В Европе запущена новая исследовательская инициатива, целью которой является разработка высокоэффективных электролизных технологий. Они призваны обеспечить производство возобновляемого водорода из воды более устойчивым, экономически выгодным и эффективным способом, используя передовые подходы для значительного сокращения выбросов углекислого газа.
Несмотря на растущий потенциал, производство водорода сегодня остаётся в значительной степени углеродоёмким. По данным «Глобального обзора водорода 2023» Международного энергетического агентства (МЭА), ежегодно в мире производится более 95 миллионов тонн водорода, но лишь около одного процента из этого объёма приходится на низкоуглеродные методы.
Большая часть водорода до сих пор генерируется из ископаемого топлива, что приводит к значительным выбросам парниковых газов и ограничивает его вклад в достижение климатической нейтральности. Проект DESIREE (Development of Enhanced SOEL Components for Improved Reliability and Endurance) нацелен на преодоление этих препятствий путём развития технологии твердооксидных электролизеров (SOEL).
Системы SOEL работают при высоких температурах, что позволяет достигать высокой эффективности в процессе электролиза воды. Они также обладают значительным потенциалом для интеграции с возобновляемыми источниками электроэнергии и промышленными источниками тепла.
Координатором проекта выступает CENER, Национальный центр возобновляемых источников энергии Испании. В инициативе участвуют двенадцать организаций из шести европейских стран: Испании, Франции, Германии, Италии, Бельгии и Финляндии. Среди них – Consejo Superior de Investigaciones Científicas (CSIC), Университет Сарагосы, Политехнический университет Турина, Genvia, Общество Фраунгофера, Bosal, Bosal Energy, EIFHYTEC, Комиссариат по атомной энергии и альтернативным энергиям (CEA), Технический исследовательский центр Финляндии VTT и Zabala Innovation. Совместными усилиями эти партнёры охватывают всю цепочку создания стоимости водорода – от разработки материалов и электрохимических процессов до системной интеграции, вопросов устойчивости и стратегий будущего внедрения.
Проект рассчитан на 42 месяца, его общий бюджет составляет почти 4 миллиона евро. Он получил поддержку от Партнерства по чистому водороду и софинансируется Европейским союзом в рамках программы «Горизонт Европа». В рамках DESIREE будет спроектирован, построен и протестирован прототип многоблочной системы мощностью 40 киловатт. Учёные сосредоточатся на оптимизации, интеграции и повышении эксплуатационных характеристик современных стековых технологий на системном уровне. Одним из ключевых аспектов проекта является решение проблем долговечности, эффективности и цикличности за счёт оптимизации материалов, уплотнительных решений и общей архитектуры системы. Прототип объединит высокотемпературный электролиз с термохимическим сжатием водорода, что позволит подавать сжатый водород напрямую, без необходимости дополнительного электрического компрессора. Ожидаемая эффективность системы превышает 85 процентов, что является значительным шагом вперёд – более чем на 15 процентов выше по сравнению с текущими технологиями электролиза. Это ключевой фактор для снижения себестоимости водорода.
Хотя SOEL-технология уже известна своей высокой эффективностью, её широкое применение пока ограничено. К этому приводят такие факторы, как механизмы долгосрочной деградации, материальные ограничения и сложности с динамической работой при непостоянной подаче энергии от возобновляемых источников. Проект DESIREE решает эти вопросы с помощью комплексного системного подхода. На уровне ячеек и стеков разрабатываются усовершенствованные электроды с наноматериалами для улучшения электрохимических характеристик и снижения рабочих температур. Новые стеклокерамические уплотнительные системы с повышенной термической и химической стабильностью призваны значительно увеличить срок службы стека в условиях интенсивной эксплуатации. Особое внимание уделяется разработке методов переработки критически важных сырьевых материалов, таких как никель, кобальт, лантан и стронций, с целью повторного использования извлечённых компонентов. Эти разработки дополняются мерами по повышению долгосрочной стабильности, снижению рабочих температур и обеспечению совместимости с системной интеграцией. На системном уровне DESIREE внедряет модульную, отсековую архитектуру, которая повышает эксплуатационную гибкость, упрощает обслуживание и улучшает тепловое управление. Для приведения в действие водородного компрессора будет использоваться рекуперация отработанного тепла, поддерживаемая усовершенствованной конструкцией теплообменника. Кроме того, передовые стратегии управления и силовая электроника обеспечат стабильную работу систем в энергосетях, основанных на возобновляемых источниках энергии.
Вклад DESIREE распространяется на развитие высокоэффективных технологий преобразования энергии, которые найдут прямое применение в труднодекарбонизируемых секторах. Среди них – сталелитейная промышленность, химическое производство и создание возобновляемых видов топлива для транспорта.
Иньиго Гарбайо, менеджер по водородным технологиям в Отделе интеграции сетей CENER и координатор проекта, отметил: «DESIREE напрямую поддерживает цели Европейского зеленого курса, пакет инициатив «Fit for 55» и Партнерство по чистому водороду. Таким образом, проект вносит значительный вклад в обязательства Европейского союза сократить выбросы парниковых газов как минимум на 55 процентов к 2030 году и достичь полностью декарбонизированной экономики к 2050 году».
Ожидается, что результаты проекта DESIREE будут способствовать глобальной декарбонизации и за пределами Европы. Они помогут лучше интегрировать возобновляемую электроэнергию с водородными системами, снизить зависимость от критически важного сырья и сформировать устойчивые цепочки поставок. Проект также подчёркивает важность развития профессиональных навыков, обучения и инклюзивного участия, учитывающего гендерное равенство.