Многие страны уделяют этому возобновляемому источнику энергии большое внимание. В середине 2020 года Германия обнародовала свою национальную водородную стратегию и выделила 7 миллиардов евро на то, чтобы стать лидером в использовании этой технологии. К слову, Германия не единственная страна, запустившая водородную кампанию: Япония, Франция, Южная Корея, Австралия, Нидерланды и Норвегия начали свой курс на водород раньше Германии, причем Япония сделала это раньше других – в декабре 2017 года.
К 2030 году федеральное правительство планирует реализовать программу «пять ГВт», цель которой – производство 450 000 тонн «зеленого» водорода в год согласно расчетам, сделанным консалтинговой компанией McKinsey для Handelsblatt.
Этого достаточно для:
- производства экологичной стали, которой хватит для выпуска 1,7 млн автомобилей;
- вывода на дороги до 8 500 фур, работающих на водородных топливных элементах;
- отопления 500 000 квартир;
- производства 20% искусственных удобрений для их последующего использования в Германии;
- авиаперевозки 3,3 млн пассажиров на «экологически нейтральном» керосине из Кельна на Майорку и обратно.
Россия в свою очередь планирует к 2024 году построить целую водородную промышленность и экспортировать в ЕС газ по своей трубе «Северный поток-2». По словам сторонников развития этого вида ВИЭ: «Мы не можем все электрифицировать: отдельные промышленные процессы и тяжелый транспорт должны будут перейти на газ. И лучшим решением является возобновляемый водород. Он абсолютно чист. И его цена будет вполне доступна, учитывая нынешнюю невысокую стоимость возобновляемых источников энергии».
Что такое «зеленый водород»?
Водород – это бесцветный газ, однако для его описания существует множество красочных терминов. Вокруг нас, в атмосфере и окружающей среде, водорода много, но его использование в промышленных целях – это совсем другая история. В зависимости от того, как используется водород, он может быть коричневым, серым, синим, бирюзовым и зеленым.
Зеленый газ производится путем использования электроэнергии из возобновляемых источников энергии (ВИЭ) для питания электролизера. Этот метод не дает вредных выбросов. «Зеленый» водород – это водород без выбросов, что крайне важно для достижения целей по выбросам углекислого газа, сформулированных в Парижском соглашении.
Все, что нужно для производства «зеленого» водорода, это вода, большой электролизер и обильное снабжение электроэнергией из возобновляемых источников, таких как ветер, солнце или водоемы. Единственным выбросом в результате этого процесса будет углекислый газ, выделяемый при производстве необходимой инфраструктуры (сталь, кабели, машины). На долю «зеленого» водорода в настоящее время приходится менее 1% мирового производства водорода. Тем не менее, с более крупными электролизерами и более высокими инвестициями объемы зеленых водородных проектов вырастут в ближайшие годы.
Почему это направление активно развивается?
ВИЭ являются чистыми источниками электроэнергии. Однако не все завязано на электричестве. Сталелитейная и бетонная промышленность опираются на тепло, а сжигание «зеленого» водорода – отличный способ обезуглероживания необходимой энергии. Водород также используется в промышленности. В настоящее время основным источником водорода является природный газ – «зеленый» водород может стать промышленным водородом, который только в США составляет 10 миллионов метрических тонн.
У Германии есть проблема с энергосистемой. В солнечные ветреные дни солнечные парки и ветряные турбины на севере производят больше электроэнергии, чем может потребить северная часть страны. Из-за этого Германия вынуждена продавать излишки электроэнергии соседним странам себе в убыток. Это означает, что она платит соседним государствам за то, чтобы те забирали у нее излишки энергии. Зеленый водород – отличная среда для хранения энергии. Избыток электроэнергии из возобновляемых источников можно хранить в виде водорода, а затем сжигать для выработки электроэнергии, когда это необходимо.
Главная проблема, стоящая перед движением, продвигающим идею «зеленого» водорода, это стоимость. Производство одного килограмма «зеленого» водорода обходится в сумму от 3,0 до 7,5 долларов США по сравнению с 0,9-3,2 доллара США за килограмм при производстве с использованием паровой метановой конверсии. Однако ожидается, что цена электролизеров может упасть вдвое к 2040 году, что является хорошей перспективой для данной технологии.
Водород имеет более низкую энергетическую плотность на единицу объема, чем природный газ. Это означает, что для удовлетворения того же спроса на энергию необходимо транспортировать более щедрое количество водорода по сравнению с природным газом. Однако перепрофилирование существующих газопроводов может быть использовано и для удешевления транспортировки водорода.
В России
В 2021 году НОВАТЭК приступил к первому в России промышленному проекту по генерации электроэнергии из водорода. В рамках плана по сокращению выбросов компания модернизирует одну из восьми газовых турбин SGT-800 производства Siemens на электростанции, снабжающей завод по сжижению газа «Ямал СПГ». В ближайшее время именно там должна появиться пилотная установка по производству водорода.
НОВАТЭК ставит перед собой цель к 2030 году снизить выбросы парниковых газов при добыче углеводородов на 6%. Речь идет о модернизации камеры сгорания: этот узел отвечает за процесс горения топливно-воздушной смеси, и необходима его глубокая модернизации для работы на водороде. В планах НОВАТЭКа выпуск и экспорт как «голубого», наименее востребованного у европейских и азиатских покупателей, так и «зеленого» водорода.
«Голубой» водород производится из газа методом парового риформинга, а образующийся СО2 улавливается в хранилища. «Зеленый» водород производится электролизом воды при помощи ВИЭ. Для этого компания планирует строить ветропарки на Ямале, Гыдане, а также, возможно, в Мурманской области и на Камчатке. Модернизация позволит НОВАТЭКу сократить углеродный след СПГ и получить опыт использования водорода в энергообеспечении сложного производства в условиях Арктики, отмечает старший аналитик Центра энергетики МШУ «Сколково» Юрий Мельников.
В Европе
Энергетическая компания Axpo, крупнейший производитель возобновляемой энергии в Швейцарии, планирует производить «зеленый» водород с помощью энергии реки Рейн. Установка по производству водорода на ГЭС Эглизау-Глаттфельден – первая из нескольких, которые Axpo собирается ввести в эксплуатацию в ближайшие годы.
Электролизёр мощностью 2,5 мегаватта, который планируется запустить осенью 2022 года, будет производить около 350 тонн «зеленого» водорода в год. Если спрос на водород будет расти, мощность установки может быть увеличена вдвое – до 5 мегаватт. Прямое подключение устройства к электростанции позволит обеспечить производство водорода «климатически-нейтральным образом».
Axpo рассказывает, что начинала планировать производство водорода на этой электростанции ещё в 2015 году. Однако до настоящего времени проект не получил развития, поскольку объемы продаж H2 оставались ниже ожидаемых. Гай Бюлер, начальник отдела водорода в Axpo, поясняет: «С тех пор борьба с изменением климата стала намного более важной, а водород оказался подходящим источником энергии для декарбонизации в транспортном и промышленном секторах».
Поскольку «водородная экосистема» транспортного сектора начала развиваться в Швейцарии, Axpo вместе с Hydrospider AG собирается продавать водород, вырабатываемый на электростанции Эглизау-Глаттфельден, и доставлять его сетям заправочных станций непосредственно от места производства. Сегодня на дорогах Швейцарии уже более 50 грузовиков, работающих на водородных топливных элементах. По данным Hydrospider, к 2026 году их будет более 1600. Сеть водородных заправочных станций также значительно вырастет в следующие два года – с нынешних шести до 50.
Axpo прорабатывает возможности производства водорода и на других своих ГЭС. В Швейцарии примерно 60% электричества вырабатывают гидроэлектростанции. Гидроэнергетический потенциал страны задействован практически полностью. Последние 20 лет потребление электроэнергии в Швейцарии находится примерно на одном уровне, и владельцы гидроэлектростанций стремятся поднять потенциал своих ГЭС с помощью водорода.
Перспективы развития
На «зеленом» водороде могут работать транспортные средства и крупные отрасли промышленности. Им можно отапливать квартиры и дома, а также можно сжигать его для получения электроэнергии. «Зеленый» водород – это отличная среда для хранения энергии из возобновляемых источников, которую можно сжигать всякий раз, когда это необходимо для производства требуемой энергии. «Зеленый» водород – это один из способов уйти от климатического кризиса. Правительства и организации должны работать сообща в этом направлении. Многие страны уже приняли Закон о нулевом уровне вредных выбросов, чтобы прийти к нулевым показателям к 2050 году.