От синего к зеленому: переход энергии водорода

В то время как целью может быть зеленый водород из возобновляемых источников энергии, синий водород из природного газа с улавливанием и хранением углерода будет более дешевым и быстрым способом сократить промышленные выбросы и создать спрос на чистый водород в течение следующих десяти лет. В долгосрочной перспективе его остаточный климатический след означает, что только массовое увеличение ветровой и солнечной энергии может дать газовой промышленности климатически нейтральное будущее.

Зеленый или возобновляемый водород, получаемый из энергии ветра и солнца, является Святым Граалем тех, кто ищет способ сократить выбросы от промышленных процессов. Многие, иногда неохотно, считают, что синий водород, полученный из природного газа с улавливанием и хранением углерода (CCS), необходим для того, чтобы проложить путь.

«Производство ранних, крупномасштабных количеств низкоуглеродистого водорода из природного газа с использованием CCS будет иметь важное значение для обезуглероживания промышленного сектора», — заявил Грэм Суини, председатель Платформы нулевых выбросов (ZEP), официальный советник ЕС по CCS, в Европейском парламенте в январе 2020 года.

Однако экологи беспокоятся, что нет никакой гарантии, что синий водород уступит место зеленому водороду в дальнейшем. Эти две линии имеют различные цепочки создания стоимости, которые включают в себя различные компании, навыки и инфраструктуру. Зеленый водород представляет интерес для коммунальных служб и сетевых операторов. Производство водорода с помощью электролизеров может дополнить бизнес-кейс для возобновляемых источников энергии и помочь сбалансировать сеть, в то время как синий водород — это новый, низкоуглеродистый продукт для нефтяных и газовых компаний, который может быть включен путем модернизации CCS на существующих заводах по производству водорода на ископаемом топливе.

«Мы не думаем, что синий водород — это плохо… [но] мы думаем, что это больше работа для нефтяных компаний [чем для коммунальных служб]», — сказал глава генерирующего бизнеса RWE Роджер Мизен на конференции «Ветер встречает газ» в Гронингене, Нидерланды, в октябре 2019 года.

В каком-то смысле переход от одного вида топлива к другому будет аналогичен переходу от биотоплива первого поколения ко второму. Первые были в основном сельскохозяйственными продуктами; вторые будут биохимическими продуктами. На практике эти два продукта следует рассматривать как разные, и европейские политики подчеркивают, что они должны разрабатываться одновременно, причем главной целью является зеленый цвет.

Параллельный мир

ЕС берет на себя глобальное лидерство в разработке политических рамок для стимулирования водородной экономики. Это происходит на национальном уровне со стратегиями Португалии, Нидерландов и Германии за последние три месяца и на уровне ЕС. Европейская комиссия (ЕК) опубликовала 8 июля 2020 года предложение о создании первой в истории европейской водородной стратегии и многостороннего «Альянса чистого водорода» для создания флагманских проектов.

В своей стратегии ЕС предлагает определения водорода, производимого различными способами, и способы стимулирования каждого продукта. Этот документ является первой попыткой учесть различные точки зрения, и законодательные предложения не ожидаются до середины 2021 года.

«Содержание углерода в водороде станет новой валютой», — прогнозирует Йорго Чацимаркакис из Hydrogen Europe, европейской торговой ассоциации водородной промышленности. — «Нам нужен четкий ориентир для чистого водорода с довольно низким граммом CO2 на килограмм [порог]».

Многие исследования уже показывают потенциальный ландшафт новой водородной экономики. Они сходятся в идее, что зеленый водород в конечном итоге будет доминировать, но расходятся в том, насколько и где он будет использоваться.

Это справедливо даже для исследований, проводимых по заказу газовой промышленности. Последний отчёт, опубликованный 30 июня, является результатом многолетних усилий международного энергетического консалтинга DNV GL от имени Европейской торговой ассоциации Eurogas по разработке путей декарбонизации газа до 2050 года. В конечном итоге он получает лишь немного больше зеленого, чем синего водорода в «дружественном к газу» сценарии.

Сравните это с большинством в две трети голосов за зеленый водород в исследовании, проведенном ранее в этом году компанией Guidehouse (ранее Navigant) от имени консорциума европейских операторов газотранспортных систем «газ для климата». Кроме того, в отличие от модели DNV GL, для обогрева зданий будет использоваться биометан, а не водород.

Реальность такова, что оба исследования далеки от риторики зеленой водородной экономики. Они предвидят существенную и долгоживущую роль голубого водорода (и биометана). Общий консенсус в газовой промышленности и за ее пределами заключается в том, что зеленый водород не будет доступен в значительных объемах по конкурентоспособным ценам по крайней мере еще десять лет.

ЕС предусматривает государственную поддержку производства голубого водорода на «переходный период», предполагая, что это может помочь быстро снизить промышленные выбросы и создать спрос на чистый водород. ЕС не боится застрявших активов ископаемого топлива — несмотря на 25-летний жизненный цикл для производства голубого водорода – потому что потребуется «некоторое время», чтобы построить достаточно дешевую и обильную возобновляемую энергию для производства зеленого водорода в масштабе.

«Сейчас меньше борьбы между зелеными и синими [чем в прошлом], поскольку в течение определенного времени они будут дополнять друг друга», — говорит Ева Хенниг, глава отдела энергетической политики ЕС для Thuega, сети местных немецких коммунальных предприятий.

Консультанты подсчитали, что голубой водород может стать жизнеспособным при цене углерода в 50-60 евро за тонну. Это примерно вдвое превышает сегодняшнюю цену на углерод в ЕС, но они рассчитывают, что цель сокращения выбросов на 55% в 2030 году, предусмотренная Европейской зеленой сделкой, может ее достичь. ЕС также готов изучить контракты на разницу и квоты, чтобы дать толчок водородной экономике.

Синие заботы

Однако сторонники климатических кампаний и политики опасаются синего водорода по нескольким причинам. Во-первых, и это наиболее очевидно, это зависит от CCS, которая еще не является коммерческой реальностью, несмотря на то, что ЕС закачал в нее миллиарды долларов за последнее десятилетие. Отдельная проблема заключается в том, что улавливание углерода эффективно на 60-90%, а не на 100%.

CCS вернулся в европейскую повестку дня в качестве важнейшей «прорывной технологии» в зеленой сделке – и поэтому имеет право на получение новых средств – чтобы помочь декарбонизировать энергоемкие отрасли промышленности. Однако прошлый опыт показывает, что это не является гарантией того, что он действительно материализуется, чтобы «быстро» декарбонизировать существующее производство водорода.

Вторая проблема — утечка метана. Выбросы метана в этом году вызовут половину глобального потепления в течение следующих 20 лет, подсчитала американская неправительственная организация The Environmental Defence Fund. От четверти до трети этих выбросов приходится на нефтегазовую отрасль. Если верить голубому водороду, выбросы метана должны быть резко сокращены.

ЕК работает над межсекторальной стратегией по метану на конец 2020 года. Соглашение о стандарте производительности метана для Европы может оказать значительное влияние, поскольку ЕС потребляет около половины всего газа, торгуемого на международном рынке. Тем не менее, скептицизм, вероятно, сохранится в отношении реальной приверженности и способности сократить выбросы метана в таких местах, как Россия, крупнейший поставщик газа в ЕС.

Утечка метана была бы еще большей проблемой для «бирюзового» водорода, полученного из пиролиза или термического крекинга метана в водород и твердый углерод, потому что для этого требуется вдвое больше природного газа, чем для маршрута CCS. Некоторые в газовой отрасли – в том числе российский «Газпром» – изучают это, но технология все еще находится на ранней стадии.

Третья проблема заключается в том, что делать с инфраструктурой производства синего водорода, как только зеленый водород возьмет верх.

«Задача для синего водорода — показать, что вы также можете что-то сделать с электростанциями в будущем», — признает Хенниг.

В долгосрочной перспективе некоторые из этих установок могут быть снабжены биометаном для производства «климатически положительного водорода» или, другими словами, отрицательных выбросов, предполагает исследование Guidehouse.

Однако эта идея может столкнуться с извечной проблемой ограниченного предложения устойчивой биомассы. Другие исследования, такие как исследование комиссии по энергетическим переходам с участием многих заинтересованных сторон, говорят, что реформирование биометана «вряд ли сыграет важную роль» по этой причине.

Отдельный вопрос заключается в том, в какой степени синий водород приведет к созданию транспортной инфраструктуры, совместимой с зеленым водородом. Из-за их различных методов производства производство не будет осуществляться на одних и тех же площадках. Выделенные или модернизированные трубопроводы для одного могут быть не идеально расположены для другого.

Зеленый

Это приводит к более широкой дискуссии о роли водорода в энергетической системе. Основной аргумент газовой промышленности – и вывод как исследований DNV GL, так и исследований Guidehouse – заключается в том, что энергетический переход будет дешевле при большем использовании газообразной энергии и значительной части водорода.

Последняя работа для Eurogas оценивает экономию в € 130 млрд в год, или € 600 на домохозяйство, с сегодняшнего дня до 2050 года, если газ составляет треть, а не пятую часть конечного спроса на энергию. Экономия достигается за счет предшествующего масштабного переоборудования зданий и расширения электросетей.

Участники климатической кампании – и политика ЕС на сегодняшний день — выступают за более электрифицированную систему с зеленым водородом, играющим нишевую роль. Это более энергоэффективный и экономически эффективный вариант в долгосрочной перспективе, утверждают они. 8 июля ЕК осторожно указала, что энергоэффективность и электрификация на основе возобновляемых источников энергии остаются «более важными», чем водород.

Участники кампании опасаются, что большие объемы синего водорода могут подпитывать использование водорода в секторах, которые были бы лучше электрическими.

«Синий водород может помочь ускорить промышленную трансформацию», — говорит Маттиас Дойч, эксперт по водороду в немецком аналитическом центре Agora Energiewende. — «[Но] беспокойство заключается в том, что если появится много низкоуглеродистого водорода, он может не ограничиваться секторами, которые действительно нуждаются в нем».

Наиболее остро оспаривается сектор теплоснабжения.

Европейские политики ясно понимают, что зеленый водород является приоритетом, как по промышленным, так и по климатическим причинам, поскольку они видят большой экспортный потенциал в электролизерах. ЕС объявит конкурс на финансирование электролизера мощностью 100 МВт — в десять раз больше обычного размера сегодня – позже в этом году.

Они также предполагают, что синий водород в конечном счете будет заменен зеленым водородом из-за все более дешевой энергии ветра и солнца.

«Это кардинальное изменение», — говорит Ад ван Вийк, профессор энергетических систем будущего Делфтского технологического университета в Нидерландах.

ЕК прогнозирует, что зеленый водород будет конкурентоспособен по крайней мере в некоторых регионах к 2030 году. Она стремится к тому времени установить в Европе 40 ГВт электролизных мощностей в соответствии с первой опорой торговой ассоциации Hydrogen Europe «Инициатива 2×40 ГВт».  Промышленность считает, что к тому же сроку она может установить еще 40 ГВт в соседних странах.

«В долгосрочной перспективе водород должен быть зеленым», — говорит Дойч. — «Синий водород не свободен от углерода. Это не может быть моделью климатической нейтральности».

Зеленый водород может, но только если энергия, используемая для его производства, чистая. Будущее газовой отрасли зависит от масштабного развития возобновляемых источников энергии.

Елизавета Коробкова

Редактор ЭНЕРГОСМИ.РУ