Подпишись

Как водород поможет горнякам: энергобезопасность, автономность шахт и альтернатива дизелю

Водород стал самым перспективным топливом для горнодобывающей промышленности. Он повышает уровень энергобезопасности и сокращает выбросы CO2.

Как водород поможет горнякам: энергобезопасность, автономность шахт и альтернатива дизелю

Институт Роки-Маунтин занимается исследованиями в области применения водорода в качестве альтернативного источника энергии для горнодобывающей индустрии. Водород заменит дизель в качестве топлива для транспорта и добывающих устройств, а также позволит делать резервы для удаленных от населенных пунктов шахт, повышая тем самым уровень энергобезопасности. Но главным и неоспоримым достоинством водорода является сокращение выбросов CO2.

Водород - топливо горнодобывающей промышленности

  • Недооцененный водород
  • Топливо и резервный запас энергии
  • Альтернатива дизелю
  • Будущее за автономными шахтами

Недооцененный водород

Горнодобывающие компании сталкиваются с серьезными проблемами в области продвижения декарбонизации — отказа от использования ископаемого топлива из-за пагубного влияния углеродных выбросов в атмосферу. Сейчас они в поисках, в том числе и новых технологических возможностей. Особенность в том, что достаточно сложно провести подобную модернизацию, не снижая эффективность систем добычи и обработки. Решения, связанные с возобновляемыми источниками энергии, могут компенсировать многие из этих проблем.

Но некоторым компаниям необходим альтернативный вариант гибких изменений. Водород начали использовать в качестве топлива без выбросов как новый способ обработки горных пород, для тяжелых транспортных средств и в производстве электроэнергии. Причина проста — он обладает необходимыми качествами для решения проблем обработки и эксплуатации, давлеющими над горнодобывающим сектором.

Как водород поможет горнякам: энергобезопасность, автономность шахт и альтернатива дизелю

Потенциал использования водорода в промышленности к 2050 году


Судя по заявлению компании Anglo American, планирующей создать внутреннюю инвестиционную единицу для поддержки водородных технологий, а также совместным усилиям Rio Tinto, Apple и Alcoa по декарбонизации процесса плавки алюминия (Elysis), использование водорода в горнодобывающих отраслях набирает обороты.

Anglo-American PLC — группа компаний, основанная в Южной Африке, поначалу включала в себя горнодобывающие компании, но сейчас в нее входят компании из различных отраслей. Листинг на Лондонской фондовой бирже учитывается в расчете FTSE 100. Компании принадлежит 85% алмазной монополии De Beers.

Как и многие другие перспективные проекты, водородные технологии достаточно быстро были применены на практике, еще до того, как они были доведены до совершенства. Несмотря на планирование и значительные инвестиции в начале 2000-х годов, водородная индустрия так и не смогла обеспечить значительное внедрение технологий — использование топливных элементов и финансовую выгоду для инвесторов.

Однако этот первоначальный сбой не умалил международный интерес к водороду, и такие организации, как МЭА (IEA) и McKinsey, по-прежнему считают, что водород будет играть решающую роль в глобальном переходе энергии в экономику с низким уровнем выбросов углерода.

Международное энергетическое агентство (IEA) — автономный международный орган в рамках Организации экономического сотрудничества и развития.

McKinsey & Company — международная консалтинговая компания, специализирующаяся на решении задач, связанных со стратегическим управлением. McKinsey в качестве консультанта сотрудничает с крупнейшими мировыми компаниями, государственными учреждениями и некоммерческими организациями.

В 2018 году Shell выпустила свой последний сценарий полной декарбонизации — «Небо». В нем изложено видение будущего: 10% от общей потребляемой конечной энергии будет поступать из водорода, причем это топливо будет использоваться в различных областях промышленного и коммерческого отопления, транспортном секторе и секторе долговременных складских помещений.

Между тем орган, названный Водородным советом, включающий гиганты промышленности — Audi, BMW, Bosch, Engie, Equinor, GM, Honda, Marubeni и еще 32 ведущих мировых производителя, опубликовал дорожную карту использования водорода в 2017 году. Дорожная карта демонстрирует, что к 2050 году водород может составлять 18% от общего потребления энергии в мире. При учете, что прогнозы Совета оправдаются и на водородном топливе будут передвигаться 400 млн автомобилей, 15–20 млн грузовиков и 5 млн автобусов, глобальные выбросы CO2 сократятся на 60%.

Shell давно занимается сценарным анализом энергетического будущего. В 2013 году прогноз компании включал сценарии «Горы» и «Океаны», которые также предполагали высокую степень декарбонизации мирового хозяйства в будущем (хотя недостаточную для ограничения глобального потепления 2 ºС).

При этом сама компания настойчиво подчеркивает, что сценарии «не предназначены для прогнозирования вероятных будущих событий или результатов». Их задача — расширить управленческое видение, посмотреть даже на те события, которые возможны лишь в отдаленной перспективе. То есть составление сценариев — это своего рода упражнение, в результате которого рождается множество возможных вариантов будущего.

Многие наблюдатели задаются вопросом, будут ли эти технологии применимы к транспортным средствам большой грузоподъемности, таким как шахтные грузовые подъемники. Действительно, возможность использования водородного топлива в крупной технике еще не изучена до конца, но работы неустанно ведутся. Учитывая этот пробел в исследованиях и проблемы, связанные с непрерывным производственным циклом на рудниках, очень ценны исследования для поиска механизма избавления от некоторых из наиболее укоренившихся проблем горнодобывающей промышленности.


Топливо и резервный запас энергии

Именно в этом контексте инвесторы и предприниматели начали изучать коммерчески выгодные заявки на использование водорода. Одним из возможных вариантов использования является горнодобывающий сектор. Стремление компаний сделать свой сектор более безопасным и экологически безвредным вызвало значительный интерес к использованию водорода на местах, а также к развертыванию технологий на горных грузовиках и другой отраслевой технике.

Ряд электромобилей с водородными топливными элементами (FCEV) уже поступил в продажу, в том числе Hyundai ix35 и Toyota Mirai. FCEV могут вскоре заменить обычные легковые транспортные средства и другие виды малогабаритного транспорта. Более того, использование водородных топливных элементов в более крупной технике, например, в поезде Alstom Coradia iLint и большом грузовике Nikola One, наглядно показывает, что они поддерживают значительную мощность двигателя и крутящий момент, а также экономят топливо для тяжелой техники.

Alstom Coradia LINT представляет собой одноблочный или двухкомпонентный сочлененный вагон, выпускаемый Alstom, предлагаемый в двух вариантах, на дизеле и водороде.

Nikola One — магистральный электротягач на водородных ячейках.

Широко используемый сверхпрочный карьерный самосвал, такой как CAT 785D, имеет валовую грузоподъемность в 1 450 фунтов при собственном весе 46–67 тыс. фунтов, в то время как Nikola One генерирует до 1000 л. с. на раме грузоподъемностью 18–21 тыс. фунтов с помощью топливного элемента мощностью 300 кВт.

Если увеличить мощность, три аккумуляторные батареи Nikola мощностью 320 кВт будут весить 9–12 тыс. фунтов и обеспечивать крутящий момент до 6 тыс. футо-фунтов. Это выгодно отличается от дизельного двигателя CAT 3512C HD, который имеет массу двигателя 14 650 фунтов с максимальным крутящим моментом — 6 910 футо-футов. Это предположение демонстрирует возможности и потенциал для технологий, связанных с водородом.

Применение линейного масштабирования аккумуляторной батареи Nikola также является показательным и еще будет полем для дальнейших исследований. Тем не менее, он показывает потенциальную способность решить проблему без нарушения цикла производства на участке и без ущерба для способности транспортного средства.


Водород также представляет собой эффективную среду для хранения энергии в небольших шахтах, с многочисленными возможностями для производства топлива и долговременной избыточной энергии. На Оркнейских островах избыточная возобновляемая электроэнергия, вырабатываемая Европейским морским энергетическим центром и ветряными турбинами островов, превращается в водород электролизером протонной обменной мембраны (ПЭМ).

При этом сам водородный топливный элемент хранится в столице островов для обеспечения управляемой «зеленой» мощности. Эта гибкость демонстрирует, что водород обладает динамической значимостью использования в различных процессах вокруг шахты. В том числе, в качестве:

  • топлива для грузовиков и погрузчиков;
  • энергии для систем отопления и охлаждения;
  • вторичного или резервного топлива для производства электроэнергии для повышения энергобезопасности.

Последняя опция может потенциально стать механизмом, позволяющим горнодобывающим компаниям уменьшать традиционную зависимость от дизельных резервных генераторов и двигаться в сторону более чистого источника энергии, способного эффективно обеспечивать сектор тяжелой промышленности.

European Marine Energy Centre (EMEC) — аккредитованный научно-исследовательский центр, занимающийся энергией волн и развитием энергии приливов и отливов. Расположен на Оркнейских островах, Великобритания. Центр предоставляет разработчикам возможность проводить полномасштабные эксперименты в условиях беспрецедентных волн и приливов.

Электролизер — специальное устройство, которое предназначено для разделения компонентов соединения или раствора с помощью электрического тока.

Альтернатива дизелю

Возможность замены дизельного топлива также оправдывает разумная рыночная стоимость водорода по сравнению с дизелем. Большинство машин в горнодобывающей отрасли использует именно дизель для питания электродвигателя. Оценки Министерства энергетики США свидетельствуют, что к 2020 году распределенный электролиз (с использованием внепиковой электроэнергии) может достигнуть $2,30/ГГЭ (галлон бензинового эквивалента) водорода, что делает его конкурентоспособным по отношению к ценам на бензин в США.

Но это вряд ли отразит более широкие преимущества по стоимости, добавляемые с помощью электролизера к мини-электросетям для отдельно взятого участка рудника, поскольку он не отражает стоимость электроэнергии, которая может быть продана, и не включает в себя значение частотных характеристик, предоставляющих такие изменения. Соответственно, переход от топлива к водороду обеспечивает экономию средств при операциях и расходах на техническое обслуживание и материально-техническое обеспечение. И речь идет о производстве и в рамках шахты, и вторичного товара, который можно продавать, даже если шахта временно закрыта.

Это крайне обоснованная почва для будущих инвестиций и сокращения расходов в этом секторе. Например, компания Voestalpine в партнерстве с Siemens и Verbund изучает потенциал замены кокса для производственных нужд на водород, а SSAB, поддерживаемый Vattenfall и Luossavaara-Kiirunavaara, планирует ликвидировать большую часть своих выбросов CO2 к 2045 году, рассматривая водород как потенциальное решение. Соответственно, будущее массовое использование водорода в процессах интенсивной переработки, которые происходят на шахтных участках, уже не за горами.


Voestalpine AG — международная сталелитейная компания, находящаяся в Линце, Австрия. Компания производит сталь, автомобили, железнодорожные системы, оборудование и инструментальные стали.

Verbund AG — публичная компания, являющаяся крупнейшим в Австрии поставщиком электроэнергии: покрывает около 40% спроса и генерирует 90% гидроэнергии страны. Управляет надрегиональной сетью электроснабжения через свою дочернюю компанию APG.

SSAB — шведская металлургическая компания, основанная в 1978 году. Специализируется на производстве высококачественных сталей высокой прочности.

Vattenfall — шведская энергетическая компания, полностью принадлежащая шведскому государству.

Luossavaara-Kiirunavaara LKAB — шведская горнодобывающая компания. Занимается добычей железной руды на севере Швеции, у городов Кируна и Мальмбергет. Компания была основана в 1890 году. С 1950-х годов является достоянием государства. Из добытой руды производятся окатыши.

Будущее за автономными шахтами

Набор инструментов для внедрения водорода в качестве источника топлива в горнодобывающую отрасль промышленности уже существует. Несмотря на то, что у водорода тоже есть свои недостатки, его использование сократит материально-технические и эксплуатационные расходы на удаленные от населенных пунктов шахты. В то же время водород обеспечит персонал шахт системным резервированием и резервным запасом топлива, а также уменьшит нагрузку на системы вентиляции подземных рудников.

Эти неоспоримые плюсы должны стимулировать увеличение инвестиций и крупномасштабное развертывание возобновляемых источников энергии в секторе тяжелой промышленности. Кроме того, возможности использования водорода предлагают еще одну разработку шахты будущего, в которой углеродное загрязнение на участке значительно сократится, а шахта станет более автономной и безопасной. опубликовано econet.ru  

Подписывайтесь на наш канал Яндекс Дзен!

Если у вас возникли вопросы по этой теме, задайте их специалистам и читателям нашего проекта здесь.

P.S. И помните, всего лишь изменяя свое потребление - мы вместе изменяем мир! © econet

Источник: https://econet.ru/

Понравилась статья? Напишите свое мнение в комментариях.
Комментарии (Всего: 0)

    Добавить комментарий

    Не бойтесь кого—то потерять. Вы не потеряете того, кто нужен Вам по жизни. Теряются те, кто послан вам для опыта. Остаются те, кто послан Вам судьбой. Фридрих Ницше
    Что-то интересное