Германия, Япония, Нидерланды и еще десятки стран опубликовали собственные водородные стратегии. Следом за ними энергетические гиганты Total, BP, Shell, Eni, Equinor сделали фокус на водород в своих планах развития. Как зарождались водородные технологии и куда движется мировое сообщество, зарядившись водородными ожиданиями
Купуйте річну передплату на шість журналів Forbes Ukraine за 1259 грн замість 1799 грн. Якщо ви цінуєте якість, глибину та силу реального досвіду, ця передплата саме для вас. В період акції Christmas sale діє знижка 30% 🎁
Наиболее современное определение инноваций ввел в экономическую науку австрийский ученый Й. А. Шумпетер в работе «Теория экономического развития», описав, что циклы экономического роста тесно связаны со зрелостью инноваций и фокусированием капитала на новых технологиях и бизнес-моделях. Вероятно, что стратегия глобальной декарбонизации на фундаменте водорода станет триггером запуска нового экономического цикла роста. И мы стоим на его пороге. Но начнем с ретроспективной справки.
Первый двигатель внутреннего сгорания, работающий на водороде, был построен в 1807 году, а дебаты по поводу использования водорода из электролизеров для замены угля возникли еще в 1863 году. Существуют примеры электролизеров мощностью более 100 МВт, построенные в 1920-х годах для снабжения промышленности удобрений с использованием дешевой гидроэнергии в Норвегии и Индии. Термин «водородная экономика» был впервые введен в употребление в 1970 году химиком профессором Джоном Бокрисом, у которого было видение мира, работающего на водороде, генерируемом солнечной и ядерной энергией.
В том же году в докладе профессора Лоуренса Джонса, физика из Мичиганского университета, был сделан вывод: «Как экологически чистое топливо, водород должен серьезно рассматриваться как логическая замена углеводородам в ХХІ веке». Уже в 2003 году стратегическая инициатива по водороду была озвучена на фоне опасений по поводу «пика добычи нефти», когда президент США Джордж Буш в своем обращении к профсоюзам США объявил об инициативе в области водородного топлива на сумму $1,2 млрд.
Прошло 18 лет. Мы становимся свидетелями и участниками нового водородного ренессанса. Хотя пока нельзя утверждать, что возвращение водорода на повестку дня является окончательным и бесповоротным. Однозначно можно сказать одно – глобальная энергетика никогда не была к нему готова так, как сегодня. Стоимость возобновляемой энергии сократилась до минимальных значений в истории, а именно из нее планируется производить чистый водород методом электролиза. Это концепция превращения зеленых электронов от возобновляемых источников в зеленые молекулы газообразного энергоносителя или сырья.
Одновременно стали неопровержимы климатические изменения, первопричиной которых признали человеческий фактор. А среди нашего рукотворного урона экосистеме именно ископаемая энергетика – один из ключевых факторов влияния. Ну и самое главное – мы не можем продолжать экстенсивно развиваться на базе устаревшего наследия бурного промышленного роста 50-летней давности и заряжать электрические самокаты от угольных электростанций.
Сканируем рынок водорода
Водородной рынок растет с низкой базы, что позволяет докладчикам шокировать цифрами и крутизной графиков на презентациях об ожидаемом росте индустрии. В публикации «Перспективы водородной экономики» Bloomberg New Energy Finance выданы оценки, что к 2050 году водород сможет обеспечивать до 25% мировых потребностей в энергии. И это учитывая, что по оценкам ООН население Земли к 2050 году вырастет еще на 2,5 млрд человек. Однако для развития темы понадобится в ближайшие 10 лет потратить $150 млрд субсидий и запустить существенный рост стоимости углеродного налога в качестве силы принуждения для производственных предприятий к переходу на применение чистых энергоносителей.
Несколько фактов:
- по оценке разных источников, общий объем производства водорода в мире составляет до 70 млн тонн, причем совокупные среднегодовые темпы его роста за последние 20 лет невысокие – около 1,6%;
- более 90% водорода производят на месте его потребления нефтеперерабатывающей и химической промышленностью;
- сегодня в качестве сырья для производства водорода доминируют углеводороды. Более 68% водорода получают из природного газа, 16% из нефти, 11% – из угля и 5% – из воды с помощью электролиза;
- вклад природного газа в мировое производство водорода оценивается в 205 млрд кубометров в год, это 6% от мирового потребления газа (практически половина годового потребления ЕС);
- согласно анализу, проведенному IHS Markit Дениела Ергина, автора бестселлера «Добыча» и «В поисках энергии», инвестиции в проекты «Power-to-X» (преобразование электроэнергии в вещества, в первую очередь, водород) в 2019 году составили всего около $30 млн;
- прогнозируется, что к 2025 году мировой рынок производства водорода достигнет $201 млрд с примерно $130 млрд в 2020 году при среднегодовом темпе роста 9,2% в течение прогнозируемого периода.
Основы стратегии
Похоже, что развитие водородной энергетики будет подчиняться закону Райта. Согласно этому постулату, удвоение совокупного выпуска продукции – чистого водорода, – будет приводить к системному падению затрат на постоянный процент. Эффективность будет расти за счет масштаба. Три ключевых параметра этой модели – скорость обучения (learning curve), затраты и установленная мощность. Так, Фатих Бероль, глава международного энергетического агентства, заявил, что технология готова к масштабированию, и призвал инвесторов вкладывать в водородные проекты. Но сначала стоит понять, где мы находимся, используя классическую методологию НАСА по оценке стадий зрелости и готовности технологий – technology readiness levels.
Реальная ситуация говорит о том, что различные сегменты водородной цепочки создания ценности различаются по степени готовности к практической работе. Например, автомобильные двигатели на водороде полностью готовы, а технологии длительного хранения водорода пока на уровне исследований.
Узким местом остается транспортировка водорода. В мире по состоянию на 2016 год насчитывалось всего 4500 км трубопроводов, спроектированных для транспортировки водорода, – преимущественно в США и четырех странах Европы. Поэтому в ближайшие 10–15 лет нужно определить целесообразное значение домешивания водорода к природному газу в существующие системы магистральных газопроводов. Поэтому в ближайшие 10–15 лет планируется смешивать водород с природным газом в безопасной концентрации и транспортировать по существующим газовым трубам. А позже начать процесс адаптации инфраструктуры к новым чистым энергоносителям.
Вице-президент норвежского гиганта Equinor Стейнар Эйкас считает, что наиболее оптимальным решением для создания цепочки производства, логистики и потребления является адаптация существующей газовой инфраструктуры. Не зря отраслевая инициатива European Hydrogen Backbone (EHB), объединяющая 23 газовые инфраструктурные компании ЕС, представила видение инфраструктуры водородных трубопроводов протяженностью 39 700 км в 21 стране к 2035 году. В ней 69% предложенной водородной сети состоит из адаптированных существующих газотранспортных сетей, а 31% – новая инфраструктура, необходимая для подключения новых производителей.
Также рассматривается вариант морского транспорта. В 2020 году спущен на воду танкер SUISO FRONTIER, спроектированный Kawasaki Heavy Industries специально для морских перевозок сжиженного водорода, который будет перевозиться при температуре -253 °С. При этой температуре он уменьшается в объеме в 800 раз по сравнению с газообразным состоянием. Первый рейс в 2022 году из Австралии в Японию можно будет считать историческим событием создания нового рынка водорода, аналогичным рейсу 1959 года, когда танкер Methane Pioneer впервые доставил сжиженный газ LNG (температура -163 °С) из США в Британию.
«Нам нужны капитальные и эксплуатационные расходы… чтобы довести цену возобновляемого водорода от шампанского до просекко, а затем и столовой воды», – метко сказал Йорго Хатзимаркакис, генеральный секретарь Hydrogen Europe, отраслевого органа, подчеркивая, что отрасль голодна до капитала. Крупнейший в мире производитель электролизеров сейчас может делать скромные 80 МВт в год, а цели у ЕС в сотню раз больше. Потенциал для развития еще большой, ведь издержки будут падать с ростом масштаба.
По окончании начальной фазы 2020–2025 в ЕС, согласно стратегии будет производиться 1 млн тонн чистого водорода в год и будет установлено не менее 6 ГВт мощности электролизеров.
Подитог
Водород может внести коррективы в существующие геополитические и экономические «статусы» различных стран – некоторые импортеры могут превратиться в экспортеров, а традиционные поставщики утратить свое влияние на рынки. Водородные экспортные намерения сохраняются у традиционных производителей энергоресурсов – Саудовской Аравии, РФ, Австралии и, например, Норвегии. Но дверь остается открытой для новых игроков (таких как Украина) с точными стратегиями, гармонизированными юрисдикциями и ресурсным потенциалом.
По данным международного энергетического агентства, в последние годы инвестиции мировых нефтегазовых компаний за пределы их основных направлений деятельности составляли менее 1% от общих капитальных затрат. Разумеется, их принято считать главными оппонентами «энергетического перехода» и развития углеродно-нейтральной энергетики. Но в 2020 году стратегии поменялись. Например, после визита на водородный завод в промышленном комплексе Ла-Порт министр энергетики США Дженнифер Гранхольм заявила, что водород поможет ранее нефтяному Хьюстону оставаться «мировой энергетической столицей», производя (и, возможно, однажды экспортируя) топливо будущего – водород.
Кроме нефтегазового бизнеса, существенный вклад в развитие водородного сектора может сделать атомная энергетика. Это может стать залогом продления сроков эксплуатации энергоблоков АЭС, переориентированных на производство водорода. В США четыре компании оператора АЭС Energy Harbor, Xcel Energy, Exelon, и Arizona Public Service (APS) уже ведут проекты по этому направлению. Атомщикам не нова тема водорода – ведь он производится в электролизных цехах АЭС и используется для охлаждения генераторов турбин.
Сунита Сатьяпал, директор водородного офиса Министерства энергетики США, говорит: «Ключевым преимуществом водорода является то, что он может обеспечить интеграцию всех секторов». Балансирование режимов энергосистем, насыщенных возобновляемыми источниками, может быть выполнено и с помощью водородных технологий. Хороший проект Advanced Clean Energy Storage в штате Юта (США), который планируется ввести в эксплуатацию к 2025 году, станет крупнейшей системой хранения чистой энергии в мире.
«Мы собираемся построить очень большую систему электролиза, которая сможет преобразовывать возобновляемую энергию в водород», – сказал Пол Браунинг, президент и генеральный директор Mitsubishi Power Americas. «Мы собираемся хранить этот водород в соляном куполе в течение длительных периодов времени, чтобы его можно было использовать, когда электросети требуется электричество». Так что не удивляйтесь, что вместе с Водородной стратегией 8 июля 2020 года ЕС опубликовал стратегию интеграции энергосистем для формирования ключевых принципов взаимодействия.
Важно отметить новый технологический виток развития глобальной энергетики, и тут ценность водородной революции намного выше цены, которую мы за него заплатим. В мировой технологической основе образовался застой со времен яркого скачка атомной энергетики и обретения зрелости возобновляемых источников. Последние десятилетия сектором правил тренд реформирования регуляторных режимов при сохранении старой сущности оборудования. А теперь неизбежно наступает эпоха реконструкции.
Обеспечение человечества чистой и надежной энергией требует от корпораций, правительств и сообществ возврата на твердую почву инженерного мышления, законов физики и химии, заводских цехов и университетских лабораторий. Как сказал мне однажды один профессор – электрическая лампочка Эдисона получилась не в результате тысяч лет эволюции парафиновых свечей. И похоже, пришло время следующего витка развития, который обязан прийти на замену устаревшей инфраструктуры ХХ века.
Вы нашли ошибку или неточность?
Оставьте отзыв для редакции. Мы учтем ваши замечания как можно скорее.
