Джейсон Дейн
Компании и отраслевые группы часто объединяются для продвижения своей продукции. Но более чем необычным был шаг, предпринятый в прошлом месяце 10 крупными европейскими энергетическими компаниями и двумя континентальными ведущими промышленными организациями в области возобновляемой энергии, которые объединились, чтобы начать кампанию, рекламирующую продукт, который ни один из них на самом деле не продает.
Этот продукт является возобновляемым или «зеленым» водородом. И хотя сегодня он не является главным для компаний (Enel, EDP, BayWa и др.) или отраслевых групп (SolarPower Europe и WindEurope), все они видят, что зеленый водород играет жизненно важную роль в достижении глубокой декарбонизации энергосистемы.
Интерес к зеленому водороду стремительно растет среди крупных нефтегазовых компаний. Европа планирует сделать водород большой частью своего пакета «Зеленых сделок» на триллион долларов, а общенациональная стратегия «зеленого водорода» в ЕС должна быть опубликована в июле.
«Мы не можем все электрифицировать», - сказал генеральный директор WindEurope Джайлс Диксон. «Некоторые промышленные процессы и тяжелый транспорт будут работать на газе. И возобновляемый водород - лучший газ. Он совершенно чист. Он будет доступен, поскольку возобновляемая энергия сейчас так дешева».
Что такое зеленый водород? Введение в цветовую палитру водорода
Для бесцветного газа водород упоминается в очень красочных терминах.
Согласно номенклатуре, используемой исследовательской фирмой Wood Mackenzie, большая часть газа, который уже широко используется в качестве промышленного химического вещества, либо коричневого цвета, если он производится путем газификации угля или лигнита; или серый, если он производится путем паровой конверсии метана, который обычно использует природный газ в качестве исходного сырья. Ни один из этих процессов не является абсолютно безопасным с точки зрения выбросов углерода.
Предположительно более чистый вариант известен как голубой водород, где газ получают путем паровой конверсии метана, а выбросы сокращаются за счет улавливания и хранения углерода. Этот процесс может примерно вдвое сократить количество выброса углерода, но он все еще далек от безуглеродного производства.
Зеленый водород, напротив, может почти полностью исключить вредные выбросы, используя возобновляемую энергию, - быстро растущую и часто генерируемую в менее удачные периоды времени - для энергообеспечения электролиза воды.
Более свежим оттенком в палитре производства водорода является бирюзовый. Этот получается путем разложения метана на водород и твердый углерод с помощью процесса, называемого пиролизом. Бирюзовый водород с точки зрения выбросов может показаться с относительно низким уровнем выброса углерода, потому что углерод может быть либо захоронен, либо использован для промышленных процессов, таких как производство стали или производство батарей, поэтому он не попадает в атмосферу.
Тем не менее, недавние исследования показывают, что бирюзовый водород, на самом деле, не более экологичен, чем голубой сорт - из-за выбросов углерода в процессе поставок природного газа и необходимого нагрева.
Как получают зеленый водород?
При электролизе все, что вам нужно для производства большого количества водорода, это вода, большой электролизер и огромные запасы электричества.
Если электричество поступает от возобновляемых источников, таких как ветер, солнечная или гидроэнергия, тогда водород, по сути, зеленый; единственные выбросы углерода — это те, которые включены в инфраструктуру генерации.
В настоящее время проблема заключается в том, что крупных электролизеров не хватает, а большие запасы возобновляемой электроэнергии все еще получают по значительной цене.
По сравнению с более налаженными производственными процессами, электролиз очень дорог, поэтому рынок электролизеров небольшой.
И хотя производство возобновляемой энергии в настоящее время достаточно велико, чтобы вызвать проблемы в Калифорнии и с энергосистемой в Германии, перепроизводство является относительно недавним явлением. Большинство энергетических рынков по-прежнему нуждаются в большом количестве возобновляемых источников энергии для обслуживания энергосистемы.
Как его хранить и использовать?
Теоретически, есть много полезных вещей, которые вы можете сделать с зеленым водородом. Вы можете добавить его к природному газу и сжигать его на теплоэлектростанциях или в центральных теплоцентралях. Вы можете использовать его в качестве исходного продукта для других энергоносителей, от аммиака до синтетических углеводородов, или для непосредственного питания топливных элементов в автомобилях и на судах.
Начнем с того, что его можно использовать просто для замены промышленного водорода, который производится каждый год из природного газа и который составляет около 10 миллионов метрических тонн только в США.
Основная проблема удовлетворения всех этих потенциальных рынков заключается в получении зеленого водорода там, где он необходим. Хранить и транспортировать легковоспламеняющийся газ не просто; он занимает большой объем и имеет свойство портить стальные трубы и сварные швы, делая их хрупкими и непригодными.
Из-за этого для транспортировки большого количества водорода потребуются специальные дорогостоящие трубопроводы, которые будут создавать давление для газа, или охлаждать газ до жидкости. Эти два последних процесса являются энергоемкими и могут привести к еще большему снижению эффективности использования «зеленого» водорода (см. ниже).
Почему зеленый водород вдруг стал таким важным?
Одним из путей к почти полной декарбонизации является электрификация всей энергетической системы и использование чистой возобновляемой энергии. Но электрифицировать всю энергетическую систему было бы сложно или, по крайней мере, намного дороже, чем комбинировать генерацию энергии от возобновляемых источников с низкоуглеродистым топливом. Зеленый водород является одним из нескольких потенциальных низкоуглеродистых видов топлива, которые могут заменить современные углеводородные ископаемые.
Следует признать, что водород далеко не идеален в качестве топлива. Его низкая плотность затрудняет хранение и перемещение. А его воспламеняемость может быть проблемой, что показал взрыв норвежской водородной заправочной станции в июне 2019 года.
Но у других низкоуглеродистых видов топлива тоже есть свои проблемы, и не в последнюю очередь, это - стоимость. А поскольку большинство из них требуют производства зеленого водорода в качестве исходного продукта, почему бы просто не придерживаться первого?
Сторонники зеленого водорода указывают, что водород уже широко используется в промышленности, поэтому технические проблемы, связанные с хранением и транспортировкой, вряд ли будут непреодолимыми. Кроме того, газ потенциально очень разносторонний, и его можно применять в самых разных областях: от отопления и длительного хранения энергии до транспортировки.
Возможность применения зеленого водорода в широком диапазоне означает, что существует соответственно большое количество компаний, которые могли бы извлечь выгоду из растущей экономики водородного топлива. Из них, пожалуй, наиболее значительными являются нефтегазовые компании, которые все чаще сталкиваются с призывами сократить производство топлива из ископаемых ресурсов.
Несколько крупных нефтяных компаний входят в число игроков, борющихся за поул-позицию в разработке зеленого водорода. Например, Shell Nederland в мае подтвердила, что объединила свои усилия с энергетической компанией Eneco, чтобы подать заявку на мощности в последнем голландском тендере на оффшорные ветряные электростанции, чтобы создать рекордный водородный кластер в Нидерландах. Несколько дней спустя, разработчик в области солнечных установок Lightsource BP сообщил, что он рассматривает возможность разработки австралийской экологически чистой водородной установки, мощностью 1,5 гигаватт и работающей на ветровой и солнечной энергии.
Интерес крупных нефтяных компаний к зеленому водороду может иметь решающее значение в получении топлива до его коммерческой жизнеспособности. Сокращение затрат на производство экологически чистого водорода потребует огромных инвестиций и огромных масштабов, что дает уникальные возможности нефтяным компаниям.
Сколько стоит зеленый водород?
Зеленый водород сегодня все еще дорог в производстве. В отчете, опубликованном в прошлом году (с использованием данных за 2018 год), Международное энергетическое агентство оценило стоимость одного килограмма зеленого водорода в 3–7,50 долл. США по сравнению с 0,90–3,20 долл. США при производстве с использованием паровой конверсии метана.
Сокращение стоимости электролизеров будет иметь решающее значение для снижения цены на зеленый водород, но это потребует времени и масштабов. В прошлом году МЭА заявило, что стоимость электролизера к 2040 году может снизиться вдвое от приблизительно 840 долларов в текущий период.
Экономическое обоснование для зеленого водорода требует очень большого количества дешевой электроэнергии от возобновляемых источников, потому что при электролизе теряется изрядное его количество. По данным Shell, КПД электролизеров варьируется от 60 до 80 процентов. Проблема эффективности усугубляется тем фактом, что для ряда из его применений может потребоваться дополнительный зеленый водород для питания топливного элемента, что приводит к дальнейшим потерям.
Некоторые наблюдатели предполагают, что производство зеленого водорода может привести к поглощению избыточных мощностей крупных центров производства энергии из возобновляемых источников, таких как морские ветряные электростанции в Европе. Однако, учитывая все еще высокую стоимость электролизеров, сомнительно, что разработчики проектов по экологически чистому водороду захотят оставить свои электролизеры бездействующими до тех пор, пока цены на энергию из возобновляемых источников энергии не упадут ниже определенного уровня.
Скорее всего, как уже рассматривали Lightsource BP и Shell, разработчики построят заводы по производству экологически чистого водорода с выделенными активами по производству энергии из возобновляемых источников в местах с высокими ресурсами.
Сколько производится зеленого водорода?
Не так много, по большому счету. По данным Wood Mackenzie, в настоящее время на долю зеленого водорода приходится менее 1 процента общего годового производства водорода.
Но WoodMac прогнозирует рост производства в ближайшие годы. За пять месяцев, предшествовавших апрелю 2020 года, объем проектов, связанных с использованием зеленого водородного электролизера, увеличился почти втрое, до 8,2 гигаватт. Этот всплеск был вызван главным образом увеличением масштабных размещений электролизеров, из которых 17 проектов с мощностью 100 мегаватт или более.
И дело не только в том, что разрабатывается больше проектов по количеству. К 2027 году средний размер электролизных систем, вероятно, превысит 600 мегаватт, сообщает WoodMac.
Кто возглавляет разработку зеленого водорода?
Зеленый водород, похоже, сейчас у всех на уме, по крайней мере, 10 стран ищут газ для своей будущей энергетической безопасности и возможного экспорта. Последней из стран, присоединившихся к этому процессу, стала Португалия, которая в мае обнародовала национальную водородную стратегию до 2030 года, которая, как сообщается, будет стоить 7 миллиардов евро (7,7 миллиардов долларов).
Наряду с нефтегазовыми фирмами, разработчики возобновляемой энергии рассматривают зеленый водород как развивающийся рынок, а лидер по оффшорному ветру Ørsted в прошлом месяце объявил о начале первого крупного проекта, нацеленного исключительно на транспортный сектор.
Помимо громких имен, множество небольших компаний также надеются ухватить свой кусок от растущего «пирога» зеленого водорода. Для таких компаний, как ITM Power, не так хорошо известных сегодня, такой кусок однажды может стать огромным, если зеленый водород вырастет до ожидаемых размеров и оправдает их надежды.
А как насчет автомобилей на водородном топливе?
О да! Неотразимая Toyota Mirai усилила надежду, что автомобили с водородными топливными элементами могут соперничать с электромобилями, заменившими двигатель внутреннего сгорания. Но по мере роста рынка электромобилей перспектива того, что водород станет им серьезным конкурентом, исчезла из виду, по крайней мере, в сегменте пассажирских автомобилей.
На дорогах США сегодня насчитывается около 7600 автомобилей на водородных топливных элементах по сравнению с проданными в США только в прошлом году более чем 326400 электромобилями.
Тем не менее, эксперты все еще ожидают, что водород сыграет свою роль в освобождении от углерода определенных сегментов транспортных средств, среди которых выигрышными будут вилочные погрузчики и тяжелые грузовики.
Перевод на русский - медиадепартамент Energy Club
