Водород — двигатель будущего энергетики

В начале этого года в Дубае была заложена первая на Ближнем Востоке и в Северной Африке (MENA) установка электролиза водорода на солнечных батареях, созданная в сотрудничестве между Управлением электроэнергетики и водоснабжения Дубая (Dewa), Expo 2020 Dubai и компанией Siemens.

EПроект строится на открытых испытательных площадках DEWA в Центре исследований и разработок (R&D) в Солнечном парке имени Мохаммеда бин Рашида Аль Мактума в Дубае. Этот шаг способствует развитию зеленой экономики в ОАЭ.

Этот пилотный проект является первым в своем роде в регионе MENA по производству водорода с использованием чистой энергии. Он поддержит усилия DEWA по инновациям, исследованиям и разработкам в области хранения энергии и устойчивого развития, что является одной из тем Expo 2020 Dubai.

Проект также поддерживает усилия DEWA по содействию проведению одной из самых устойчивых Всемирных выставок в истории в соответствии с ролью DEWA в качестве официального партнера Expo 2020 по устойчивой энергетике.

Expo 2020 Dubai намерена продемонстрировать водородную мобильность, запитав ряд автомобилей на топливных элементах от водорода, производимого на объекте, и доставить посетителей Expo 2020 Dubai в солнечный парк имени Мохаммеда бин Рашида Аль Мактума. Данные об электролизе зеленого водорода в реальном времени будут представлены на выставке Expo 2020 Dubai.

Этот новаторский проект является примером стратегического партнерства между государственным и частным секторами. Он будет способствовать развитию концепции зеленой экономики в ОАЭ и изучению потенциала технологии зеленого водорода. Водород, произведенный на установке, будет храниться и использоваться для реэлектрификации, транспортировки и других целей, — сказал Саид Мохаммед Аль Тайер, генеральный директор DEWA, на церемонии закладки первого камня в феврале.

На той же церемонии Джо Кэзер, президент и главный исполнительный директор Siemens, сообщил, что его компания взяла на себя обязательство привезти зеленый водород в Дубай. С этой церемонией закладки фундамента мы приближаемся к тому, чтобы сделать это реальностью. Компания Siemens стала пионером в этой области во всем мире, производя зеленый водород из возобновляемых источников энергии с помощью электролиза на протонообменной мембране. Этот проект станет важным вкладом в развитие энергетического баланса Дубая и ОАЭ, — сказал он.

В новом научном исследовании сделан вывод, что водород, произведенный из возобновляемых источников энергии, станет экономичным энергоносителем, дополняющим электроэнергию и ускоряющим декарбонизацию промышленного сырья и тепла, а также обеспечивающим долгосрочные решения по хранению энергии.

В исследовании DNV GL объясняется, что водород — это уникальный энергоноситель без выбросов углерода, который можно использовать для долгосрочного хранения и отопления. При использовании электроэнергии, вырабатываемой из возобновляемых источников, получаемый энергоноситель представляет собой экологически чистый водород, не содержащий углерода.

Перспектива создания доступных водородных установок в среднесрочной перспективе является очень обнадеживающим сигналом для ускорения глобального энергетического перехода, — говорит Люси Крейг, вице-президент по технологиям и инновациям DNV GL-Energy.

Наше исследование демонстрирует, что зеленый водород обеспечивает оптимальное использование излишков электроэнергии, которые, как мы ожидаем, появятся в ближайшие годы в связи с быстрым ростом возобновляемых источников энергии. В сочетании с электролизом водород оказывается экономически целесообразным решением для декарбонизации сектора тепла и хранения.

DNV-GL считает, что экономическая целесообразность зеленого водорода станет реальной благодаря растущему проникновению ветряной и солнечной энергии в ближайшие годы. Согласно прогнозу DNV GL Energy Transition Outlook, в 2050 году на долю солнечных фотоэлектрических, ветряных и гидроэлектростанций будет приходиться 80 процентов мирового производства электроэнергии.

В исследовании говорится, что по мере роста мощностей появляются возможности для использования дешевой электроэнергии во избежание перебоев: сначала преобразование в тепло, затем (ежедневное) хранение в аккумуляторах и, в конце концов, преобразование в зеленый водород. На сайте

DNV-GL говорится, что предпосылки для того, чтобы водород стал экономически выгодным энергоносителем, двояки. Во-первых, перспектива все более частого использования дешевой электроэнергии, вызванная переизбытком доступной энергии из-за резкого роста возобновляемых источников энергии. Во-вторых, ожидается, что водород будет использоваться для поддержки низкоуглеродных вариантов.

При соблюдении этих параметров, по мнению DNV-GL, производство водорода на основе электроэнергии может конкурировать с производством водорода на основе природного газа и представляет собой жизнеспособный коммерческий вариант для многочисленных применений, начиная с промышленного водородного сырья.

Эксперты DNV GL по энергетике считают, что основные причины экономической целесообразности использования водорода в период с 2030 по 2050 год обусловлены тремя ключевыми событиями. Во-первых, стоимость электролизеров будет снижаться благодаря опыту обучения и стоимости развития активов, которая, как ожидается, уменьшится. Производство электролиза на основе избыточного или дешевого электричества от возобновляемых источников является одним из вариантов производства низкоуглеродного водорода без сопутствующих выбросов углерода.

Во-вторых, периоды времени, в течение которых доступны низкие или нулевые цены на электроэнергию, будут увеличиваться из-за роста возобновляемых источников энергии, создавая избыток энергии, доступной для энергосистемы.

И, наконец, штрафные санкции за выбросы углекислого газа в ближайшие годы, так как ожидается, что отрасли будут отходить от углеродоемких видов деятельности, например, благодаря введению налога на выбросы углекислого газа и стимулам для низкоуглеродных решений.

Топливо в мире постепенно перешло от древесины, в которой углерода в 10 раз больше, чем водорода, через уголь, в котором на каждый углерод приходится примерно один атом водорода, к нефти с вдвое большим количеством атомов водорода и природному газу с четырьмя гидрогенами на углерод.

По словам Робина Миллса, руководителя компании Qamar Energy и автора книги Миф о нефтяном кризисе, большая часть энергетического будущего вращается вокруг источников энергии, не содержащих ни углерода, ни водорода: солнца, ветра, гидроэнергии и, возможно, ядерной энергии, заряжающей батареи электромобилей.

Но водород может стать незаменимым хранителем и носителем энергии. Его можно производить из природного газа, — говорит Миллс. При этом выделяется углекислый газ, способствующий изменению климата, если его не улавливать и не хранить. Или же его можно производить путем расщепления воды с помощью электролиза, при этом не происходит никаких выбросов, кроме тех, что связаны с выработкой электроэнергии — это может быть низкоуглеродный метод, например, возобновляемая или ядерная энергия.

Интерес к водороду то ослабевал, то ослабевал. Администрация Джорджа Буша-младшего продвигала его как отвлекающий маневр, чтобы избежать серьезной борьбы с изменением климата, а покойный сенатор США Джон Маккейн отверг его как маленькую милую пиар-уловку. Предполагалось, что водородные топливные элементы смогут питать автомобили, но их обогнали электромобили. Водород относительно дорог и требует громоздких баллонов, инфраструктура для заправки не развита, он менее эффективен, чем батареи, позволяющие вырабатывать водород, а топливные элементы стоят дорого.

Но сейчас водород снова стал ключевым элементом, как отмечает бывший руководитель Masdar и Международного агентства по возобновляемой энергии Франк Воутерс. У этого элемента есть четыре ключевых преимущества. Во-первых, он гораздо более энергоемкий, чем аккумуляторы, которые все еще несут слишком мало заряда для дальних перевозок — грузовиков, кораблей и самолетов.

Во-вторых, отопление домов в Европе, Северной Америке и все чаще в Северо-Восточной Азии зависит от природного газа. Замена его электричеством приведет к тому, что в холодную зиму генерирующие и распределительные мощности окажутся под угрозой. Но водород можно поставлять по существующей газовой сети, сначала в качестве добавки к природному газу в небольших количествах, а затем, возможно, и в качестве единственного топлива.

В-третьих, водород может генерировать высокотемпературное тепло и служить сырьем для других промышленных процессов, например, для выплавки стали. На фоне множества планов сделать европейскую и американскую экономику безуглеродной к 2050 году, в настоящее время не существует коммерческих процессов, способных декарбонизировать большинство отраслей тяжелой промышленности.

В-четвертых, электролиз воды для получения водорода можно использовать для сохранения возобновляемой энергии в периоды ее изобилия — например, солнечной энергии в солнечный, но прохладный весенний день на Ближнем Востоке — для использования в периоды высокого спроса. Аккумуляторы, вероятно, дешевле для хранения электроэнергии в течение коротких периодов, но водород может выиграть для сезонного хранения.

Водород может стать ответом на две головоломки, с которыми сегодня сталкиваются крупные нефте- и газодобывающие компании. Как им диверсифицировать свою экономику и экспорт? И как им максимально эффективно использовать свои огромные углеводородные ресурсы, одновременно решая проблему изменения климата и не оказываясь в затруднительном положении в декарбонизирующемся мире?

Регион MENA обладает четырьмя ключевыми преимуществами для того, чтобы стать лидером водородной экономики: обилие недорогой солнечной энергии; большие запасы газа по разумным ценам; подземные хранилища для углекислого газа, улавливаемого при производстве водорода; географическое положение, идеально подходящее для выхода на европейский и азиатский рынки, — говорит Миллс.

Процесс производства водорода, будь то из природного газа или электричества, хорошо изучен. Водород можно транспортировать по модифицированным газопроводам, например, из Северной Африки в Южную Европу, или в жидком виде на судах, похожих на танкеры для перевозки СПГ. При определенных изменениях его можно использовать в промышленности и домах, хотя транспортировка — это более серьезный шаг. Япония, испытывающая дефицит отечественной энергии, ставит перед собой цель снизить стоимость водорода примерно до 7 долларов за миллион британских тепловых единиц (MMBtu), что примерно соответствует текущей цене СПГ.

Чтобы стать важной частью энергетической экономики, водород нуждается в снижении затрат, бизнес-модели и инфраструктуре. Здесь он напоминает первые дни СПГ. Абу-Даби в 1973 году стал первым ближневосточным экспортером СПГ; Япония была первым крупным покупателем и до сих пор является крупнейшим в мире потребителем этого топлива, — говорит Миллс.

Производители, грузоотправители и потребители водорода должны быть связаны жизнеспособными коммерческими контрактами и рынками. Правительства должны взять на себя четкие обязательства и напрямую инвестировать в раннее развертывание и, возможно, в отдельные объекты инфраструктуры. Наряду с европейскими правительствами, Япония могла бы дать толчок развитию водорода, как она сделала это с СПГ. Они могли бы обязать добавлять определенную долю водорода в продаваемый природный газ и ограничить выбросы углекислого газа от газовых электростанций.

Для уверенности в таком подходе потребители должны быть уверены, что зеленое топливо будет доступно по разумным ценам. Япония уже начала сотрудничать с Брунеем, Австралией, Норвегией и Саудовской Аравией. Бруней был одним из первых поставщиков СПГ; Австралия сейчас является крупнейшим поставщиком. ОАЭ, пионер в области СПГ, улавливания углерода и солнечной энергетики, также должны стать естественным партнером, наряду с крупной газовой компанией, заинтересованной в водороде, такой как Shell или Total.

Водородная экономика не возникнет просто так — ее ждет множество проблем, конкурентов и инерции, отмечает Миллс. Существует лишь ограниченное окно возможностей. Страны Ближнего Востока могут вдохновиться историей и построить новую энергетическую отрасль, как они делали это раньше.