Важно отметить, что в настоящее время менее 2% мирового производства водорода приходится на электролизеры, и лишь небольшая часть — на переработку энергии. В условиях, когда ожидается появление целого ряда новых применений — помимо промышленности и химии — с использованием водорода в качестве топлива или альтернативного решения для хранения энергии, возможно, стоит пересмотреть текущую ситуацию и то, чего следует ожидать в ближайшие годы.
Можно ли достичь 100% «зеленого» водорода уже сегодня?
Мировое производство водорода оценивается примерно в 70 миллионов тонн (Мт), в основном из природного газа (75%) и угля (23%). Для производства такого количества водорода требуется потребление 205 миллиардов кубометров природного газа (6% мирового потребления) и 107 Мт угля (2% мирового потребления). Исходя из существующих методов производства, мировое производство водорода ежегодно приводит к выбросам 830 Мт CO2. Производство водорода из ископаемого топлива без улавливания CO2, выделяемого в процессе производства, является самым дешевым методом (1 долл. США/кг H2).
Таким образом, в свете последнего доклада Межправительственной панели по изменению климата (МГЭИК), который показывает, что выбросы парниковых газов в результате деятельности человека ответственны за потепление примерно на 1,1°C с 1850-1900 годов, и с использованием усредненных оценок на следующие 20 лет, ожидается, что глобальная температура достигнет или превысит 1,5°C потепления, что окажет драматическое воздействие на климат и общество. Очевидно, что ускорение перехода к «чистому водороду» имеет решающее значение.
Если бы все текущее производство водорода (70 миллионов тонн) осуществлялось методом электролиза воды (при котором вода и электричество используются для получения водорода), это привело бы к годовому потреблению электроэнергии в 3600 тераватт-часов (ТВт·ч), что превышает годовой объем электроэнергии, производимой Европейским союзом. Для производства H2 методом электролиза потребовалось бы 617 миллионов кубических метров воды, что примерно вдвое больше текущего потребления воды для производства водорода из природного газа. Кроме того, количество возобновляемой энергии, доступной для производства водорода, остается незначительным и ограничено мелкомасштабными применениями. Задача огромна, и именно это нравится инженерам.
Как получить чистый водород в больших объемах?
В связи с внедрением водорода в качестве альтернативного источника энергии и высоким спросом на сокращение глобального углеродного следа в процессе преобразования, производство, хранение и распределение водорода должны быть более эффективными.
В отчете Goldman Sachs за сентябрь 2020 года о «зеленом» водороде подсчитано, что к 2050 году Европе потребуется увеличить мощности электролизеров в 8000 раз по сравнению с текущим уровнем. В то же время инженерам потребуется активизировать исследования для повышения эффективности электролизеров, при этом такие технологии, как высокотемпературные твердооксидные электролизеры (ТОЭ), демонстрируют большие перспективы.
Рисунок 01: Глобальная карта водородных долин по состоянию на май 2021 г. - Источник PRBX/FCH
Для достижения цели к 2050 году и необходимого объема «зеленого» водорода во всем мире было предпринято несколько региональных инициатив. Европа, запущенная более 10 лет назад, значительно опережает другие страны, и в январе 2021 года была запущена «Платформа Водородной долины» для объединения региональных проектов и обмена передовым опытом. Первоначально созданная по заказу Европейского союза и разработанная совместным предприятием по топливным элементам и водороду, платформа «Миссия «Инновации Водородная долина»» вызвала значительный интерес у мирового сообщества и теперь охватывает проекты по всему миру (Рисунок 01).
Когда водородная долина станет реальностью:
Северные Нидерланды стали первым регионом в Европе, получившим грант на создание водородной долины. Заявка на грант от северных Нидерландов была одобрена Совместным предприятием Европейской комиссии по топливным элементам и водороду (FCH JU), и в январе 2020 года был запущен шестилетний проект «Применение энергии H2 в условиях долины на севере Нидерландов», известный как HEAVENN. Рисунок
02: Проект NortH2 и этапы на пути к 2050 году - Источник: PRBX/GASUNIE
Проект HEAVENN уникален тем, что охватывает и объединяет всю цепочку создания стоимости водорода в пределах одного географического региона. В нем участвуют 31 государственный и частный заинтересованный участник из шести европейских стран. Проекты включают крупномасштабное производство экологически чистого водорода в качестве сырья для промышленности, хранение, транспортировку и распределение водорода, а также его применение для энергоснабжения в промышленности, строительстве и транспорте.
Учитывая количество проектов по созданию водородных долин по всему миру, нет сомнений в том, что объемы производства экологически чистого водорода будут быстро расти, но при этом его цена снизится до уровня ниже 1,5 евро/кг.
Проект NortH2 является хорошим примером водородной долины и ее экосистемы. Расположенный в Эемсхавене, на севере Нидерландов, проект направлен на производство одного миллиона тонн водорода в год на морской ветроэлектростанции. Как показано на рисунке 2, проект NortH2 включает в себя производство водорода, его хранение, транспортировку по трубопроводам и распределение.
Рисунок 03: Упрощенный обзор систем хранения энергии - Источник: PRBX/IEA
Водород может предложить решения для долговременного хранения энергии.
Эксперимент NortH2 также является отличным примером экономической целесообразности использования водорода для хранения энергии, решая проблему, с которой сталкиваются многие предприятия возобновляемой энергетики, когда у них есть избыток электроэнергии, которую они не могут поставлять в сеть, как это произошло в Австралии и с крупными ветровыми электростанциями.
Хотя преобразование возобновляемой энергии в водород с помощью электролизеров и водорода в электричество с помощью топливных элементов сегодня не очень эффективно, достигнут прогресс, и исследования быстро продвигаются. Как показано на рисунке 3, при хранении водород остается доступным в течение гораздо более длительного периода по сравнению с другими методами и в очень больших объемах. Топливные элементы могут включаться по требованию для снабжения сети в периоды пикового потребления.
Эксперимент NortH2 — лишь один из многих примеров, демонстрирующих, как водород будет способствовать производству безуглеродной энергии и обеспечению высокопроизводительного хранения энергии.
Ссылки:
Powerbox (PRBX)
Совместное предприятие по топливным элементам и водороду
Применение водородной энергии в долинах северных Нидерландов
О компании Powerbox
Компания Powerbox, основанная в 1974 году, со штаб-квартирой в Швеции и работающая в 15 странах на четырех континентах, обслуживает клиентов по всему миру. Компания специализируется на четырех основных рынках — промышленном, медицинском, транспортном/железнодорожном и оборонном — для которых она разрабатывает и продает высококачественные системы преобразования энергии для сложных задач. Миссия Powerbox — использовать свой опыт для повышения конкурентоспособности клиентов, удовлетворяя все их потребности в электроэнергии. Эта цель движет каждым аспектом деятельности компании, от разработки передовых компонентов до предоставления высококачественного обслуживания клиентов. Powerbox известна своими техническими инновациями, которые снижают энергопотребление, и способностью управлять всем жизненным циклом продукции, минимизируя при этом воздействие на окружающую среду. Powerbox является компанией группы Cosel.
Об авторе:
Патрик Ле Февр, директор по маркетингу и коммуникациям компании Powerbox, — высококвалифицированный маркетолог и сертифицированный инженер с 35-летним опытом успешной работы в области силовой электроники. Он является пионером в коммерциализации новых технологий, таких как цифровая энергетика, и в технических инициативах по снижению энергопотребления. Ле Февр является автором и докладчиком многочисленных аналитических докладов и статей на ведущих международных конференциях по силовой электронике. Его работы были опубликованы более 350 раз в средствах массовой информации по всему миру. Он также участвует в различных экологических форумах, делясь своим опытом и знаниями в области чистой энергетики.
Патрик Ле Февр,
директор по маркетингу и коммуникациям компании Powerbox.
