Ssylka

Как можно превратить коровий навоз в водородное топливо?

Хоккайдо, второй по величине остров Японии, занимает 20% её территории и известен снежным климатом с суровыми зимами. Здесь содержится свыше одного миллиона коров, производящих более половины молочной продукции страны, что приводит к образованию примерно 20 миллионов тонн коровьего навоза ежегодно. Город Шикаои, обеспечивающий 30% навоза и мочи региона, стал идеальным полигоном для внедрения инновационных экологических технологий.
Как можно превратить коровий навоз в водородное топливо?
Изображение носит иллюстративный характер

Водород привлекает внимание как совершенно чистое топливо, поскольку при сгорании он не выделяет углерод. Он может использоваться для обогрева домов и питания автомобилей, поездов, самолётов, кораблей и даже тяжелой промышленной техники. При этом распространённые методы его получения либо основаны на ископаемом метане, сопровождающемся выбросами углекислого газа, либо требуют дорогостоящего электролиза воды с использованием возобновляемой энергии.

Запущенный в 2015 году Министерством окружающей среды Японии, проект на Хоккайдо нацелен на преобразование сельскохозяйственных отходов в водород для местного сообщества. Коровий навоз и моча с местных ферм направляются в анаэробный дигестер, где бактерии превращают их в биогаз и жидкое удобрение. Далее биогаз очищается до метана, который при паровом реформинге при температуре 800°C преобразуется в водород, угарный газ и углекислый газ, а углерод из навоза считается углеродно-нейтральным.

Производственная установка способна вырабатывать 70 кубических метров водорода (18 500 галлонов), что позволяет заправлять до 28 водородных транспортных средств в день, включая сельскохозяйственную технику, тракторы и погрузчики, для которых электрификация затруднена. Полученный водород применяется для питания и обогрева объектов, таких как осетровая ферма и зоопарк в Обихиро, а оставшийся навоз используется в качестве удобрения, а формиевая кислота — как консервант для корма.

В городе Фукуока на острове Кюсю реализована система преобразования сточных вод в водород. Вода из душей, посудомоечных машин и туалетов проходит обработку на очистном сооружении, а остаточный ил используется для получения биогаза, который затем преобразуется в водород при помощи специального предварительного этапа очистки, необходимого из-за примесей. Система, действующая с 2015 года, разработана в сотрудничестве с Kyushu University, Toyota и администрацией города Фукуока.

В 2024 году Toyota запустила первую в Японии флотилию сервисных транспортных средств на водородном топливе, включая автомобили скорой помощи, грузовики для доставки и мусоровозы. Производственная установка во Фукуоке способна вырабатывать 300 кг водорода (661 фунт) за 12 часов, что достаточно для заправки 30 грузовиков, а мусоровозы, работающие шесть ночей в неделю, собирают 1,7 тонны мусора за один рейс.

Хранение и транспортировка водорода сопряжены с серьёзными техническими вызовами. Из-за низкой молекулярной массы водорода необходимы высоконапорные резервуары, способные противостоять утечкам, хрупкости металлов и высокой горючести, а жидкий водород требует криогенных температур ниже –253°C, что приводит к значительным энергетическим затратам и инфраструктурным сложностям, особенно в условиях субнегативных зимних температур Хоккайдо.

Альтернативные источники сырья, такие как свиной или птичий навоз и кокосовая скорлупа, также находятся в стадии изучения для получения водорода. Проект под руководством инженера Мийнеша Сингха из University of Illinois Chicago демонстрирует, что использование биоchar, получаемого из смеси коровьего навоза, сахарного тростника и кукурузных оболочек, позволяет снизить энергозатраты на процесс электролиза, что открывает новые перспективы для развития круговой экономики.

Глобальный интерес к водородной экономике растёт: проекты Concord Blue по превращению отходов в энергию реализуются в Германии, Индии, Японии и США, а водные службы Великобритании внедряют прототип гоночного автомобиля на водородном топливе, созданного в сотрудничестве Warwick Manufacturing Group и Severn Trent Water. Продолжаются исследования по созданию авиационного топлива из человеческих сточных вод, демонстрируя потенциал устойчивых технологий для масштабного внедрения.


Новое на сайте