Бизнес план на производство водорода
Водород – один из многих элементов, которые в чистом виде практически не встречаются в природе, но активно используются в промышленности и в быту. Чаще всего в гидрогене нуждается пищевая и химическая промышленность – его используют в изготовлении пластмасс, аммиака, метанола и мыла.
Структура применения водорода в России
В быту гидроген могут использовать для обогрева помещений, как заменитель природного газа, а также как компонент биотоплива.
В лабораторных условиях водород начали получать ещё в XVII-ом веке. Для этого использовали, к примеру, цинк или соляную кислоту. В XXI-ом веке для промышленного производства такая методика слишком дорогая и неудобная.
Благо, наука не стоит на месте, и сейчас доступны несколько новых способов получения гидрогена. В том числе, они могут использоваться и на скромных мощностях. Отличие в процессах будет заключаться только в химическом и физическом воздействии на исходное сырьё.
За счет этого производство водорода стало доступно не только на крупных промышленных комплексах, но и в небольшом количестве для нужд населения. О том, как именно это происходит, пойдет речь в данной статье.
4 способа получения водорода
Существует более 100 различных методов добычи гидрогена – как теоретических, так и освоенных в промышленных масштабах. В зависимости от выбранного вами вида получения ресурса, производство водорода потребует различного оборудования, сырья и других ресурсов.
Рассмотрим 5 самых распространенных способов производства водорода.
Бизнес по производству
Способ №1. Паровая конверсия
Более 50% всего водорода получается путём паровой конверсии воды и метана. При этом три основных составляющих (природный газ, водяной пар и оксиген) смешиваются в определённых пропорциях.
Таким образом, часть природного газа сгорает вместе с кислородом, тем самым поддерживая необходимую температуру для продолжения химической реакции. Метан, не выгоревший во время реакции конверсии, реагирует с водяным паром, образуя оксид углерода (то есть сажу) и непосредственно гидроген.
Простота и относительная лёгкость делает производство водорода путём паровой конверсии наиболее дешёвым из всех доступных.
Способ №2. Разделение метана на углерод и водород
Второй метод получения гидрогена – крекинг метана, простейшего по составу углеводорода. Благодаря специальному процессу сжиженный метан нагревается до температур свыше 1000-1400 °С, после чего газ начинает разлагаться на гидроген и карбон.
Благодаря дешевизне метана, а также простому способу его получения, такой тип добычи водорода проще всего. Однако высокие температуры и потенциальная пожароопасность требуют дополнительных мер безопасности. К тому же, оборудование для полного процесса крекинга не из дешёвых.
Способ №3. Электролиз воды
Ещё один вид добычи гидрогена – электролиз воды. Это второй по распространённости метод добычи водорода, обеспечивающий достаточно высокую чистоту конечного продукта. Сопутствующим «бонусом» в этом технологическом процессе становится кислород, не менее важный элемент.
Для такого способа производства требуются значительные запасы воды. Тем не менее он совсем не требователен к её качеству – для электролиза можно использовать промышленную, дождевую или даже сточную воду.
Способ №4. Пиролиз
Последняя из наиболее распространённых методик – пиролиз. Иными словами – разложение органики при помощи термической обработки.
«Топливом» для этого могут служить отходы сельского хозяйства и пищевых производств:
- Птичий помёт и другие побочные продукты животноводства.
- Отходы рыбных, соко- и мясокомбинатов.
- Некоторые виды технических культур, специально выращенных для получения биомассы.
При переработке всех этих биоотходов при помощи специальных бактерий образуется синтез-газ, в основном состоящий из двуокиси карбона и метана. Продуктом их переработки и становится гидроген.
Такой способ производства набирает всё большую популярность ввиду того, что, помимо гидрогена, из биомассы добываются этилен и ацетилен. Также ценным сырьём являются и сами биоотходы, которые широко используются в сельском хозяйстве для производства удобрений.
Стоимость закупки оборудования и сырья в России
В основной своей массе для рынка Российской Федерации доступно оборудование китайского и отечественного производства. Зачастую установки универсальны.
Как найти поставщика из Китая?
К примеру, оборудование для пиролиза производит не только водород, но и этин, этен и другие органические соединения. По желанию, любой из этих ресурсов можно реализовать, как отдельный продукт, либо использовать в качестве сырья в дальнейшей добыче гидрогена.
Стоимость оборудования варьируется в зависимости от предполагаемого объема производства. Например, небольшие «комнатные» генераторы можно приобрести по цене до 10000 долларов. Такого вполне может хватить для использования в хозяйственных нуждах – например, для обогрева помещений.
Далее идёт категория «потяжелее»: генератор электролиза, потребляющий 30 л воды в час, будет производить 30 куб. метров H и 15 куб. метров O₂ за час. Стоимость такого оборудования составляет около 110 тыс. долларов США. Чистота получаемого на выходе гидрогена оценивается в 99,6-99,8%.
Такой тип генераторов использует наиболее доступный ресурс для производства – воду и электричество. Как уже говорилось ранее, вода может быть абсолютно любого качества. К примеру, можно использовать дождевую воду, речную, либо морскую.
При покупке генератора стоит учесть, что некоторые из них работают только с дистиллированной, то есть технической водой!
Оборудование для добычи гидрогена из биосырья и полезных ископаемых посредством пиролиза, обойдётся гораздо дороже. К примеру, для производства 300 куб. метров H из биотоплива предприниматель должен быть готов выложить 400-800 тыс. долларов.
Тем не менее не стоит забывать, что при пиролизе добывается большое количество побочных продуктов, а чистота водорода достигает отметки в 99.999%. Сырьём для такого типа добычи могут выступать практически любые органические соединения. При этом срок окупаемости такой установки составляет до 5 лет.
Самый простой способ получения водорода.
Как получить водород для двигателя на воде?
Производство водорода – российские перспективы
Несмотря на то, что некоторые автомобильные и энергетические компании собирались использовать водород на российском рынке ещё в 2014, широкого распространения такой вид топлива пока что не получил. Несмотря на это, у нас имеются в свободной продаже автомобили с гибридным и водородным двигателями.
Но автомобили – не единственная сфера применения этого газа. Водород используется при сварке тугоплавких металлов, в пищевом производстве, а в промышленности при помощи гидрогена восстанавливают некоторые металлы из их оксидов.
Как открыть газовую заправку: пошаговый бизнес план
Себестоимость добычи одного килограмма – 1-5 долл. США, а 1 м3 H на российском рынке стоит, в среднем, 1300 рублей. И это только с учётом «чистого» гидрогена, без побочных продуктов производства! А ведь, к примеру, стоимость 40 л ацетилена составляет 2,5-4 тыс. рублей.
Как видите, производство водорода – это выгодный бизнес, масштаб реализации которого можно «вписать» в имеющийся у вас бюджет. А что можно сказать о перспективах дела?
В будущем планируется значительное снижение себестоимости гидрогена, а также широкое распространение автомобилей с водородным двигателем, как альтернативы «классическому» топливу.
Вдобавок ко всему, при добыче газа можно использовать солнечную энергию, что ещё больше удешевляет себестоимость гидрогена. Всё это делает производство водорода перспективным и выгодным вложением.
Полезная статья? Не пропустите новые!
Введите e-mail и получайте новые статьи на почту
«Дорожную карту» доработают с учетом мнений министерств, которые прислали много замечаний, говорит источник РБК, близкий к одному из ведомств. Например, Минтранс попросил Минэнерго изменить сроки реализации и исполнителей по некоторым мероприятиям, говорит представитель министерства, не уточняя детали. Минпромторг направлял замечания в июне и июле, сказал РБК представитель ведомства. Минэкономразвития в целом поддерживает «дорожную карту», но предложило включить пункт о проработке обращения с углекислым газом (CO2), который образуется в результате производства водорода (при выделении из метана. — РБК), сказал представитель МЭР.
Как мир переходит на новое топливо
По оптимистичной оценке Hydrogen Council (ассоциация крупных международных компаний, куда входят Total, Toyota, BP, Shell и другие, в основном европейские и японские, корпорации), в 2050 году доля водорода в потреблении энергии составит 18%. Другие эксперты говорят о доли потребления 12–19% в Великобритании, США и ЕС. Германия уже приняла национальную водородную стратегию и к 2030 году может перевести на водород часть своих газопроводов, а в перспективе и отводы от «Северного потока» и «Северного потока-2» Opal и Eugal, по которым поставляется (в случае Eugal — будет поставляться) газ из России.
Водород уже стал общим местом в энергетических политиках развитых стран, и коронакризис только ускорил этот тренд: переход на чистую энергию зафиксирован в пакетах мер господдержки пострадавших экономик, говорит директор инфраструктурного центра EnergyNet Дмитрий Холкин.
Какими методами будут производить водород
Российские компании уже производят водород, но в основном для промышленности. Это дешевый и самый распространенный в мире так называемый серый водород из газа, его производство сопровождается выбросами CO2. Иногда такое топливо оказывается даже «грязнее» традиционных энергоносителей, писали эксперты энергоцентра бизнес-школы «Сколково».
Но производство водорода, которому посвящена «дорожная карта» по развитию водородной энергетики, будет чистым. «Газпром» нацелен на производство так называемого бирюзового водорода (также из газа, но с образованием в качестве побочного продукта сажи, а не углекислого газа), говорит старший аналитик энергоцентра «Сколково» Юрий Мельников. По его словам, он будет выпускаться близко к местам потребления водорода, на нынешних рынках сбыта природного газа — то есть, например, в Европе. Компания уже обсуждает пилотные проекты в ЕС, рассказывал в июле начальник отдела департамента перспективного развития «Газпрома» Константин Романов. Еще один вариант — производить водород в России и подмешивать его в газ. В старые трубы можно добавить до 20% водорода, а в газопроводы типа «Северного потока» — до 70%, оценивал «Газпром».
«Росатом» планирует производить так называемый желтый водород: он не сопровождается выбросом CO2, так как производится методом электролиза из воды. При производстве будет использоваться атомная электроэнергия, которую не все развитые страны поддерживают.
В «дорожной карте» указаны только две корпорации, но водородным бизнесом интересуется и НОВАТЭК, говорит федеральный чиновник. По его словам, компания активно изучает производство так называемого голубого водорода: также из газа, но с выбросом и последующим захоронением CO2. Пока проблема в том, что в России нет регламентов захоронения парниковых газов, говорит собеседник РБК. Об интересе НОВАТЭКа к водороду рассказывал и зампред правления компании Марк Джетвэй.
«Мы рассматриваем ряд пилотных проектов в области водородной энергетики: некоторые страны, прежде всего Европы, принимают стратегические решения по развитию чистой энергетики, и водород в будущем будет играть заметную роль в энергобалансе», — сказал РБК представитель НОВАТЭКа. По его словам, темп реализации проектов будет зависеть от роста потребностей рынка.
Страны ЕС готовы начать с импорта более «грязного» водорода, постепенно переходя на самый «чистый» — так называемый зеленый: это топливо производится из воды с помощью энергии солнца, ветра и т.д. «Росатом» активно развивает ветроэнергетику и также может производить «зеленый» водород, но пока о таких планах не заявлял, говорит один из участников совещаний на эту тему. Чем «зеленее» водород — тем дороже его производство, объясняет разницу федеральный чиновник.
Сколько это стоит
В пояснении к «дорожной карте» Минэнерго говорится, что реализация плана не потребует дополнительных расходов федерального бюджета. Но водородная экономика не появляется легко и бесплатно — помимо значительных бюджетных вливаний (например, в Японии затраты бюджета на НИОКР и субсидии достигают €300 млн в год) государства предпринимают и другие усилия: разрабатывают меры долгосрочного стимулирования инвесторов и технологических компаний, системы льгот и косвенных мер поддержки, говорит Мельников.
Например, «Росатом» уже привлек у государства деньги на водород. В этом году президент одобрил программу корпорации «Атомная наука, техника и технологии», куда входит и развитие водородных технологий. Финансирование составит 88,5 млрд руб., около половины — из федерального бюджета.
Будет ли конкуренция на рынке
«Газпром» оценивает водородный рынок Европы в 2050 году в €153 млрд, писал Bloomberg со ссылкой на презентацию компании. Минэнерго — в $32–164 млрд. Конкурентные преимущества России — наличие резервов производственных мощностей, близость к потенциальным потребителям (страны ЕС, КНР, Япония), а также наличие действующей инфраструктуры транспортировки, говорил «Ведомостям» замминистра энергетики Павел Сорокин.
По замыслу потребителей, водород может заместить в том числе природный газ. Пока единственным экспортером газа и владельцем газопроводов из России является «Газпром». Но в долгосрочной перспективе «Газпром» и «Росатом» могут стать конкурентами на водородном рынке, говорит партнер по электроэнергетике Vygon Consulting Алексей Жихарев. «Росатом» уже позиционирует себя как будущий крупный производитель: компания договорилась о совместном экспортно ориентированном проекте с Японией, обсуждает с Hyundai строительство инфраструктуры для водородных автомобилей. К 2050 году «Росатом» может производить 50 млн т водорода, говорил научный консультант гендиректора «Росатома» Николай Пономарев-Степной (в компании не прокомментировали это заявление).
Но сейчас вопрос регулирования рынка и будущей конкуренции между двумя гигантами не обсуждается — до этого слишком далеко, пока нужно запустить пилотные проекты, отмечает федеральный чиновник.
Представитель «Газпрома» не ответил на запрос РБК, в «Росатоме» отказались от комментариев.
Описание проекта
Способ генерации водорода
Способ может использоваться для получения водорода, как в стационарных установках, так и на транспорте. В предлагаемом способе производство водорода осуществляется путем химической реакции между водой и композитом из алюминия и щелочи. Способ может быть использован в автомобилях, а также в других подвижных и неподвижных системах, вырабатывающих газообразное топливо для питания ДВС, турбин и других устройств и установок, для работы которых необходимо газообразное топливо. В способе могут быть использованы твердые металлы, композиты из металлов и других твердых материалов, взаимодействие которых с водой или другими жидкостями способно в результате общей химической реакции производить горючие газы.
Известным способом производства водорода является способ на основе использования энергоаккумулирующих веществ (ЭАВ), выделяющих энергию при химическом взаимодействии с водой [Варшавский И.Л. Энергоаккумулирующие вещества и их использование. — Киев: Наукова думка, 1980. — С.79-105 с.]. В этом способе в реактор газогенератора засыпают ЭАВ, подают воду, отводят водород. Распределение жидкости в слое порошка ЭАВ обеспечивают разветвленной системой каналов для ее подвода, состоящей из вертикального коллектора, по высоте которого устанавливают по три штуцера, заканчивающихся наконечниками с цилиндрическими соплами.
К недостаткам аналога можно отнести следующее:
— не достаточное взаимодействие с водой всех слоев порошка ЭАВ;
— высокая инертность, поскольку часть воды аккумулируется в продуктах реакции, и при отключении установки эта часть обусловливает продолжение реакции.
Известен способ [патент RU №2258669], в котором в реактор помещают гранулы твердого реагента, подают жидкий реагент, отводят водород и тепло реакции.
Твердый реагент помещают в загрузочный бункер с люком, герметичным при работе генератора, а внутрь загрузочного бункера вводят пусковой нагреватель и магистраль теплоносителя, которую включают в контур теплообменника для отвода тепла реакции на его выходе.
К недостаткам данного изобретения можно отнести следующее:
— трудность управления процессом производства водорода из-за загрузки гранул твердого реагента в реакционный сосуд из загрузочного бункера;
— сложность технологического процесса из-за необходимости перед загрузкой гранул твердого реагента в реакционный сосуд их предварительного нагревания до температуры реакции в загрузочном бункере;
— зависимость эффективности работы генератора и его быстродействия от работы загрузочного бункера, который используется в качестве важного элемента системы терморегулирования генератора.
Известен способ [патент RU №2253606], в котором производство водорода осуществляют путем химической реакции между водой и композитом из алюминия в реакторе, внутри которого устанавливают пластины из композита алюминия.
В качестве основного недостатка можно отметить сложность технологического процесса смены реагирующего компонента.
Известен способ [патент RU 2407701], в котором для производства водорода путем химической реакции воды и композита из алюминия и щелочи, внутри реактора устанавливают пластины композита из алюминия и щелочи, пропускают через реактор воду и отводят вырабатывающийся водород.
Пластины композита из алюминия и щелочи выполняют прямоугольной формы, устанавливают их внутри реактора в сменном картридже, вертикально, меньшей стороной вниз, располагают по радиусу равномерно по окружности и фиксируют с двух сторон в радиальных пазах крепежного элемента пластин. Выработанный водород из реактора отводят через отверстие, расположенное в верхней части реактора. Подачу и отвод воды осуществляют через два отверстия, расположенных на одном уровне в центральной части реактора. Полный отвод воды и удаление шлаков из реактора осуществляют через отверстие в нижней части реактора.
Описанный способ позволяет производить водород в результате химической реакции композита из алюминия с содержанием NaOH до 10% и водой. Производительность данного реактора определяется суммарной площадью поверхности пластин активированного композита, а время работы их толщиной и массой.
К недостаткам следует отнести необходимость полной остановки процесса выработки водорода при смене картриджа с пластинами композита из алюминия.
Предлагаемый способ направлен на решение задачи по созданию технологий, позволяющих повысить эффективность генерации газообразного топлива и заключается в разработке способа генерации водорода в автономном генераторе водорода со сменой реагирующего компонента без остановки процесса выработки водорода.
Результат достигается тем, что изделия из композита алюминия (магния, бериллия) выполняют в форме куба (параллелепипеда) с отверстиями в трех ортогональных направлениях, размещают их в решетчатые контейнеры, которые помещают каждый в отдельный герметичный реактор, воду через которые пропускают через впускные для воды отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью впускной воды, и через выпускные для воды отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью выпускной воды, соединяют магистрали с теплообменником. Водород из герметичных реакторов отводят через отверстия, снабженные запорными задвижками, соединенные с магистралью водорода, которую соединяют с газопотребляющим устройством.
Объем выделения водорода регулируют объемом подачи воды в каждый реактор.
Для определения степени израсходованности ресурса материала изделий фиксируют время нахождения каждого изделия во взаимодействии с водой и сравнивают с нормой времени.
Для замены изделия в каждом отдельном реакторе закрывают впускные и выпускные запорные задвижки воды, сливают воду вместе со шлаками через сливное отверстие, закрывают запорную задвижку водорода, открывают съемную крышку реактора и заменяют изделие вместе с решетчатым контейнером.
В предлагаемом способе водород производят в результате химической реакции композита из алюминия (магния, бериллия) с содержанием NaOH до 10% и воды. Производительность каждого из реакторов определяется суммарной площадью поверхности отверстий кубических изделий активированного композита, а время работы — их толщиной стенок отверстий и массой куба изделия.
Предлагаемый способ позволяет обеспечить быструю замену твердого реагента, безопасность и отсутствие вредных выбросов. Применение модульного принципа допускает технологическое масштабирование. Ресурс единичной заправки всех реакторов позволяет обеспечивать непрерывную работу топливного элемента на максимальной расчетной мощности в течение расчетного времени. В режиме ожидания время гарантированной готовности установки, реализующей предлагаемый способ, к использованию может составлять достаточно продолжительный расчетный период.