выбросов CO₂ по сравнению с домом, электричество которого обеспечивается тепловой станцией и системой газового отопления.

Стратегия в первую очередь направлена ​​на достижение паритета затрат с конкурирующими видами топлива, такими как бензин в транспортном секторе или сжиженный природный газ в электроэнергетике, и охватывает всю цепочку поставок от производства до приложений на рынке сбыта.

«Например, в Японии любой человек может купить автомобиль на топливных элементах. Но это очень дорого, поэтому цель состоит в том, чтобы внести некоторые изменения в модель, чтобы снизить стоимость, а также повысить эффективность и долговечность с помощью эффективной инфраструктуры».

В 2014 году Toyota представила Mirai, первый коммерческий автомобиль с водородным двигателем, который использует водородный аккумулятор, который не выделяет CO₂ и может быстро заряжаться. Вторая модель Mirai должна выйти в декабре 2020 года.

Даже в Японии рынок водорода еще не является экономически жизнеспособным. Спикеры отметили, что в настоящее время почти все водородные технологии и технологии топливных элементов во многом зависят от государственного финансирования.

Стратегия Panasonic и Японии в целом может иметь положительные последствия на глобальном уровне и, в частности, способствовать созданию новых синергий в международной торговле энергией и деловом сотрудничестве. Эти партнерские отношения будут иметь ключевое значение для содействия развитию и повышения доступности технологий.

В автомобилестроении ряд компаний создали совместное предприятие Japan H2 Mobility (JHyM) в 2017 году, чтобы ускорить развертывание дистрибьюторов водорода по всей Японии с помощью государственных субсидий.

По состоянию на конец 2018 года в мире насчитывалось 12 900 автомобилей на топливных элементах, из которых около четверти было произведено японскими компаниями, включая Honda и Toyota.

Дорожная карта правительства Японии предусматривает снижение надбавки к цене на автомобили на топливных элементах по сравнению с гибридными автомобилями.

Чтобы повысить признание водородом широкой публики, автомобили на топливных элементах также будут использоваться в качестве официального транспорта во время летних Олимпийских игр в Токио-2020.

Еще один краткосрочный проект правительства Японии - водородный поезд. Компания JR East Japan объявила о разработке поезда с гибридной системой, сочетающей топливные элементы и литий-ионные батареи.

Производство водорода с помощью низкоуглеродной энергии в настоящее время является дорогостоящим: топливные элементы, заправочные станции и электролизеры могут быть уменьшены в стоимости за счет массовой экономики, и необходимо развитие инфраструктуры.

Официальный сайт компании Panasonic