"Зеленый" водород погасит мировой энергетический кризис?

"Зеленая" водородная революция захлестывает страны Персидского залива. В 2021 году ОАЭ сообщили о строительстве первого в регионе завода по производству "зеленого" водорода. Саудовская компания ACWA Power почти завершила финансирование проекта по строительству завода по производству экологически чистого водорода стоимостью $5 млрд. Оман, обладающий меньшими запасами нефти, добыча которой обходится ему дороже, чем более крупным соседям, рассматривает возможность инвестирования $30 млрд в строительство крупнейшего в мире завода по производству экологически чистого водорода. Фактически в Омане была создана госкомпания, предлагающая льготные условия проектам по "зеленому" водороду в особых экономических зонах страны.

Как отмечает The Business Standard, эмиратская компания Masdar финансирует проект по производству "зеленого" водорода в Египте стоимостью $10млрд, строит проекты в области альтернативных и возобновляемых источников энергии в Азербайджане мощностью 4 ГВт, а также инвестирует в проект по производству "зеленого" водорода на северо-востоке Великобритании.

ACWA Power планирует вложить миллиарды долларов в проекты по производству "зеленого" водорода в Египте, Южной Африке и Таиланде. ОАЭ и Саудовская Аравия поставили перед собой цель к 2030 году занять 25% или более экспортного рынка торговли чистым водородом.

"Зеленый" водород называют следующей ступенью на пути к переходу от ископаемого топлива к возобновляемым источникам энергии. Его можно использовать не только для производства экологически нейтрального топлива, но и для обеспечения энергией секторов, в которых сложнее обеспечить декарбонизацию, таких как производство стали, авиация и судоходство.

"Зеленый" водород получают путем электролиза воды с использованием возобновляемых источников энергии, таких как энергия солнца или ветра. Этот процесс включает расщепление молекул воды на водород и кислород с использованием электричества, при этом кислород выбрасывается в атмосферу, а водород собирают и хранят для использования в качестве топлива.

Пока водород извлекается с использованием возобновляемых источников энергии, а не ископаемого топлива, он считается экологически чистым, так как при его производстве не образуется вредных парниковых газов. Водород также имеет гораздо более высокую плотность энергии, чем бензин и СПГ. Водородный автомобиль может проехать на килограмме водорода 100-131 км, в то время как килограмма бензина хватит только на 16 км.

Существует множество потенциальных применений "зеленого" водорода:

Транспорт: "зеленый" водород можно использовать в качестве топлива для таких транспортных средств, как автомобили, поезда и даже самолеты. Водород можно использовать в транспортных средствах на топливных элементах или же он использоваться в качестве топлива в обычном двигателе внутреннего сгорания. Поезд, работающий на водородных топливных элементах, уже начал перевозку пассажиров в Германии. К 2030 году Hyundai планирует производить 500 тысяч автомобилей на водородных топливных элементах в год. В нескольких европейских городах автомобили для сбора мусора уже работают на этой технологии.

Выработка электроэнергии: "зеленый" водород можно использовать для выработки электроэнергии с помощью газовой турбины или топливных элементов.

Отопление: "зеленый" водород также можно использовать для обогрева зданий и домов.

Промышленные процессы: "зеленый" водород может использоваться в различных промышленных процессах, таких как производство химикатов, металлов и цемента.

Сельское хозяйство: "зеленый" водород можно использовать для обеспечения работы сельскохозяйственной техники и производства удобрений.

Хранение: "зеленый" водород может обеспечивать хранение избыточной возобновляемой энергии.

Торговля: "зеленый" водород можно производить в странах с богатыми возобновляемыми источниками энергии, а затем экспортировать в страны, у которых таких ресурсов нет. В феврале 2022 года состоялась первая отгрузка сжиженного водорода из Австралии в Японию. Это стало большим шагом к созданию международного рынка водорода. Предполагается, что к 2030 году объем экспорта водорода может составить 12 млн тонн в год.

Однако в 2021 году было произведено лишь менее 1 млн тонн водорода с низким уровнем выбросов парниковых газов, причем практически весь этот объем был произведено с использованием технологий по улавливанию, утилизации и хранению углерода (CCUS).

Проблемы

Существует несколько проблем на пути широкого использования "зеленого" водорода в качестве источника энергии. Самая большая проблема - его стоимость. Производство "зеленого" водорода обходится дороже, чем производство водорода из ископаемого топлива.

Высокая стоимость производства водорода ограничивает его использование в промышленности. Например, многие предприятия не решаются переходить на "зеленый" водород, несмотря на то, что сталелитейная и химическая отрасли используют много водорода. В текущей рыночной ситуации более дорогие "зеленые" продукты конкурируют с более устоявшимися и менее дорогими "серыми" альтернативами, особенно в капиталоемких отраслях с небольшой нормой прибыли.

Для производителей обычного, "серого" водорода затраты сейчас составляют $3,30 за кг, в то время как с началом украинского кризиса "зеленый" водород стоил $3,80-5,80 за кг. Однако по мере совершенствования технологии ожидается, что стоимость будет снижаться.

Затраты на производство "зеленого" водорода должны упасть до уровня ниже $2 за кг к 2030 году, если инвестирование отрасли останется стабильным.

Пока отсутствует и инфраструктура для поддержки широкого использования "зеленого" водорода в качестве топлива: водородных заправочных станций, хранилищ водорода и транспортных средств, совместимых с водородом. Ее строительство также потребует значительных инвестиций.

Данные Комиссии по энергетическому переходу свидетельствуют, что глобальная декарбонизация посредством перехода на "зеленый" водород потребует порядка $15 трлн инвестиций к 2050 году. По данным комиссии, помимо 90 тысяч ТВт-ч, необходимых для декарбонизации в целом, к 2050 году производство "зеленого" водорода потребует увеличения поставок электроэнергии с нулевым выбросом углерода на 30 тысяч ТВт/ч. Для это будет необходимо порядка $15 трлн инвестиций к 2050 году (до $80 млн в год начиная с 2030х годов), не только для производства водорода, но и для электроснабжения, чтобы справиться со значительным ростом использования водорода.

Примерно 85% требуемых инвестиций будет направлено на производство электроэнергии, а 15% - на электролизеры, заводы по производству водорода, а также транспортную и складскую инфраструктуру. Одной из мер по сокращению затрат, которую, по мнению экспертов, стоит рассмотреть, является перепрофилирование газопроводов под водород. Это может сократить инвестиционные затраты на 50-80%.

Учитывая ограниченную емкость и высокую стоимость контейнеров со сжатым водородом, для произведенного водорода потребуются крупномасштабные подземные хранилища. Самый дешевый вариант - это хранение водорода в соляных кавернах, хотя для хранения 5% годового потребления водорода в 2050 году потребуется около 4 тысяч каверн "среднего" размера. Пока такая опция находится под знаком вопроса.

Кроме того, водород - это легковоспламеняющийся газ, и существуют опасения по поводу безопасности его хранения и транспортировки. Процесс производства "зеленого" водорода с помощью электролиза не является на 100% энергоэффективным, так как в процессе теряется часть энергии. Существующая технология работает с эффективностью 75% или менее (52,5 кВтч/кг). С другой стороны, есть новые технологии, такие как электролизер нового типа с капиллярным питанием Hysata с эффективностью до 95%. Хотя при сжигании "зеленого" водорода углекислый газ не образуется, при его производстве присутствуют некоторые выбросы, в основном в результате производства электроэнергии, используемой в процессе электролиза.

"Зеленый" водород также представляет значительные возможности для стран Глобального Юга, который скорее всего, выиграют от новых способов индустриализации. В Чили, например, были проведены тендеры на проект по производству первых 388 МВт "зеленого" водорода. Стратегия Колумбии в отношении "зеленого" водорода  включает в себя шаги, направленные на повышение как экспортных целей страны, так и ее способности поставлять водород для удовлетворения международного спроса. Колумбия также видит себя в качестве потенциального логистического центра в Карибском бассейне.

Из-за глобального энергетического кризиса Бангладеш также начал уделять больше внимания "зеленой" энергетике. Бангладешский совет научных и промышленных исследований уже работает над строительством первого в стране завода по производству водородного топлива. Используя такие методы производства водорода как газификация биомассы и электролиз воды, завод будет производить водород из муниципального мусора и воды. Один блок станции был уже установлен, и строительство второго идет полным ходом. Когда обе установки заработают, завод будут производить около 5,8 кг водородного топлива в день. При непрерывной работе завода объем может достигать 29 кг. В конце октября 2022 года министр энергетики и минеральных ресурсов Насрул Хамид объявил, что Бангладеш собирается развивать водородную энергетику для решения проблемы с электроэнергией.