"Водород - это бесцветный газ, который описывается в очень красочных цветах". Вот уже десять лет я работаю в области возобновляемых источников энергии. И испытываю волнение всякий раз, когда выходит новая публикация или появляется официальное сообщение на эту тему. В июне 2020 года Германия обнародовала свою национальную водородную стратегию и выделила 7 миллиардов евро на то, чтобы стать лидером в использовании этой технологии. К слову, Германия не единственная страна, запустившая водородную кампанию: Япония, Франция, Южная Корея, Австралия, Нидерланды и Норвегия начали свой курс на водород раньше Германии, причем Япония сделала это раньше других – в декабре 2017 года.
К 2030 году федеральное правительство планирует реализовать программу «пять ГВт», цель которой - производство 450 000 тонн «зеленого» водорода в год согласно расчетам, сделанным консалтинговой компанией McKinsey для Handelsblatt.
Что могут дать эти 450 000 тонн водорода? Расчет, проведенный McKinsey для Handelsblatt, говорит о том, что этого достаточно для:
- производства экологичной стали, которой хватит для выпуска 1,7 млн автомобилей;
- вывода на дороги до 8 500 фур, работающих на водородных топливных элементах;
- отопления 500 000 квартир;
- производства 20% искусственных удобрений для их последующего использования в Германии;
- авиаперевозки 3,3 млн пассажиров на «экологически нейтральном» керосине из Кельна на Майорку и обратно.
Цель Германии по «зеленому» водороду на 2030 год, мягко говоря, скромна и она никак не позволит стране выйти в лидеры в этой технологии: Германия опоздала на эту вечеринку, тем более что выделенных инвестиций для этого недостаточно. Россия планирует к 2024 году построить целую водородную промышленность и экспортировать в ЕС газ по своей трубе «Северный поток-2». ЕС также опубликовал свою стратегию в июле 2020 года. По словам генерального директора Windeurope Джайлза Диксона:
«Мы не можем все электрифицировать: отдельные промышленные процессы и тяжелый транспорт должны будут перейти на газ. И лучшим решением является возобновляемый водород. Он абсолютно чист. И его цена будет вполне доступна, учитывая нынешнюю невысокую стоимость возобновляемых источников энергии».
Что из себя представляет «зеленый» водород?
Водород – это бесцветный газ, однако для его описания существует множество красочных терминов. Вокруг нас, в атмосфере и окружающей среде, водорода много, но его использование в промышленных целях – это совсем другая история. В зависимости от того, как используется водород, он помечается:
- Коричневым цветом: такой водород производится путем газификации угля или бурого угля;
- Серым цветом: он получен через паровой риформинг (паровая конверсия) метана;
- Синим цветом: процесс его получения аналогичен производству серого водорода, но в этом случае сокращение выбросов осуществляется с помощью улавливания и хранения углерода. По сравнению с серым водородом этот газ дает вдвое меньше выбросов, тем не менее их цифра еще далека от идеальной;
- Зеленым цветом: такой газ производится путем использования электроэнергии из возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для питания электролизера. Этот метод не дает вредных выбросов;
- Бирюзовым цветом: это новое дополнение к цветовой палитре водорода. При пиролизе метан расщепляется на твердый углерод и водород. Углерод здесь не выделяется в атмосферу, и поэтому он считается безэмиссионным.
«Зеленый» водород – это водород без выбросов. Крайне важно для достижения целей по выбросам углекислого газа, сформулированных в Парижском соглашении, удерживать рост глобальных температур значительно ниже 2°C.
Все, что нужно для производства «зеленого» водорода, это вода, большой электролизер и обильное снабжение электроэнергией из возобновляемых источников, таких как ветер, солнце или водоемы. Единственным выбросом в результате этого процесса будет углекислый газ, выделяемый при производстве необходимой инфраструктуры (сталь, кабели, машины и т.д.).
На долю «зеленого» водорода в настоящее время приходится менее 1% мирового производства водорода. Тем не менее, с более крупными электролизерами и более высокими инвестициями объемы зеленых водородных проектов вырастут в ближайшие годы.
Почему так важен «зеленый» водород?
ВИЭ являются чистым источником электроэнергии. Однако не все завязано на электричестве. Сталелитейная и бетонная промышленность опираются на тепло, а сжигание «зеленого» водорода – отличный способ обезуглероживания необходимой энергии. Водород также используется в промышленности. В настоящее время основным источником водорода является природный газ — «зеленый» водород может стать промышленным водородом, который только в США составляет 10 миллионов метрических тонн.
У Германии есть проблема с энергосистемой. В солнечные ветреные дни солнечные парки и ветряные турбины на севере производят больше электроэнергии, чем может потребить северная часть страны. Из-за этого Германия вынуждена продавать излишки электроэнергии соседним странам себе в убыток. Это означает, что она платит соседним государствам за то, чтобы те забирали у нее излишки энергии.
Зеленый водород – отличная среда для хранения энергии. Избыток электроэнергии из возобновляемых источников можно хранить в виде водорода, а затем сжигать для выработки электроэнергии, когда это необходимо.
С какими проблемами сопряжена концепция перехода на «зеленый» водород?
Главная проблема, стоящая перед движением, продвигающим идею «зеленого» водорода, это стоимость.
Производство одного килограмма «зеленого» водорода обходится в сумму от 3,0 до 7,5 долларов США по сравнению с 0,9 – 3,2 доллара США за килограмм при производстве с использованием паровой метановой конверсии. Однако ожидается, что цена электролизеров может упасть вдвое к 2040 году, что является хорошей перспективой для данной технологии.
Водород имеет более низкую энергетическую плотность на единицу объема, чем природный газ. Это означает, что для удовлетворения того же спроса на энергию необходимо транспортировать более щедрое количество водорода по сравнению с природным газом. Однако перепрофилирование существующих газопроводов может быть использовано для удешевления транспортировки водорода. Водород, как и природный газ, горюч и легковоспламеняем: в прошлом году в Норвегии взорвалась водородная заправочная станция.
Вывод
Многие страны и крупные компании рассматривают «зеленый» водород как новый главный тренд. Аналитики Goldman Sachs оценивают рынок в $ 12 трлн к 2050 году (разделенный между Азией, Европой и США).
На «зеленом» водороде могут работать транспортные средства и крупные отрасли промышленности. Им можно отапливать квартиры и дома, а также можно сжигать его для получения электроэнергии. «Зеленый» водород – это отличная среда для хранения энергии из возобновляемых источников (при отличных граничных условиях), которую можно сжигать всякий раз, когда это необходимо для производства требуемой энергии.
«Зеленый» водород это не единственная панацея от климатического кризиса. Правительства и организации должны работать сообща, чтобы поддержать цели, которые мы поставили перед собой; многие страны уже приняли Закон о нулевом уровне вредных выбросов, чтобы прийти к нулевым показателям к 2050 году.