Глобальное потепление вынуждает мировое сообщество искать альтернативные источники и носители энергии. В начале XXI века ставка была сделана на альтернативную энергетику. Триллионы долларов инвестиций, жесткий государственный протекционизм в развитых странах 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.
Материал подготовлен Институтом развития технологий ТЭК (ИРТТЭК)
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 представителями атомной энергетики, 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 и нефтегазовая промышленность. Проблема в том, что практически все производство работает на углеводородном сырье.
Фактически производственную базу водорода придется создавать 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, BMW, Microsoft Corp и Sinopec – увеличение инвестиций в водородные проекты к 2025 году в шесть раз от уровня 2019 года. По оценкам Совета, если удастся преодолеть значительные сложности, связанные с масштабированием производства водорода, создать инфраструктуру его транспортировки, хранения и многократно повысить мощности выработки электроэнергии из возобновляемых источников для производства чистого топлива, то к 2028 году в регионах с избытком дешевых возобновляемых источников, таких как страны Ближнего Востока, производство водорода должно сравняться по себестоимости с добычей 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 годы французская компания Air Liquide приобрела два нефтепровода в Техасе и успешно модернизировала 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 тыс. 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 в сумму 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 в 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 для 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.