СПГ без углеродного следа?

TotalEnergies и Technip Energies займутся поиском оптимальных решений для создания низкоуглеродных производственных процессов по сжижению природного газа (СПГ). Компании подписали соглашение о техническом сотрудничестве, чтобы вместе заняться разработкой таких технологий и строительством оффшорных мощностей для ускорения энергоперехода.

Партнёры изучат новые концепции и технологии, чтобы снизить углеродный след на существующих мощностях, а также новых проектах в ключевых областях, таких, как производство СПГ, криогеника, производство и использования водорода для энергогенерации или процессы по улавливанию, утилизации и хранению углерода (CCUS).
https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/22/totalenergies-i-technip-energies-zajmutsya-razrabotkoj-nizkouglerodnyh-reshenij-dlya-spg/

Роль угольной генерации в структуре энергопотребления и эмиссии СО2

- Ископаемое топливо является основным источником энергетических ресурсов и соответственно выбросов углекислого газа. Ежедневно в мире потребляется ~22 млн. т угля, ~12 млн. т нефти и ~10 млрд. м3 природного газа. В результате деятельности человека ежегодно в атмосферу выбрасывается около 34 млрд. тонн CO2, почти 80% из которых поступает непосредственно из ископаемого топлива.

Уголь на протяжении многих десятилетий был и в ближайшее время останется одним из самых дешёвых и доступных источников энергии. В настоящее время доля угольной генерации в установленной мощности электростанций в России составляет около 22% (56.6 ГВт). В Сибирском федеральном округе эта доля достигает 65%, в Дальневосточном федеральном округе – 93%. Россия занимает 13-е место в мире по объёмам выработки электрической энергии угольными тепловыми электростанциями, уступая Китаю, Индии, США, ЕС и другим государствам, энергосистемы которых основаны на угольной генерации.

Теплота сжигания угля зависит от его состава и для каменного угля равна ~30 MДж/кг. Как и при сгорании любого углеродсодержащего топлива, при сжигании угля образуется значительное количество углекислого газа – 3.7 тСО2/тС.
С + О2 —‣ Со2
И из этого можно извлечь выгоду.

Зинфер Ришатович Исмагилов, директор «Института углехимии и химического материаловедения» ФИЦ УУХ СО РАН

📚Из второго ежегодного доклада «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет»

Химические процессы и УСУ*

- В настоящее время очень большое количество водорода производится посредством тепловых процессов из ископаемых ресурсов, таких как природный газ или уголь. Химические процессы, такие как паровой риформинг или газификация угля, давно отработаны и интенсивно применяются в аммиачной и нефтегазоперерабатывающей промышленности, на которые приходится более 90% мирового производства водорода. Удельная стоимость водорода, получаемого при риформинге природного газа (SMR), является наиболее конкурентоспособной. Для активного использования водорода в качестве конечного энергоносителя потребуются большие объёмы мощностей по производству водорода.

Многие крупномасштабные проекты, например, проект H21 в Лидсе, предусматривают, что водород будет производиться путём парового риформинга природного газа, поскольку эта технология обеспечивает лучшую экономию на производстве больших объёмов водорода. Как уже упоминалось, в ходе традиционных химических процессов, основанных на использовании углеводородов, выделяется CO2. Тем не менее, если включить в такие процессы методы улавливания CO2, их углеродный след снизится на 90% по сравнению с теми же процессами без УСУ.

Конечно, это повысит стоимость примерно на 30%, но позволит сохранить конкурентоспособность данной технологии по сравнению с технологиями получения «зелёного» водорода новейшими методами электролиза. Интеграция технологий УСУ в крупномасштабное производство водорода потребует создания централизованных предприятий по производству и улавливанию водорода, а также инфраструктуры для транспортировки и хранения водорода и углекислого газа. Транспортировка водорода может осуществляться через существующую инфраструктуру транспортировки смешанного или чистого природного газа (в самых перспективных схемах, таких, как «H21») после необходимой адаптации приборов и сетевого оборудования. Углекислый газ может быть интегрирован с дополнительной транспортной инфраструктурой и хранилищами.

Альберто Абанадес, профессор Мадридского технического университета

*УСУ - улавливание и  связывание водорода

https://t.iss.one/globalenergyprize/1032

Слова классика

- Использовать свои открытия на благо общества – это особый драйв. Тем самым мы можем отдать обществу то, что оно в нас вложило, когда мы обучались и росли. Но нужно быть осторожным, поскольку знания – особая сфера. Результат и, как следствие, доходы, деньги, могут прийти значительно позже, могут быть периоды ожиданий и даже время бездействия.

Михаэль Гретцель
https://globalenergyprize.org/ru/2017/12/15/mihael-gretcel/

Польза СО2
Каталитические методы переработки углекислого газа угольной генерации в полезные продукты

- Переработка СО2 в ценные продукты химической промышленности и топливо является одним из наиболее перспективных способов утилизации СО2. Данный путь утилизации углекислого газа относят к циклическим технологиям, когда многократно повторяются этапы улавливания СО2, его переработки в продукт и, затем, эмиссии СО2 при применении полученного продукта. Этот способ не обеспечивает полного удаления CO2 из атмосферы, но способствует сокращению использования ископаемого топлива.

Объём конверсии СО2 в химические продукты (мочевина, поликарбонаты) и топливо (метанол, метан, диметиловый эфир, продукты синтеза Фишера-Тропша) достигнет в 2050 году 0.3–0.6 и 1–4.2 млрд т СО2 в год соответственно, что составляет 4–14 % от современного уровня антропогенных выбросов СО2 – 34 млрд. т в год. Ожидается, что усовершенствование каталитических технологий позволит повысить энергоэффективность, увеличить перечень и снизить стоимость процессов получения полезных продуктов из СО2.

Катализ – это ключевая технология, обеспечивающая эффективное и более устойчивое использование ресурсов, а также имеющая решающее значение для экономики многих стран. Это обеспечивает более низкие энергетические процессы, сокращение отходов и загрязнения и улучшенную селективность при производстве продуктов с добавленной стоимостью для всех секторов. Примерно в 90% всех химических процессов используются катализаторы с расчётным экономическим влиянием указанных процессов на 30–40% мирового ВВП. Гетерогенные катализаторы уже являются ключевым компонентом этого сектора, от нефтехимических производств до каталитических конвертеров выхлопных газов ДВС.

Зинфер Ришатович Исмагилов, директор «Института углехимии и химического материаловедения» ФИЦ УУХ СО РАН
Валентин Николаевич Пармон, научный руководитель Института катализа СО РАН


📚Из второго ежегодного доклада «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет»

Добыча криптовалюты на энергии атома

Американская энергетическая компания Energy Harbour подписала соглашение с провайдером инфраструктуры для майнинга Standard Power на поставку энергии своей АЭС для майнингового центра в округе Кошоктон, штат Огайо.

Центр площадью 50,6 га построен на старой бумажной фабрике. Standard Power запустит оборудование для генерации криптовалюты мощностью 40 МВт, а также центр обработки данных мощностью до 10 МВт. Поставки электроэнергии начнутся уже в декабре 2021 года.

«Центры добычи биткойн-блокчейнов энергоёмки, и мы осознаём свою ответственность за построение более экологически устойчивого будущего. Мы выбрали Огайо из-за низких затрат на электричество и наличия безуглеродных источников энергии. Благодаря партнерству с Energy Harbor мы реформировали наши возможности хостинга. Это позволяет обеспечивать наш объект на 100% безуглеродной энергией», — говорит главный исполнительный директор Standard Power Максим Серёжин.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/23/dobycha-kriptovaljuty-na-energii-atoma/

Электросамолёт на смену кукурузнику

Самолёт, который призван заменить легендарный «Кукурузник» Ан-2, получит электрический двигатель и возможность садиться на воду. Модель назовут «Байкал», сообщил на авиасалоне МАКС-2021 глава Минпромторга Денис Мантуров.

Позже его зам Олег Бочаров уточнил, что воздушное судно будет оснащено гибридной силовой установкой с электродвигателем для обеспечения большей безопасности. Сейчас самолёт рассчитан на 9 пассажиров. Их число планируется увеличить до 14, но для этого машина должна быть оснащена парашютом и электродвигателем, чтобы соответствовать требованиям безопасности.

Пока разработан опытный образец самолёта, он должен совершить первый полет в этом году. Покупатели смогут получать воздушное судно с 2023 года. Разработчик «Байкала» — дочерняя структура Уральского завода гражданской авиации «Байкал Инжиниринг». Стоимость серийного производства оценивается в 120 млн. рублей. Крейсерская скорость самолёта — 300 км/ч, максимальная дальность полёта — 3 000 км.

https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/23/rossijskij-elektrosamolet-na-smenu-kukuruzniku/

Цифровые двойники. Для чего они в энергетике?

Для энергетических систем основными функциональными возможностями использования ЦД являются:

1️⃣ Оценка и прогнозирование уровней производства, потребления, хранения энергоресурсов во всех аспектах;
2️⃣ Оценка и прогнозирование пропускной способности сегментов сетевых комплексов;
3️⃣ Оценка рисков, обусловленных нарушениями вследствие воздействия факторов техногенного характера;
4️⃣ Оперативная оценка параметров и управления режимами с целью обеспечения работоспособности и повышения эффективности функционирования системы;
5️⃣ Расчёт и виртуальная отработка уставок, переключений, нормальных и аварийных режимов;
6️⃣ Предсказательный мониторинг состояния оборудования, оценка аварийности и потребности в техническом обслуживании и ремонтах;
7️⃣ Калибровка и верификация моделей объектов/систем и управляющих алгоритмов;
8️⃣ Виртуальная апробация и оценка проектных решений;
9️⃣ Обучение и виртуальная тренировка персонала энергетических объектов. 💪
https://t.iss.one/globalenergyprize/1000

Моторное топливо из растительного сырья

- Ежегодно в мире на транспортировку людей и различных грузов расходуется общее количество топлива, эквивалентное примерно 120 квадриллионам БТЕ (британских термических единиц). 95% из этого объёма получают из ископаемых ресурсов и 5% - из возобновляемых. Согласно прогнозам, к 2050 году потребление энергии увеличится на 50%, при этом топливо из возобновляемых ресурсов будет составлять только 25% от общего объёма потребления.

В мировом масштабе на транспорт приходится около четверти от общего объёма выбросов парниковых газов. Существуют два основных варианта снижения объёма выбросов парниковых газов от транспортных средств: электрификация с использованием возобновляемых источников электроэнергии и применение топлива из возобновляемых источников, а именно – биотоплива. Постепенная электрификация парка легковых и грузовых автомобилей уже происходит, но электрификации авиаперевозок, по всей видимости, придётся ждать ещё долго, если она вообще когда-либо будет проводиться. Разработка возобновляемых видов биотоплива и биопродуктов (для снижения цены на биотопливо), уменьшающих нашу зависимость от нефти, имеет решающее значение для энергетической, экологической и экономической безопасности.

Два основных вида биотоплива, для которых уже налажено серийное производство в широком масштабе - это этанол, получаемый биологическим путём из различных источников, и биодизельное топливо, получаемое из гидрогенизированных растительных масел. До сего момента их использование было ограниченным из-за отсутствия инфраструктуры, пределов, установленных для содержания этанола в бензине – так называемой «стенки смеси» (например, предельная доля этанола в смеси с бензином сейчас составляет в США 10%, хотя в некоторых других странах она больше), количества гибких в отношении топлива автомобилей (например, таких, которые могут использовать смесь с более 10% этанола), качества этого топлива (например, дизельное топливо, изготовленное из растительного масла) и его стоимости.

Биотопливо можно было бы использовать в более широком масштабе, если бы
1️⃣ оно имело свойства, аналогичные свойствам тех видов топлива, которые в настоящее время производятся из нефти,
2️⃣ оно было значительно дешевле.

Продолжение темы следует 

Джей Кислинг, генеральный директор Объединённого института биоэнергетики, профессор кафедры химической и биомолекулярной инженерии Калифорнийского университета в Беркли

📚Из второго ежегодного доклада «10 прорывных идей в энергетике на следующие 10 лет»

Уголь ещё сможет побить все рекорды

Международное энергетическое агентство ожидает роста потребления электроэнергии на 5% в этом году. При этом привлечение к процессу ВИЭ будет недостаточно активным и не сможет полностью покрыть спрос. В результате выработка электроэнергии на угле в этом году превысит допандемийный уровень, а в следующем - достигнет рекорда.

По прогнозу МЭА, возобновляемые источники энергии смогут удовлетворить только половину ожидаемого роста мирового спроса в 2021 и 2022 годах. Производство электроэнергии на основе ископаемого топлива должно покрыть 45% дополнительного спроса в 2021 году и 40% в 2022 году. При этом агентство ожидает роста выбросов углекислого газа в электроэнергетике на 3,5% в этом году и на 2,5% в 2022 году.

На уголь сейчас приходится примерно треть выработки электроэнергии во всем мире, а на газ — четверть. На ВИЭ и атом остаётся около 47%. МЭА ожидает, что производство электроэнергии на угле вырастет почти на 5% в 2021 году и ещё на 3% в 2022-м после снижения на 4,6% в 2020-м.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/25/ugol-eshhe-smozhet-pobit-vse-rekordy/

Азия скупает СПГ, оставляя Европу без газовых запасов

Азиатский рынок, притягивающий к себе свободные объемы СПГ по всему миру, по-прежнему обеспечивает заметную премию к ценам других хабов. Если в июле значение Platts JKM (Japan Korea Marker — отражает спотовую рыночную стоимость грузов, поставляемых в Японию, Южную Корею, Китай и Тайвань) перевалило за 450 долларов за тысячу кубометров, то фьючерс на сентябрь по уже торгуется выше 500 долларов за тысячу кубов.

В результате, в Европе образовался дефицит СПГ, который может обернуться серьёзным падением уровня запасов газа в приемных терминалах, свидетельствуют данные портала Gas Infrastructure Europe. По данным портала, потребители регазифицированного СПГ теперь все больше получают его за счёт старых запасов в портовых резервуарах (причём довольно ограниченных по объёму), а не за счёт свежих поставок.

За последнюю неделю (с 18 по 24 июля) уровень запасов в резервуарах терминалов СПГ ЕС снизился на 19% — до 3,16 млн. куб. м СПГ с 3,89 млн куб. м на первую неделю июля. Сильнее всего запасы упали в странах, где доля СПГ в балансе потребления наиболее велика — в Испании и Португалии, а также в Польше и Италии.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/26/aziya-skupaet-spg-ostavlyaya-evropu-bez-gazovyh-zapasov/

И Цуй: Решить проблему доступности лития можно за счёт его извлечения из океана и подземных солёных озер

Как увеличить объём энергии, который способны хранить литий-ионные батареи? Можно ли использовать батареи для передачи электричества в сеть? Какой будет батарея будущего? Об этом в интервью Ассоциации рассказал И Цуй, профессор материаловедения и инженерии Стэнфордского университета, недавно вошедший в шорт-лист премии «Глобальная энергия».

Некоторые тезисы:
🔋Чтобы накапливать энергию, необходимо накапливать заряды, то есть накапливать литий. В существующих литий-ионных батареях графит используется в качестве анода, а фосфат иона лития – в качестве катода. Чтобы накапливать кратно больше энергии, необходимо накапливать кратно больше зарядов, то есть ионов лития и электронов. С этой задачей справляются новые материалы на основе твёрдого графита (к примеру, кремний), которые могут использовать в 10 раз больше зарядов, нежели углерод графита, используемый в качестве анода. Соответственно, если вы замените графит в качестве анода, то вы увеличите удельное количество зарядов на стороне анода в 10 раз.

🔋Последние десять лет я изучал использование новых материалов и нанотехнологий для удвоения плотности энергии углеродных литий-ионных батарей. Анализы показывают, что батареи также могут использоваться для хранения солнечной энергии и последующей передачи электричества в сеть. Пока не ясно, под силу ли эта задача литий-ионным батареям: может быть, да, а, может быть, и нет.

🔋Доступность лития вызывает беспокойство – то же самое можно сказать и в отношении кобальта, как с точки зрения цен, так и вопросов геополитики. Запасы лития есть в ограниченном количестве стран, и мировому сообществу необходимо понять, как взаимодействовать, чтобы литий был доступен для революции в области чистой энергии и борьбы с изменением климата. Человечеству также необходимо изучить нетрадиционные источники лития: речь идёт как о подземных солёных озерах, в которых вода содержит литий, так и мировом океане.

🔋Стэнфордский университет изобрел самовосстанавливающуюся батарею. Эта разработка – плод моей совместной работы с профессором Чжэнь Ань Бао. Нашей задачей было создание самовосстанавливающегося полимера – полимерной цепи, которая при низкой температуре может перемещаться, образуя водородную связь: будучи обратимой, водородная связь после разрыва может формироваться вновь. Точно так же и с батареями: если раньше при растрескивании батареи ждала неизбежная смерть, то теперь, благодаря созданному нами полимеру, их можно использовать вновь. Это действительно захватывающе: чем-то поминает человеческое тело, которое обладает способностью самоисцеления.

Полностью интервью здесь

Климатическое уравнение. Говорят учёные

Факт глобального потепления уже ни у кого не вызывает сомнения. Однако до сих пор среди исследователей нет единого мнения, в каком объеме оно обусловлено естественными причинами, а в каком – деятельностью человека.

«На Земле, с момента образования планеты, более тёплые периоды сменялись более холодными, в том числе под влиянием интенсивности излучения Солнца, извержений вулканов и изменений в естественной концентрации углекислых газов. С середины XX века скорость климатических изменений возросла до невиданного прежде уровня. При этом естественные причины, такие как изменение солнечной радиации или вулканической активности, содействовали потеплению лишь на 0,1 градуса Цельсия в период с 1890 по 2010 год. По оценке НАСА, естественные факторы по-прежнему остаются в силе, но их влияние слишком невелико, а эффект – слишком замедленный, чтобы послужить причиной резкого потепления в последние десятилетия», — отмечает член Международного комитета по присуждению премии «Глобальная энергия», вице-президент Венгерского института директоров (IoD), член глобального консультативного совета Токийского университета Марта Бониферт.

По данным Кембриджского университета, в 2020 г. среднегодовая концентрация углекислого газа в атмосфере достигла отметки в 415 млн. частей на миллион, что является беспрецедентным событием в геологической истории Земли, по крайней мере, за последние три миллиона лет. «В последний раз столь высокое содержание СО2 в атмосфере наблюдалось в эпоху плиоцена (9–2 млн лет назад), которой соответствовал чрезвычайно тёплый климат с температурой в среднем на 3 °C выше современной и необычайно высокий уровень океана, вероятно, на 15–30 м выше современного», — отмечает руководитель лаборатории глобальных проблем энергетики МЭИ ИЭИ РАН Владимир Клименко.

Решающий вклад в увеличение концентрации СО2 вносит антропогенный фактор. «Человечество все сильнее воздействует на климат и температуру земной поверхности, сжигая ископаемые топлива, вырубая леса и разводя скот. Углекислый газ (CO2), образующийся в результате человеческой деятельности, вносит решающий вклад в глобальное потепление. К 2020 году его концентрация выросла на 48% в сравнении с доиндустриальной эпохой (до 1750 года). По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), концентрации углекислого газа, метана и оксидов азота «выросли до уровней, беспрецедентных, по меньшей мере, за последние 800 000 лет», — отмечает Лина Шривастава, заместитель генерального директора Международного института анализа прикладных систем по вопросам науки.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/07/26/klimaticheskoe-uravnenie/

ЦД как неоценимый помощник в расчётах

Все перечисленные здесь функции включает в себя цифровой двойник-экземпляр, который является наиболее актуальным для применения компаниями, эксплуатирующими электрические сети. Он основывается на математической модели сети и содержит информацию о технических параметрах используемого оборудования (кабели, трансформаторы, выключатели и т.д.), времени его ввода в эксплуатацию, географических координатах, данных, поступающих с измерительных устройств.

Эта информация используется для проведения расчётов по подключению новых потребителей, а также различных расчётов электрических сетей, например, для расчета режимов, токов короткого замыкания, координации устройств релейной защиты и другие. Сегодня на практике эти расчёты проводят различные подразделения, и для каждого из них разрабатывается своя собственная математическая модель одной и той же физической сети. Использование разных моделей нередко приводит к ошибкам и снижению точности расчётов.

Применение единого ЦД всеми подразделениями компании будет способствовать успешному решению данной проблемы путём организации единого цифрового пространства. Цифровой двойник электрических сетей включает базу данных с информацией о сети, которая интегрируется с другими ИТ-системами энергокомпании (SCADA, геоинформационная система, система управления активами и пр.), а также вычислительный инструментарий. Он должен синхронизировать данные, полученные из разных источников, таким образом, чтобы
они точно соответствовали текущему состоянию электрической сети.
https://t.iss.one/globalenergyprize/1054

По данным МЭА , два главных драйвера для роста потребления газа в 2019-2021 году – это отопление и переработка - то есть спрос не эластичный по цене. Та же энергетика может найти альтернативу газу – уголь или ВИЭ; транспорт может заменить газ бензином, дизелем, мазутом.
А вот газ как источник отопления при минус 30 °С будет покупаться по любой цене. Справедливо это и для промышленности – если в производственном цикле газ заменить нечем (а в 90% случаев это так), то вся стоимость газа будет переложена в конечную стоимость товара. Газ все равно будет куплен.
Это значит, что рост спроса на природный газ более устойчив чем кажется на первый взгляд. Эластичные по цене энергетика или транспорт - мало влияют на текущий рост спроса. Не эластичные - промышленность и домохозяйства будут вынуждены и дальше платить премию поставщикам дефицитного ресурса.

Современный индустриальный мир немыслим без катализаторов. Разработка химических продуктов в развитых индустриальных странах будет технически, экономически и экологически возможна только с их помощью.

В настоящее время более 15 международных компаний производят около 100 основных типов твёрдых катализаторов. При этом из СО2 в промышленном масштабе выпускаются следующие химические продукты:
1️⃣мочевина,
2️⃣салициловая кислота,
3️⃣этиленкарбонат,
4️⃣метанол.

Подробности воспоследуют
https://t.iss.one/globalenergyprize/1051