Німеччина, Японія, Нідерланди і ще десятки країн опублікували власні водневі стратегії. Слідом за ними енергетичні гіганти Total, BP, Shell, Eni, Equinor зробили фокус на водень в своїх планах розвитку. Як зароджувалися водневі технології та куди рухається світова спільнота, зарядившись водневими очікуваннями
Найбільш сучасне визначення інновацій увів до економічної науки австрійський вчений Й. А. Шумпетер у роботі «Теорія економічного розвитку», описавши, що цикли економічного зростання тісно повʼязані зі зрілістю інновацій та фокусуванням капіталу на нових технологіях і бізнес-моделях. Ймовірно, що стратегія глобальної декарбонізації на фундаменті водню стане тригером запуску нового економічного циклу зростання. І ми стоїмо на його порозі. Але почнемо з ретроспективної довідки.
Перший двигун внутрішнього згоряння, що працює на водні, був побудований у 1807 році, а дебати з приводу використання водню з електролізерів для заміни вугілля виникли ще 1863 року. Існують приклади електролізерів потужністю понад 100 МВт, побудовані в 1920-х роках для постачання промисловості добрив із використанням дешевої гідроенергії у Норвегії та Індії. Термін «воднева економіка» був вперше введений у вжиток у 1970 році хіміком професором Джоном Бокрісом, у якого було бачення світу, що працює на водні, генерованому сонячною та ядерною енергією.
Того ж року у доповіді професора Лоуренса Джонса, фізика з Мічиганського університету, був зроблений висновок: «Як екологічно чисте паливо, водень повинен серйозно розглядатися як логічна заміна вуглеводнів в ХХІ столітті». Уже 2003 року стратегічна ініціатива щодо водню була озвучена на тлі побоювань з приводу «піку видобутку нафти», коли президент США Джордж Буш у своєму зверненні до профспілок США оголосив про ініціативу у сфері водневого палива на суму $ 1,2 млрд.
Минуло 18 років. Ми стаємо свідками і учасниками нового водневого ренесансу. Хоча поки не можна стверджувати, що повернення водню на порядок денний є остаточним і безповоротним. Однозначно можна сказати одне — глобальна енергетика ніколи не була до нього готова так, як сьогодні. Вартість відновлюваної енергії скоротилася до мінімальних значень в історії, а саме з неї планується виробляти чистий водень методом електролізу. Це концепція перетворення зелених електронів від поновлюваних джерел на зелені молекули газоподібного енергоносія або сировини.
Одночасно стали неспростовними кліматичні зміни, першопричиною яких визнали людський фактор. А серед нашої рукотворної шкоди екосистемі саме викопна енергетика – один із ключових чинників впливу. Ну і найголовніше – ми не можемо продовжувати екстенсивно розвиватися на базі застарілої спадщини бурхливого промислового зростання 50-річної давнини і заряджати електричні самокати від вугільних електростанцій.
Скануємо ринок водню
Водневий ринок зростає з низької бази, що дозволяє доповідачам шокувати цифрами і крутизною графіків на презентаціях про очікуване зростання індустрії. У публікації «Перспективи водневої економіки» Bloomberg New Energy Finance видані оцінки, що до 2050 року водень зможе забезпечувати до 25% світових потреб в енергії. І це враховуючи, що за оцінками ООН населення Землі до 2050 року зросте ще на 2,5 млрд осіб. Однак для розвитку теми знадобиться у найближчі 10 років витратити $150 млрд субсидій і запустити істотне зростання вартості вуглецевого податку в якості сили примусу для виробничих підприємств до переходу на застосування чистих енергоносіїв.
Кілька фактів:
- за оцінкою різних джерел, загальний обсяг виробництва водню в світі складає до 70 млн тонн, заразом сукупні середньорічні темпи його зростання за останні 20 років невисокі – близько 1,6%;
- понад 90% водню виробляють на місці його споживання нафтопереробною та хімічною промисловістю;
- сьогодні в якості сировини для виробництва водню домінують вуглеводні. Понад 68% водню отримують з природного газу, 16% з нафти, 11% – з вугілля і 5% – з води за допомогою електролізу;
- внесок природного газу в світове виробництво водню оцінюється у 205 млрд кубометрів на рік, це 6% від світового споживання газу (практично половина річного споживання ЄС);
- згідно з аналізом, проведеним IHS Markit Деніела Єргіна, автора бестселера «Видобування» і «У пошуках енергії», інвестиції у проєкти «Power-to-X» (перетворення електроенергії на речовини, в першу чергу, водень) у 2019 році склали всього близько $30 млн;
- прогнозується, що до 2025 року світовий ринок виробництва водню досягне $201 млрд з приблизно $130 млрд у 2020 році за середньорічного темпу зростання 9,2% протягом прогнозованого періоду.
Основи стратегії
Схоже, що розвиток водневої енергетики буде підкорятися закону Райта. Відповідно до цього постулату, подвоєння сукупного випуску продукції – чистого водню, – буде приводити до системного падіння витрат на постійний відсоток. Ефективність буде рости за рахунок масштабу. Три ключових параметри цієї моделі – швидкість навчання (learning curve), витрати і встановлена потужність. Так, Фатіх Бероль, голова міжнародного енергетичного агентства, заявив, що технологія готова до масштабування, і закликав інвесторів вкладати у водневі проєкти. Але спочатку варто зрозуміти, де ми знаходимося, використовуючи класичну методологію НАСА щодо оцінки стадій зрілості і готовності технологій – technology readiness levels.
Реальна ситуація говорить про те, що різні сегменти водневого ланцюжка створення цінності розрізняються за ступенем готовності до практичної роботи. Наприклад, автомобільні двигуни на водні повністю готові, а технології тривалого зберігання водню поки на рівні досліджень.
Вузьким місцем залишається транспортування водню. У світі станом на 2016 рік налічувалося всього 4500 км трубопроводів, спроєктованих для транспортування водню, – переважно у США і чотирьох країнах Європи. Тому в найближчі 10–15 років потрібно визначити доцільне значення домішування водню до природного газу в існуючі системи магістральних газопроводів. Тому у найближчі 10–15 років планується змішувати водень з природним газом у безпечній концентрації і транспортувати по існуючим газовим трубам. А пізніше почати процес адаптації інфраструктури до нових чистих енергоносіїв.
Віцепрезидент норвезького гіганта Equinor Стейнар Ейкас вважає, що найбільш оптимальним рішенням для створення ланцюжка виробництва, логістики та споживання є адаптація існуючої газової інфраструктури. Не дарма галузева ініціатива European Hydrogen Backbone (EHB), яка обʼєднує 23 газові інфраструктурні компанії ЄС, представила бачення інфраструктури водневих трубопроводів протяжністю 39 700 км у 21 країні до 2035 року. У ній 69% запропонованої водневої мережі складається з адаптованих існуючих газотранспортних мереж, а 31% – нова інфраструктура, необхідна для підключення нових виробників.
Також розглядається варіант морського транспорту. У 2020 році спущений на воду танкер SUISO FRONTIER, спроєктований Kawasaki Heavy Industries спеціально для морських перевезень скрапленого водню, який буде перевозитися за температури -253 °С. За цієї температури він зменшується в обʼємі у 800 разів проти газоподібного стану. Перший рейс у 2022 році з Австралії до Японії можна буде вважати історичною подією створення нового ринку водню, аналогічним рейсу 1959 року, коли танкер Methane Pioneer вперше доставив скраплений газ LNG (температура -163 °С) зі США до Британії.
«Нам потрібні капітальні та експлуатаційні витрати… щоб довести ціну поновлюваного водню від шампанського до просекко, а потім і столової води», – влучно сказав Йорго Хатзімаркакіс, генеральний секретар Hydrogen Europe, галузевого органу, підкреслюючи, що галузь голодна до капіталу. Найбільший у світі виробник електролізерів зараз може робити скромні 80 МВт на рік, а цілі у ЄС у сотню разів більше. Потенціал для розвитку ще великий, адже витрати будуть падати зі зростанням масштабу.
Після закінчення початкової фази 2020–2025 в ЄС, згідно зі стратегією буде проводитися 1 млн тонн чистого водню на рік і буде встановлено не менше 6 ГВт потужності електролізерів.
Проміжні підсумки
Водень може внести корективи до існуючих геополітичних та економічних «статусів» різних країн – деякі імпортери можуть перетворитися на експортерів, а традиційні постачальники втратити свій вплив на ринки. Водневі експортні наміри зберігаються у традиційних виробників енергоресурсів – Саудівської Аравії, РФ, Австралії і, наприклад, Норвегії. Але двері залишаються відчиненими для нових гравців (таких як Україна) з точними стратегіями, гармонізованими юрисдикціями і ресурсним потенціалом.
За даними міжнародного енергетичного агентства, останніми роками інвестиції світових нафтогазових компаній за межі їх основних напрямків діяльності становили менше 1% від загальних капітальних витрат. Зрозуміло, їх заведено вважати головними опонентами «енергетичного переходу» і розвитку вуглецево-нейтральної енергетики. Але 2020 року стратегії помінялися. Наприклад, після візиту на водневий завод у промисловому комплексі Ла-Порт міністр енергетики США Дженніфер Гранхольм заявила, що водень допоможе раніше нафтовому Гʼюстону залишатися «світовою енергетичною столицею», виробляючи (і, можливо, колись експортуючи) паливо майбутнього – водень.
Окрім нафтогазового бізнесу, істотний внесок в розвиток водневого сектору може зробити атомна енергетика. Це може стати запорукою продовження термінів експлуатації енергоблоків АЕС, переорієнтованих на виробництво водню. У США чотири компанії оператора АЕС Energy Harbor, Xcel Energy, Exelon, і Arizona Public Service (APS) вже ведуть проєкти у цьому напрямку. Атомникам не нова тема водню – адже він проводиться в електролізних цехах АЕС і використовується для охолодження генераторів турбін.
Суніта Сатьяпал, директорка водневого офісу Міністерства енергетики США, говорить: «Ключовою перевагою водню є те, що він може забезпечити інтеграцію всіх секторів». Балансування режимів енергосистем, насичених поновлюваними джерелами, може бути виконано і за допомогою водневих технологій. Гарний проєкт Advanced Clean Energy Storage у штаті Юта (США), який планується ввести у експлуатацію до 2025 року, стане найбільшою системою зберігання чистої енергії у світі.
«Ми збираємося побудувати дуже велику систему електролізу, яка зможе перетворювати поновлювану енергію на водень», – сказав Пол Браунінг, президент і генеральний директор Mitsubishi Power Americas. «Ми збираємося зберігати цей водень у соляному куполі протягом тривалих періодів часу, щоб його можна було використовувати, коли електромережі потрібна електрика». Так що не дивуйтеся, що разом із Водневою стратегією 8 липня 2020 роки ЄС опублікував стратегію інтеграції енергосистем для формування ключових принципів взаємодії.
Важливо відзначити новий технологічний виток розвитку глобальної енергетики, і тут цінність водневої революції набагато вища за ціну, яку ми за нього заплатимо. У світовій технологічній основі утворився застій від часів яскравого стрибка атомної енергетики і набуття зрілості поновлюваних джерел. Протягом останніх десятиліть сектором правив тренд реформування регуляторних режимів за збереження старої сутності обладнання. А тепер неминуче настає епоха реконструкції.
Забезпечення людства чистою і надійною енергією вимагає від корпорацій, урядів і спільнот повернення на твердий ґрунт інженерного мислення, законів фізики і хімії, заводських цехів і університетських лабораторій. Як сказав мені колись один професор – електрична лампочка Едісона вийшла не в результаті тисяч років еволюції парафінових свічок. І схоже, прийшов час наступного витка розвитку, який зобовʼязаний прийти на заміну застарілій інфраструктурі ХХ століття.
Ви знайшли помилку чи неточність?
Залиште відгук для редакції. Ми врахуємо ваші зауваження якнайшвидше.
