Форсированная водородная эволюция

Глобальное потепление вынуждает мировое сообщество искать альтернативные источники и носители энергии. В начале 21 века ставка была на альтернативную энергетику. Триллионы долларов инвестиций, жесткая государственная протекция развитых стран уже сейчас позволяет альтернативной энергетике полноценно конкурировать с углеводородной генерацией. Доля ветряков, солнечных электростанций в энергобалансе планеты пока еще не велика. Она, конечно, растет, технологии развиваются, но кардинально решить проблему сокращения выбросов СО2 она не в состоянии.

Главная надежда политики декарбонизации сегодня на то, что водородная энергетика позволит значительно снизить выбросы парниковых газов. Но есть небольшой нюанс — водород в природе в чистом виде практически не встречается. Как ни странно, основной источник промышленного водорода — ископаемое углеводородное сырье. Его нужно не добывать, а производить.

Главные вопросы, которые предстоит решить — это производство «безуглеродного» водорода, создание транспортной инфраструктуры, инвестиции и рентабельность водородной энергетики. Если с инвестициями проблем не предвидится, то в остальном предстоит решить сложные в технологическом и организационном плане задачи.

Цветовая дифференциация водорода

Не все виды производства водорода можно отнести к экологически чистым. Поэтому для водорода ввели градацию на «серый», «голубой» и «зеленый». «Зеленым» считается водород, произведенный с помощью технологий, не выделяющих парниковых газов.

В последнее время к наиболее часто используемым для классификации «серому», «голубому» и «зеленому» водороду стали добавлять «розовый» и «бирюзовый». «Розовый» водород активно продвигался ядерными энергетиками, которые предлагали считать такой водород «зеленым». Европарламент все еще обсуждает вопрос относить ли энергию вырабатываемую АЭС к возобновляемым источникам. От исхода этой дискуссии будет во многом зависеть получение финансовых ресурсов на развитие мирного атома, а также скорость роста доли водорода в энергобалансе планеты.

Ежегодно в мире производится 70 млн тонн водорода, их основные потребители — химическая, нефтегазовая промышленность. Проблема в том, что практически все производство работает на углеводородном сырье.

Фактически производственную базу водорода придется создавать практически с нуля. Учитывая относительно невысокую долю ветровой и солнечной генерации в текущем мировом энергобалансе, можно понять масштаб и сложность организации производства необходимых объемов «зеленого» водорода.

Для наглядности — на данный момент мощность электролизеров в Европе не превышает 0,1 ГВт. В ближайшие 10 лет ЕС планирует установить электролизеры общей мощностью 40 ГВт.

На низком старте

По данным Совета по Водороду и компании McKinsey, из 228 анонсированных проектов по производству водорода 55% или 126 проектов приходятся на Европу. Большую часть проектов планируется реализовать до 2030 года. Общие инвестиции в объявленные в мире проекты оцениваются в $300 млрд, что составит примерно 1,4% от общих капитальных затрат энергетического сектора. На долю Европы придется примерно 45% общих затрат.

Цель членов Совета по Водороду, среди которых Royal Dutch Shell Plc, BMW, Microsoft Corp и Sinopec — увеличение инвестиций в проекты по водороду к 2025 в шесть раз от уровня 2019 года. По оценкам Совета, если удастся преодолеть значительные сложности масштабирования производства водорода, создать инфраструктуру его транспортировки, хранения и многократно повысить мощности выработки электроэнергии из возобновляемых источников для производства чистого топлива, к 2028 году в регионах с избытком дешевых возобновляемых источников, таких как страны Ближнего Востока, производство водорода должно сравняться по себестоимости с производством ископаемого топлива.

Технологические лидеры также настроены оптимистично. К примеру, Air Liquide ожидает утроения выручки от проектов, связанных с водородом к 2035 году и инвестирует около 8 млрд евро в создание цепочек поставки низкоуглеродного водорода и разработку экосистем в промышленности и на транспорте.

Интерес к водородной энергетике проявляет и венчурный капитал, так называемый Climate Tech. По данным PitchBook, за период с января 2020 года по август 2021 года компании сегмента Climate Tech привлекли более $40 млрд, то есть на 37% больше, чем в 2018 и 2019 годах вместе взятых.

Трубы меняют ориентацию

Очевидный кандидат на роль инфраструктуры поставок водорода — действующие нефте- и газопроводы. Благо, подобный опыт есть. Еще в 1990-е французская компания Air Liquide приобрела два нефтепровода в Техасе и успешно конвертировала их для транспортировки водорода. Специалисты также отмечают и возможность использования существующих газо- и нефтепроводов для транспортировки чистого водорода.

В 2020 году группа крупнейших газотранспортных компаний Европы предложила перестроить континентальную систему газопроводов и создать на ее основе «специализированную опорную водородную инфраструктуру в Европе».

По данным Reuters, к 2040 году опорная водородная сеть в Европе может включать около 40 000 км газопроводов, адаптированных для транспортировки водорода.

Координатор этой инициативы Дэниел Мутманн, выступая перед представителями газотранспортных компаний Европы заявил: «Мы поняли, что использование существующей газотранспортной инфраструктуры для создания в Европе опорной водородной сети возможно технически и рентабельно экономически».

Стоимость этого проекта оценивается от 43 до 81 млрд евро. Затраты на прокачку одного килограмма водорода ожидаются на уровне 0,11–0,21 евро на 100 км трубопровода, а затраты на производство — примерно 1–2 евро/кг.

Перспективы энергоперехода

При подписании Парижского соглашения по климату в 2015 году мало кто полагал, что цены на уголь или газ способны вырасти за год в несколько раз. Резкий рост цен на энергоносители в 2021 году и ускорение глобальной инфляции дополнительно осложнили прогнозирование динамики энергоперехода. Высокие цены на традиционные энергоносители — это дополнительный стимул развития альтернативных источников энергии, доля которых в мировом энергобалансе со временем будет только нарастать.

Доля нефти уже снизилась с 50% в 1970-е годы до 29% сегодня, главным образом за счет роста потребления газа. По прогнозам IEA, если странам удастся достичь целей Net Zero, к 2030 году она составит 28%, а к 2050 году — 22%. Соответственно доля возобновляемых источников за тот же период, как ожидается, вырастет с сегодняшних 12% до 19%, а затем и до 37%. Но все равно никто не говорит о полной замене углеводородного сырья на альтернативные источники энергии ни к 2050 году, ни позже.

Технологические и финансовые факторы определят, как широко и как скоро произойдет переход к экономике, основанной на водороде, но революционного или взрывного перехода на водород не ожидается. Это будет пусть и форсированная, но растянутая на десятилетия энергетическая эволюция. Место в которой найдется всем.

Материал подготовлен Институтом развития технологий ТЭК (ИРТТЭК). Подробнее ознакомиться с полной версией доклада можно на сайте ИРТТЭК.