Чи стане «зелений» водень паливом 21-го століття?

Зниження викидів парникових газів в атмосферу для збереження клімату планети стає ключовою метою для провідних економік світу. В рамках взятих зобов’язань за Паризьким угодою США і Японія планують знизити викиди на 80%, а Європейський союз має намір домогтися повної вуглецевої нейтральності до 2050 року. Світовий тренд вже призвів до бурхливого розвитку відновлюваних джерел енергії (ВДЕ). Однак, щоб утримати приріст глобальної середньої температури в цьому столітті на рівні нижче 1,5 градусів, необхідно подальший розвиток безвуглецевої технологій в енергетиці та інших галузях. Одним з очевидних рішень експерти бачать використання водню. Цей газ може стати важливим паливом для енергетики майбутнього, виступаючи акумулятором надлишкової енергії, що виробляється ВДЕ, і альтернативою природному газу.

«Зелена» енергія — «зелений» водень

Водень активно використовується в промисловості протягом двох останніх століть. Так, один з перших двигунів внутрішнього згоряння, що з’явився на початку XIX століття, працював саме на водні. Цим газом наповнювали аеростати, його використовують у космічній промисловості. Зараз водень використовують в основному для потреб хімічної промисловості, без водню неможливі процеси нафтопереробки, виробництво аміаку і сталі.

Найчастіше газ синтезують з використанням викопних видів палива. У промисловості прийнята колірна класифікація водню в залежності від того, як він був отриманий. Наприклад, водень, вироблений з викопного палива, називають «сірим». «Синім» вважається водень, отриманий з викопного палива, але з наступним уловлюванням і зберіганням вуглекислого газу, що виникають при його виробництві. «Зеленим» вважається водень, отриманий шляхом електролізу з використанням енергії від поновлюваних джерел. У цьому процесі електроенергія від сонячних або вітрових електростанцій використовується для розщеплення молекул води на кисень і водень.

«Зелений» водень може стати вирішенням проблеми мінливості роботи генерації на базі вітру або сонця: водень стає сховищем надлишкової енергії, одержаної в сонячні і вітряні дні, згодом його можна використовувати в якості палива для виробництва електроенергії і тепла, коли це потрібно буде споживачам.

Економічна доцільність такого технічного рішення очевидна вже зараз, тому що зі збільшенням частки ВДЕ в багатьох європейських країнах виникають феномени негативних цін. Електроенергію, як відомо, поки не виходить складувати. Це означає, що в періоди спаду навантаження генеруючі потужності працюють вхолосту. А в моменти піку можуть не впоратися з навантаженням. Зростання частки ВДЕ, робота яких залежить від погодних умов, зробила завдання балансування енергосистеми більш комплексною. Так хороший вітер і високе вироблення ВДЕ в Німеччині три роки тому вперше привели до утворення негативних цін на електроенергію: через перевиробництво електрики власникам вітропарків довелося доплачувати споживачам 50 євро за кожен МВт*год. Подібні інциденти відбувалися пізніше і в інших країнах ЄС. Занадто вітряна і сонячна погода стала причиною негативних цін на енергію в цьому році в Фінляндії, Бельгії, Великобританії, Франції, Нідерландах і Швейцарії.

Саме в такі моменти водневі технології здатні балансувати енергосистему: надлишок електроенергії може направлятися на електроліз води, а отриманий водень можна використовувати в якості палива під час пікових навантажень.

Декарбонізація за допомогою водню

За оцінками BloombergNEF (BNEF), отриманий за допомогою електролізу «зелений» водень може скоротити глобальні викиди парникових газів до 34% до 2050 року. Хоча виробництво «зеленого» водню в даний час обходиться дорожче, ніж отримання газу з допомогою вуглеводневого палива, у всьому світі прогнозується значне скорочення витрат. За останні п’ять років вартість технології електролізу впала на 40% і продовжує знижуватися. Технологія може внести великий внесок в декарбонізацію найбільш залежних від викопного палива секторів економіки, таких як хімічна промисловість, сталеливарне виробництво, транспорт.

Експерти BNEF також прогнозують, що ще до 2030 року «зелений» водень ціною трохи вище $2/кг почне конкурувати з вугіллям і природним газом в якості енергоносія при виробництві сталі, а до 2050 року при ціні $ 1/кг стане вигіднішим за газ на світових ринках і зможе конкурувати з найдешевшим вугіллям, але при цьому забезпечуючи нульові викиди СО2. За рахунок «зеленого» водню відбудеться остаточна електрифікація світової промисловості.

Примітно, що для зберігання і транспортування водню, а також для отримання за допомогою нього електроенергії і тепла, існує можливість використання технологій та інфраструктури традиційної газової генерації. Тому масштабне застосування водню в електроенергетиці дозволить замістити викопні види палива та істотно знизити вуглецевий слід всієї галузі.

Для чистого майбутнього

У перспективності нового глобального енергоносія впевнені в корпорації Fortum. Нещодавно в ній сформували цілу команду для розвитку і просування водневої енергетики. Крім того, корпорація приєдналися до асоціації Hydrogen Europe, яка просуває використання водню в суспільстві без викидів. Uniper, дочірня компанія Fortum, також є членом асоціації та піонером серед енергетичних компаній, які займаються виробництвом водню. У портфелі Uniper дві станції в Німеччині (в Гамбурзі і Фалькенхагені), де водень отримують за допомогою енергії вітру. На думку фахівців компанії, він укупі з поновлюваними джерелами енергії дозволить забезпечити повноцінний перехід до «низьковуглецевої» економічної моделі.

Цієї точки зору дотримуються і в британо-нідерландському концерні Shell. Рік тому за підтримки Євросоюзу, на території свого нафтопереробного заводу в Німеччині компанія приступила до будівництва однієї з найбільших в світі установок з виробництва водню методом електролізу. Після введення в експлуатацію в другій половині 2020 року установка зможе виробляти до 1 300 тонн водню щорічно. За словами фахівців Shell, він буде використаний як у виробничих процесах самого заводу, так і в якості палива для автобусів, вантажних і легкових автомобілів.