Водородная фабрика будущего

Водород необходим для успешного перехода к возобновляемым источникам энергии и достижения климатических целей. Это основной строительный блок для связи секторов. Несмотря на то, что этот универсальный источник энергии является экологически безопасным вариантом для удовлетворения промышленного спроса на электроэнергию, тепло и транспорт, он является экологически чистым, только если он получен из возобновляемых источников энергии. Институт Фраунгофера по эксплуатации и автоматизации заводов IFF предлагает распределенное модульное решение, которое производит и распространяет зеленый водород и которое ориентировано на спрос.

Единственный способ сдержать глобальное потепление – сократить выбросы парниковых газов в глобальном масштабе. Технологии Power-to-X считаются многообещающим средством для достижения этой цели: электричество, полученное из возобновляемых источников, преобразуется, например, в водород для автомобилей с топливными элементами. Исследователи из Фраунгофера в Магдебурге делают еще один шаг вперед. Они разрабатывают дизайн для распределенного и модульного производства и распределения зеленого водорода для промышленности, бизнеса и транспорта по всей цепочке создания стоимости с их водородной фабрикой будущего.

“Электричество, полученное от солнца и ветра, используется для разделения воды на водород и кислород в процессе, называемом электролизом. Водород накапливается и может преобразовываться топливными элементами в транспортных средствах обратно в электричество, которое приводит их в действие. У нас в основном есть автопарки с фургонами и здесь речь идет о вилочных погрузчиках, работающих в индустриальных и бизнес-сферах”, – говорит д-р Торстен Рэйнн, научный сотрудник Fraunhofer IFF. – “Кроме того, мы хотим поставлять электроэнергию, газ и тепло для промышленности. Водород, полученный во время электролиза, можно впрыскивать в газовую сеть, использовать в качестве топлива, превращать в метан или метанол и предоставлять в качестве промышленного сырья”.

Соединение производства водорода в биогазовую установку

Ученые-исследователи разрабатывают модульно расширяемые подкомпоненты, которые могут быть взаимосвязаны и интегрированы в бизнес и промышленные парки, что позволит им реализовать проект водородного завода. Электрохимические или биохимические процессы используются для производства водорода, в зависимости от условий. “Невозможно строить ветряные и фотоэлектрические установки повсюду. Мы выбираем решения для конкретных участков и используем биогазовые установки для производства там, где это возможно. Планы по созданию пилотной установки вблизи Гоммерна в Саксонии-Ангальт находятся на чертежной доске. Результат – это постоянное производство зеленого водорода”, – объясняет инженер.

IFF Fraunhofer работает совместно с MicroPro GmbH и Streicher Anlagenbau GmbH & Co. KG в проекте HyPerFerMent I по производству возобновляемого водорода из биомассы. Они используют специальный процесс микробной ферментации, аналогичный производству биогаза, для производства водорода непосредственно из органических отходов. Метаболиты некоторых бактерий производят газовую смесь, содержащую CO2 и 50% H2, которые могут быть легко очищены путем последующего отделения CO2. “Ферментативное производство зеленого водорода будет играть важную роль в распределенном производстве этого энергоносителя в будущем”, – говорит Рэйн.

Мобильная водородная заправочная станция для промышленных и коммерческих парков

Исследователи из Фраунгофера IFF объединились с Anleg GmbH для создания одного из упомянутых выше подкомпонентов – мобильного модульного порта H2 (MMH2P), портативной водородной заправочной станции для коротких поездок до 200 километров. Расширяемые системы давления с компрессорами на прицепе могут заправляться, а также могут распределять водород. Федеральное министерство образования и исследований Германии (BMBF) финансирует проект.

Обеззараживание озоном

Поскольку системно интегрированное производство водорода важно для исследователей, они будут использовать не только водород, полученный в ходе электролиза, но и кислород – для процессов сварки или для озонирования, например, на очистных сооружениях. При попадании озона из сточных вод могут быть удалены вредные микрозагрязнители, такие как фармацевтические препараты, пестициды и косметика. Другой сценарий предусматривает использование кислорода в сельском хозяйстве для выведеняи серы из биогазовых установок.

Исследовательская группа приобрела опыт для внедрения своего водородного завода в проектах Energieregion Stassfurt 2020 и Energieregion Ostharz. В рамках этих проектов был реализован региональный энергетический план по переключению энергоснабжения в различных секторах (электроэнергетика, газ, тепло и транспорт) с ископаемого топлива на возобновляемые источники регионального производства, а также были разработаны системы связи для возобновляемых секторов.