Водород шагает по планете

Рассказываем о новых тенденциях, которые определяют перспективы развития глобального водородного сектора

По мере того как энергетический сектор ищет чистые и устойчивые альтернативы ископаемому топливу, водород становится все более многообещающим решением для декарбонизации различных отраслей экономики. По мнению Hydrogen Council (международного Совета по водороду), 2023 год ознаменовался значительным прогрессом в области водородных решений, продемонстрировав изменения, важные для формирования долгосрочных рыночных перспектив.

Трудности перехода

Сегодня во всем мире реализуется более 1000 проектов, связанных с водородом, причем за последний год было объявлено о более чем 350 новых инициативах. В 2022 году в водородные проекты было вложено почти 8 млрд долларов США (в 2020-м — немногим более 2 млрд долларов). К 2030 году инвестиции в этой области могут достигнуть 320 млрд долларов.

Водород — самый распространенный элемент во Вселенной, но на Земле он почти не встречается в свободном состоянии, а связан в основном с углеродом (в природном газе и других углеводородах) и кислородом (в воде). Извлечение водорода требует энергетических затрат, что, в свою очередь, приводит к выделению СО₂ в случае использования высокоэмиссионных источников энергии. Кроме того, углерод, выделившийся при производстве водорода из ископаемых источников, например метана, необходимо удалять и где-то хранить. Технологии улавливания снижают выбросы СО₂, но не устраняют их полностью. С экологической точки зрения наиболее предпочтительным является расщепление воды на водород и кислород с использованием электричества от ВИЭ или АЭС. Сегодня под чистым подразумевается водород, производство которого сопровождается низким уровнем выбросов (эмиссии) диоксида углерода и других парниковых газов. В эту категорию входит водород, полученный с использованием как возобновляемых, так и низкоэмиссионных источников энергии, а также произведенный из ископаемого топлива с применением технологий CCUS (Carbon Capture, Use and Storage — улавливание, использование и хранение углерода).

Все это требует немалых затрат, но сегодня водородные проекты получают большую политическую и, соответственно, финансовую поддержку, прежде всего в экономически развитых странах, где общество серьезно озабочено климатическими проблемами. При этом, в отличие от первой волны водородного бума, которая началась около 20 лет назад и была связана с большими планами по переходу на автомобили, работающие на водороде, сегодня повышенное внимание уделяется отраслям с интенсивными выбросами (таким, как производство цемента или дальнемагистральный транспорт), которые трудно или невозможно декарбонизировать только за счет электрификации.

Новые драйверы

Аналитики отмечают, что за последние два-три года многие водородные проекты получили ускоренное развитие, а интерес инвесторов к этой сфере значительно повысился. Правительства многих стран определили роль водорода в своих энергетических стратегиях, это помогло бизнесу оценить потенциальные рыночные перспективы и разработать планы по включению водорода в портфели проектов.

Кроме того, продолжающийся глобальный энергетический кризис высветил необходимость согласования потребностей в области энергетической безопасности с достижением климатических целей. Использование водорода отвечает этим задачам, так как может способствовать энергобезопасности стран — импортеров энергии за счет снижения зависимости от ископаемого топлива: развитие международного рынка водорода может увеличить количество потенциальных поставщиков энергии и обеспечить диверсификацию структуры энергопотребления.

По данным Международного энергетического агентства (МЭА), если все заявленные к настоящему времени проекты будут реализованы, к 2030 году использование водорода может помочь снизить потребление природного газа на 14 млрд м³ в год, угля — на 20 млн тонн в год и нефти — на 360 тыс. баррелей в сутки, что эквивалентно, например, всем известным на сегодня запасам ископаемого топлива в Колумбии. Самые большие возможности для сокращения использования ископаемого топлива и выбросов имеют тяжелая промышленность, грузовой автотранспорт и судоходство.

Отмечается, что при сегодняшних ценах на ископаемое топливо водород, произведенный с помощью возобновляемых источников, уже может конкурировать с водородом из ископаемого топлива во многих регионах, особенно в тех, где имеются хорошие ресурсы ВИЭ и которые нуждаются в импорте ископаемого топлива для удовлетворения спроса на производство водорода. Для производства водорода из воды необходимы электролизеры, но чистым такой водород будет считаться только при использовании электроэнергии из источников с низким уровнем выбросов. По состоянию на январь текущего года в мире объявлено о планах по вводу в эксплуатацию к 2030 году электролизеров общей мощностью 230 ГВт (причем ввод 60 ГВт из них анонсирован начиная с мая 2022-го). Это означает рост мощностей более чем в 300 раз по сравнению с действующими в настоящий момент.

Согласно анализу МЭА, если все объявленные проекты по вводу электролизеров в эксплуатацию будут реализованы и произойдет запланированное увеличение производственных мощностей, то к 2030 году затраты на электролизеры могут снизиться примерно на 70% по сравнению с сегодняшним днем. В сочетании с ожидаемым снижением стоимости энергии из возобновляемых источников это может снизить стоимость водорода на основе ВИЭ до диапазона 1,3–4,5 долларов за кг H₂, что эквивалентно 39–135 долларам за МВт·ч (нижняя граница этого диапазона приходится на регионы с хорошим доступом к ВИЭ).

Новый водород на практике

Хотя глобальный рынок водорода все еще находится в зачаточном состоянии, многие новые технологии применения водорода уже готовы к масштабированию.

В Швеции запущен проект HYBRIT (Hydrogen Breakthrough Ironmaking Technology — водородная прорывная технология производства железа) по изготовлению стали без использования угля и углерода, вместо которых в технологическом процессе применяется зеленый водород. Первая партия безуглеродной стали поставлена заказчику (автомобильной компании Volvo) в 2021 году. Коммерческое производство экологически чистой стали планируется начать в 2026-м. О старте аналогичных проектов в металлургической отрасли объявили Германия, Франция, Бельгия и Италия.

Первая в мире отгрузка сжиженного водорода из Австралии в Японию состоялась в феврале 2022 года, став важной вехой в развитии международного рынка водорода. HESC (Hydrogen Energy Supply Chain — цепочка поставок водородной энергии) — совместный японско-австралийский проект. Япония с его помощью может сделать водород таким же широко применяемым энергоносителем, как нефть и природный газ. Танкер был специально разработан для перевозки сжиженного водорода с температурой –253 °C. За один рейс водородовоз может перевезти 75 тонн сжиженного водорода, объем которого составляет 1/800 от первоначального объема газа. Водород для этого проекта произведен с использованием бурого угля, предполагается, что впоследствии, при масштабировании проекта, углекислый газ, выделяющийся в процессе производства, будет закачиваться под морское дно у побережья австралийского штата Виктория.

МЭА, исходя из анализа разрабатываемых экспортно ориентированных водородных проектов, считает, что к концу текущего десятилетия будет экспортироваться примерно 12 млн тонн водорода в год (к 2026-му — 2,6 млн тонн). О большинстве таких проектов было объявлено в последние два года, это связано с тем, что в качестве предпочтительного варианта водородного носителя многими компаниями был выбран аммиак. Например, о старте подобного проекта недавно объявила Korea Zinc Co., южнокорейская компания по производству цветных металлов, которая начнет коммерческое производство зеленого водорода в Австралии — на солнечной электростанции мощностью 124 МВт. Водород будет преобразовываться в аммиак и транспортироваться потребителю.

В Германии в августе 2022 года начали курсировать первые пять из 14 поездов на водородном топливе. Они могут работать на одной заправке целый день, преодолевая расстояние до 1 тыс. км со скоростью до 140 км/ч, при этом такие поезда выбрасывают только пар и воду. Германия планирует увеличивать количество водородных поездов, Франция и Италия также объявили о планах по их закупке. В июне 2023 года первый водородный поезд приступил к перевозкам пассажиров в Канаде — пока в рамках демонстрационного проекта. В отличие от транспорта на электрических аккумуляторах, которым требуется время на зарядку, водородным топливом транспорт можно заправлять так же быстро, как газовым или дизельным. По данным Statista, транспорт производит около 20% глобальных выбросов парниковых газов, занимая по этому показателю второе место — после энергетического сектора, поэтому увеличение доли водородного транспорта может сыграть большую роль в достижении климатических целей.

Среди особенностей 2023 года Hydrogen Council выделяет несколько основных тенденций, которые определяют возрастающую роль водорода в глобальном энергопереходе. Подводя итоги первого полугодия, организация, объединяющая ведущих отраслевых игроков, полагает, что текущий год стал поворотным для развития водородных рынков, в том числе благодаря усилению политической поддержки со стороны государств, увеличению инвестиций и технологическим инновациям — прогресс в этих трех ключевых областях закладывает основу для ускоренного роста водородного сектора. По мнению Hydrogen Council, сотрудничество правительств, компаний — лидеров отрасли и исследователей, которое направлено на решение существующих проблем и раскрытие полного потенциала применения водорода, показывает, что водород может играть решающую роль в достижении глобальных климатических целей и перехода к более экологичной и устойчивой энергетической системе.

Принять решение: политика для бизнеса

Как подчеркивает Hydrogen Council, многие правительства во всем мире признают безотлагательность перехода к низкоуглеродной экономике и принимают политические решения, позволяющие ускорить продвижение водородных проектов. Объем объявленных инвестиций за 2022 год вырос с 240 до 320 млрд долларов США, но пока почти половина из анонсированных проектов находится на предварительных или ранних стадиях. Однако в течение первого полугодия 2023 года несколько стран изменили нормативно-правовую базу, внедрили финансовые стимулы и заявили о политической поддержке инвестиций в водородные проекты и расширении международного сотрудничества в этой сфере. Устранение нормативных барьеров, а также повышение ясности и определенности в отношении перспектив развития рынка побуждают инвесторов принимать участие в водородных проектах и облегчают принятие окончательных инвестиционных решений (ОИР, FID — Final Investment Decision): общий объем инвестиций, достигших стадии ОИР, увеличился на 30% с мая 2022 года. Ускорение принятия ОИР позволит расширить всю цепочку создания стоимости водорода в глобальном масштабе.

Накопить энергию: системы хранения

По данным Hydrogen Council, в 2023 году наблюдается рост исследований и разработок в области инновационных систем хранения энергии на основе водорода. Водород имеет наибольшую энергоемкость на единицу массы по сравнению с любым другим топливом, но его низкая плотность при температуре окружающей среды приводит к низкой энергоемкости на единицу объема. Поэтому разработка современных решений в области хранения, имеющих потенциал для повышения энергетической плотности, становится ключом для дальнейшего развития водородных технологий, в том числе связанных с топливными ячейками. Предполагается, что такие системы ускорят развертывание водородных технологий и откроют новые варианты их использования — от обеспечения резервного питания в центрах обработки данных до автономного электроснабжения на строительных площадках. Разрабатываемые решения дают возможность длительного хранения энергии, а также обеспечивают масштабируемость и совместимость с существующей инфраструктурой, поэтому их применение поможет решать проблемы стабильности и устойчивости энергоснабжения.

Использовать преимущества: водородные хабы

Среди стран, которые демонстрируют самую высокую активность на пути к тому, чтобы стать крупными игроками на рынке водорода, Hydrogen Council в июле 2023 года выделяет Индию, ряд стран Африки и США.

Правительство Индии, стремясь обеспечить энергетическую независимость страны к 2047 году и добиться нулевого нетто-уровня выбросов углерода к 2070 году, признает потенциал водорода в решении этих задач и берет на себя обязательство развивать водородный сектор. В начале 2023 года кабинет министров одобрил Национальную миссию по зеленому водороду с целью сделать Индию ведущим производителем и поставщиком чистого водорода. Стратегия предполагает всеобъемлющий подход к созданию водородной экосистемы, в которой развертывание водородных хабов является приоритетом, так как позволяет смягчить инфраструктурные проблемы и снизить затраты. Правительство выделило 2,1 млрд долларов США на стимулирование предложения для производства электролизеров и чистого водорода, помогая увеличить и ускорить внутренние и международные инвестиции в водородные проекты.

Африка с ее обширными возможностями в сфере возобновляемых источников энергии также готова стать мировым водородным центром. В 2023 году на африканском континенте было создано несколько партнерств и инициатив в области производства чистого водорода. Так, в ЮАР планируется создать три водородных хаба, реализация этих проектов, имеющих значительный экономический потенциал, превратит страну в важный центр производства водорода. В Марокко началось строительство завода с планируемой годовой производительностью 320 000 тонн чистого водорода. В мае текущего года правительство Египта одобрило законопроект, который предоставляет ряд стимулов для проектов в области ВИЭ, поощряя в том числе инвестиции в водородные инициативы. Предполагается, что осуществление этих планов не только даст Африке возможность удовлетворять собственные энергетические потребности, но и сделает континент основным поставщиком чистого водорода на мировой рынок, помогая стимулировать экономический рост, создавать рабочие места и способствовать устойчивому развитию всего континента.

В США Закон о снижении инфляции изменил правила игры для участников водородных проектов. Закон направлен в том числе на содействие экономическому росту за счет стимулирования инвестиций в чистую энергетику (в частности, разрабатываются критерии для выплат производителям до 3 долларов за килограмм чистого водорода). Закон возродил интерес к водороду и стал катализатором целенаправленных инвестиций в исследования, разработки и коммерческое внедрение водородных технологий по всей Северной Америке, в результате были активизированы усилия по расширению проектов в области производства, хранения и распределения водорода. Ожидается, что всплеск инвестиций ускорит развертывание водородной инфраструктуры и будет способствовать росту устойчивой водородной экономики. В сочетании со значительными ресурсами возобновляемых источников энергии и дешевого природного газа это означает, что США также может стать центром производства и экспорта низкоуглеродного водорода. Несколько других стран с аналогичными конкурентными преимуществами, от Австралии и Норвегии до Чили и Саудовской Аравии, также уделяют большое внимание развитию водородной отрасли.