Концепция «зелёной» водородной энергетики всё больше разбивается о реальность

Сегодня переход к безуглеродной энергетике считается уже вопросом решённым, а общий тренд на повышение экологичности экономической деятельности целых стран мира стал предметом многочисленных споров, обсуждений и разработок стратегий по переходу на новый энергетический уклад.

Всё еще открыт вопрос: водород - это утопия, или антиутопия?

 

Европа (да и весь мир в целом) выбрала переход на водородную энергетику как наиболее экономически и энергетически эффективное средство достижения климатической нейтральности своих стран к 2050 году.

В энергетических стратегиях, представленных Японией, Южной Кореей, Россией и странами Европы, водород является универсальным энергоносителем, который призван заменить углеводородное топливо (нефть, газ, уголь) на экологически чистый и нейтральный газ с высокой теплотворностью.

Однако у водородной энергетики есть существенная проблема (помимо хранения и транспортировки), и заключается она в отсутствии залежей свободного водорода. Поэтому водород требуется производить, то есть конвертировать первичную энергию и первичные ресурсы в производство водорода.

Другими словами, мы должны искусственно создавать этот энергоноситель, причём затрачивая на его производство больше энергии, чем будем получать от его использования. А это, в свою очередь, накладывает массу ограничений на использование первичной энергии. Во-первых, она должна быть углеродно-нейтральной, а во-вторых, достаточно мощной, чтобы обеспечивать не только энергетические нужды человечества в первичной энергии, но и иметь большой запас для производства водорода и перехода к водородной экономике (как это видят в Германии) или к водородному обществу (по версии Японии).

Основная концепция использования водорода в Европе. Водород производится на электролизерах при помощи энергии ВИЭ, а также угольных и газовых станций. Помимо этого, водород и сырьё для его производства (аммиак) импортируются. Сырьё перерабатывается в дополнительный объём водорода, который через существующие газопроводы поступает потребителям (в том числе и вместе с природным газом)

 

Первичную энергию можно получить несколькими способами:

• сжигая традиционное углеводородное сырьё (нефть, газ, уголь);
• используя физические процессы деления атомного ядра (атомная энергетика);
• используя потенциал водных масс в местах перепада высот (гидроэнергетика);
• используя энергию ветра и солнца (ветряная и солнечная энергетики);
• используя тепловую энергию недр нашей планеты (геотермальная энергетика);
• в будущем возможно использование физических процессов слияния ядер лёгких элементов (термоядерная энергетика).

Так как водородная концепция предусматривает отказ от углеводородных ресурсов, то использовать газ или уголь для производства водорода нельзя - это ломать всю водородную концепцию.

Однако новые возводимые газовые электростанции в Германии имеют практически нулевой выброс СО2 в атмосферу благодаря технологии улавливания попутных парниковых газов с их последующей утилизацией. Например, энергетической компанией "Uniper" в Германии уже построена первая в мире угольная электростанция, удовлетворяющая всем европейским экологическим нормативам.

Более того, невзирая на политику Германии по отказу от использования угля, в 2020 году была запушена новенькая угольная электростанция «Datteln 4» мощностью 1100 МВт, вредные выбросы которой находятся на уровне самых современных газовых электростанций, действующих в Германии. Стоимость данного проекта составила без малого 1,5 миллиарда евро.

"Kraftwerk Datteln 4" - первая в мире экологически чистая угольная электростанция. Немцы делают вещи...

Да, как бы ни было удивительным, Германия выделила 1,5 миллиарда евро на угольную станцию! Угольную! Но экологически чистую угольную электростанцию, а это другое - понимать надо.

Очевидно, в ближайшие 10 лет газовые и даже угольные электростанции станут климатически нейтральными, без вредных выбросов в атмосферу. И это факт.

Производство водорода в качестве энергоносителя подразумевает под собой использование возобновляемого экологически чистого сырья – воды, а также возобновляемых экологически чистых источников энергии в виде солнца, ветра и той же гидроэнергетики.

Производство водорода этим методом будет таким же естественным для экосистемы Земли, как круговорот воды в природе. Таковой водород получил обозначение - "зелёный".

Цвета производимого водорода. Есть ещё другой тип — "коричневый" водород. Это такой же водород, как и "серый", но с использованием лигнита (бурого угля) вместо природного газа

 

Все остальные методы производства водорода либо сильно ограничены в масштабах (например, геотермальная энергетика), либо используют невозобновляемые природные ресурсы:

• атомные технологические станции по производству водорода – расходуют природный уран;
• паровой реформинг и газификация угля - расходуют газ и уголь соответственно.

Поэтому в общем рейтинге они стоят ниже зелёного водорода, даже если при их производстве не выделяется СО2.

Ценность зелёного водорода сегодня на порядок (в 10 раз) выше, чем «голубого», произведённого из природного газа с полным циклом утилизации и захоронения углеродных производных.

 Однако сегодня массово производить "зелёный" водород с помощью солнечных и ветряных электростанций слишком дорого, и эта тенденция в будущем только усугубится. Всё дело в том, что стоимость сырья в виде редкоземельных металлов, да и просто всех прочих цветных металлов (например, меди) уже бьёт рекорды из-за высокого проса, а без них построить современную СЭС и ВЭУ невозможно.

Динамика роста цены на медь за тонну в долларах США. Лондонская биржа

 

Так, спотовые цены на поликристаллический кремний выросли более чем на 20 %. А стоимость производства поликремниевых панелей с начала 2021 года выросла в разы!

 Поэтому разговоры про массовое производство "зелёного" водорода, столкнувшись с суровой реальностью, стали потихоньку затихать, потому что производить электроэнергию на тех же солнечных электростанциях в 3 раза выгоднее, чем производить аналогичное в энергетическом эквиваленте количество "зелёного" водорода.

Сегодня производство "голубого" водорода в 3-4 раза выгоднее производства "зелёного", даже учитывая углеродный налог.

Понимая это, многие потенциальные производители водорода попросту отказались от массового производства зелёного водорода. Например, Австралия в своей водородной стратегии делает упор на производство "серого" водорода из угля с попутным захоронением СО2. Проектом уже заинтересовалась Япония.

Арабские Эмираты и Катар будут вкладывать средства в производство «голубого» водорода.

А в водородных стратегиях Японии, Южной Кореи и стран Европы вообще опускается пункт самообеспечения своих экономик необходимым количеством водорода.

В Германии так вообще указано, что водород им должна поставлять Россия, поэтому проблем с переходом к 2050 году на водородную экономику быть не должно (см. пункт № 38 водородной стратегии Германии).

В России, согласно водородной стратегии, до 2024 года должна быть разработана и обоснована сама экономическая модель водородной экономики, со всеми её производными (производство метан-водородных смесей; производство турбоагрегатов, способных работать на водороде; производство водородного транспорта). "Газпром" разрабатывает технологию производства "голубого" водорода, "Росатом" – технологию производства "жёлтого" водорода (электролиз воды на АЭС и строительство АТЭС для прямого производства водорода путём высокотемпературного электролиза).

В "Росатоме" с 2010 года разрабатывается технология производства водорода с помощью высокотемпературных гелевый ядерных реакторов. Первая подобная станция должна появиться в 2030 году

 

Даже старушка Европа уже не столь оптимистично настроена насчёт "зеленого" водорода, поэтому внезапно приравняла экологический след атомных электростанций в своём 387-страничном исследовании, размещённым на официальном сайте еврокомиссии «JRC SCIENCE FOR POLICY REPORT», к экологическому следу ветряных и солнечных электростанций.

Более подробно об этом я писал в статье "Еврокомиссия приравняла экологичность АЭС к солнечно-ветровой энергетике".

Всё потому, что по-другому никак не реализовать массовое и главное дешёвое производство "зелёного" водорода, на который Европа и делает основную ставку. Ну что ж, это хоть как-то спасает саму концепцию экологически чистого водорода.

Однако в России совсем недавно началась проработка проекта, который всё-таки способен реанимировать изначальную концепцию именно "зелёного" водорода – использование воды и возобновляемого экологически чистого источника энергии. Этот проект стоимостью более 300 миллиардов долларов окупится всего за 5 лет, и полностью обеспечит Европу необходимым количеством "зелёного" водорода. При этом сама Россия к 2050 году станет крупнейшим мировым производителем водорода всех «цветов», причём 85% всего мирового производство "зелёного" водорода будут вырабатывать именно российские электростанции.

Одним из проектов по производству массового и дешёвого "зелёного" водорода является строительство приливной электростанции в акватории Пенжинской губы

 

Но всё это будет при условии того, что миру действительно нужен этот самый пресловутый "зелёный" водород, и что это не очередная спекуляция и эксплуатация экологической тематики.

У меня лично большие сомнения в эффективности рынка "зелёного" водорода. Рынка энергетического водорода нет, когда он появится никто не знает, а технологии утилизации попутных газов с последующим захоронением при переработки метана, угля, или аммиака в чистый водород уже выши из лабораторных стен и начали внедряться в промышленность.

Если будет спрос на "зелёный" водород, то будьте уверены, ему уже уготовано место где он будет производиться десятками миллионов тонн в России.