Станет ли «зеленый» водород топливом 21-го века?

Снижение выбросов парниковых газов в атмосферу для сохранения климата планеты становится ключевой целью для ведущих экономик мира. В рамках взятых обязательств по Парижскому соглашению США и Япония планируют снизить выбросы на 80%, а Европейский союз намерен добиться полной углеродной нейтральности к 2050 году. Мировой тренд уже привел к бурному развитию возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Однако, чтобы удержать прирост глобальной средней температуры в этом столетии на уровне ниже 1,5 градусов, необходимо дальнейшее развитие безуглеродных технологий в энергетике и других отраслях. Одним из очевидных решений эксперты видят использование водорода. Этот газ может стать важным топливом для энергетики будущего, выступая аккумулятором избыточной энергии, вырабатываемой ВИЭ, и альтернативой природному газу.

«Зеленая» энергия — «зеленый» водород

Водород активно используется в промышленности на протяжении двух последних столетий. Так, один из первых двигателей внутреннего сгорания, появившийся в начале XIX века, работал именно на водороде. Этим газом наполняли аэростаты, его используют в космической промышленности. Сейчас водород производят в основном для нужд химической промышленности, без водорода невозможны процессы нефтепереработки, производство аммиака и стали.

Чаще всего газ синтезируют с использованием ископаемых видов топлива. В индустрии принята цветовая классификация водорода в зависимости от того, как он был получен. Например, водород, производимый из ископаемого топлива, называют «серым». «Синим» считается водород, полученный из ископаемого топлива, но с последующим улавливанием и хранением углекислого газа, возникающим при его производстве. «Зеленым» считается водород, полученный путем электролиза с использованием энергии от возобновляемых источников. В этом процессе электроэнергия от солнечных или ветряных электростанций используется для расщепления молекул воды на кислород и водород.

«Зеленый» водород может стать решением проблемы непостоянства работы генерации на базе ветра или солнца: водород становится хранилищем избыточной энергии, получаемой в солнечные и ветряные дни, впоследствии его можно использовать в качестве топлива для производства электроэнергии и тепла, когда это требуется потребителям.

Экономическая целесообразность такого технического решения очевидна уже сейчас, так как с увеличением доли ВИЭ во многих европейских странах возникают феномены отрицательных цен. Электроэнергию, как известно, пока не получается складировать. Это означает, что в периоды спада нагрузки генерирующие мощности работают вхолостую. А в моменты пика, если их недостаточно, могут не справиться с нагрузкой. Рост доли ВИЭ, работа которых зависит от погодных условий, сделала задачу балансировки энергосистемы более комплексной. Так хороший ветер и высокая выработка ВЭС в Германии три года назад впервые привели к образованию отрицательных цен на электроэнергию: из-за перепроизводства электричества владельцам ветропарков пришлось доплачивать потребителям 50 евро за каждый МВт*ч. Подобные инциденты происходили позже и в других странах ЕС. Слишком ветреная и солнечная погода стала причиной отрицательных цен на энергию в этом году в Финляндии, Бельгии, Великобритании, Франции, Нидерландах и Швейцарии.

Именно в такие моменты водородные технологии способны балансировать энергосистему: излишек электроэнергии может направляться на электролиз воды, а полученный водород можно использовать в качестве топлива во время пиковых нагрузок.

Декарбонизация с помощью водорода

По оценкам BloombergNEF (BNEF), полученный с помощью электролиза «зеленый» водород может сократить глобальные выбросы парниковых газов до 34% к 2050 году. Хотя производство «зеленого» водорода в настоящее время обходится дороже, чем получение газа с помощью углеводородного топлива, во всем мире прогнозируется значительное сокращение затрат. За последние пять лет стоимость технологии электролиза упала на 40% и продолжает снижаться. Технология может внести большой вклад в декарбонизацию наиболее зависимых от ископаемого топлива секторах экономики, таких как химическая промышленность, сталелитейное производство, транспорт.

Эксперты BNEF также прогнозируют, что еще до 2030 года «зеленый» водород ценой чуть выше $2/кг начнет конкурировать с углем и природным газом в качестве энергоносителя при производстве стали, а к 2050 году при цене $1/кг станет выгоднее газа на мировых рынках и сможет конкурировать с самым дешевым углем, но при этом обеспечивая нулевые выбросы СО2. За счет «зеленого» водорода произойдет своего рода окончательная электрификация мировой промышленности.

Примечательно, что для хранения и транспортировки водорода, а также для получения с помощью него электроэнергии и тепла, существует возможность использования технологий и инфраструктуры традиционной газовой генерации. Поэтому масштабное применение водорода в электроэнергетике позволит заместить ископаемые виды топлива и существенно снизить углеродный след всей отрасли.

Для чистого будущего

В перспективности нового глобального энергоносителя уверены в корпорации Fortum. Недавно в ней сформировали целую команду для развития и продвижения водородной энергетики. Кроме того, корпорация присоединились к ассоциации Hydrogen Europe, которая продвигает использование водорода в обществе без выбросов. Uniper, дочерняя компания Fortum, также является членом ассоциации и пионером среди энергетических компаний, которые занимаются производством водорода. В портфеле Uniper находятся две станции в Германии (в Гамбурге и Фалькенхагене), где водород получают при помощи энергии ветра. По мнению специалистов компании, он вкупе с возобновляемыми источниками энергии позволит обеспечить полноценный переход к «низкоуглеродной» экономической модели.

Этой точки зрения придерживаются и в британо-нидерландском концерне Shell. Год назад при поддержке Евросоюза, на территории своего нефтеперерабатывающего завода в Германии компания приступила к строительству одной из крупнейших в мире установок по производству водорода методом электролиза. После ввода в эксплуатацию во второй половине 2020 года установка сможет производить до 1 300 тонн водорода ежегодно. По словам специалистов Shell, он будет использован как в производственных процессах самого завода, так и в качестве топлива для автобусов, грузовых и легковых автомобилей.

Новая отрасль имеет большой потенциал и в нашей стране. Эксперты «Гринписа» и РАНХиГС спрогнозировали это на страницах «Зеленого курса для России». Программа включает предложения по снижению выбросов парниковых газов на 40% к 2030 году и достижения углеродной нейтральности к 2050 году. По мнению ее составителей, а этом огромную роль сыграют технологии ВИЭ и водородная энергетика.

Производство чистого водорода поддерживают многие специалисты, включая экспертов отечественной атомной отрасли. В «Росатоме» предложили использовать избытки атомной энергии для производства так называемого «желтого» водорода.

В качестве площадки для реализации пилотного проекта выбрана недозагруженная Кольская АЭС. Здесь планируется создать соответствующую инфраструктуру, которая позволит протестировать современные генераторы водорода и системы его хранения. Полученный в результате водород может быть использован для заправки поездов, грузовых и легковых автомобилей. Его будут поставлять и на экспорт. Этой возможностью уже заинтересовались в Японии, где активно развивается водородный транспорт.

Впрочем, интерес японские инвесторы проявили не только к производству «желтого» водорода, но и «зеленого». Компания Kawasaki в сотрудничестве с «Русгидро» планирует построить на Колыме завод по получению этого газа. Электроэнергию для работы энергообъекта будет поставлять Усть-Среднеканская ГЭС. Ее энергию направят на получение сырья с помощью технологии электролиза. Колымский водород планируют отправлять на экспорт в страны Азиатско-Тихоокеанского региона.

Автор: Андрей Фролов

Фото с сайта корпорации Fortum, pixabay.com