Ирина Гайда. Водород останется нишевым решением при чистом ноле. Международные исследования.

Ирина Гайда. Водород останется нишевым решением при чистом ноле. Международные исследования.

Ирина Гайда. Водород останется нишевым решением при чистом ноле. Международные исследования.

Британский бизнесмен и политик Майкл Либрейх (Michael Liebreich) — основатель исследовательской компании Bloomberg New Energy Finance (BNEF), известный аналитик и эксперт по чистой энергии — опубликовал своё видение “Лестницы чистого водорода”. Это попытка упорядочить варианты использования чистого водорода на основе шкалы энергоэффективности Евросоюза от A до H.

Лестница показывает те отрасли, где чистый водород обязательно станет частью будущей экономики “чистого ноля” (начиная с тех, где в настоящее время используют загрязняющий атмосферу “серый” водород, и до тех, где почти наверняка существуют другие более эффективные решения, такие как электрификация и использование аккумуляторов).

Либрейх отмечает, что водородная экономика в его понимании — это когда водород выполняет роль швейцарского армейского ножа будущей глобальной экономики, то есть подходит практически для любых применений. Но, как и в случае со швейцарским ножом, водород не будут использовать для всего, что теоретически могли бы с его помощью делать. Чистый водород должен будет проложить себе путь в экономику в каждом конкретном применении, конкурируя с другими чистыми технологиями, возможно, отчасти при государственной поддержке (включая углеродный налог). Сейчас же почти во всех возможных сферах применения водорода существует веская причина, по которой он ещё не используется — потому что другие решения проще, безопаснее или удобнее. Рассмотрим лестницу по секторам:
Химическое сырьё и процессы
  • Этот сектор находится на вершине лестницы, в секторе А, а это значит, что речь идёт о замещении “серого” водорода чистым. Сейчас водород используют, в основном, на производстве удобрений, в нефтепереработке и нефтехимии, и на эти процессы приходится около 2% глобальных выбросов CO2. Здесь должен победить чистый водород, поскольку альтернативы нет, считает эксперт.
  • Чистый водород также рассматривается в качестве очень многообещающего способа обезуглероживания стали, но при этом существуют альтернативы (например, электролиз расплавленного оксида), которые могут его превзойти.
  • По мере того, как чистый водород становится дешевле, возможно, он станет более широко использоваться при производстве различного химического сырья.
Энергосистемы.
  • Здесь нет смысла в регулярном использовании водорода для выработки электроэнергии из-за слишком больших потерь КПД при переходе от электроэнергии к зелёному водороду, его хранению, перемещению и последующему использованию для выработки электроэнергии. Лучше всего использовать чистый водород для длительного резервного хранения, в котором как раз будет нуждаться более электрифицированная экономика будущего. Речь идёт не только о резервном источнике питания в тех местах, где невозможно использовать энергию ветра или солнца, но и о повышении устойчивости к погодным катаклизмам, кибератакам или физическим атакам, отключению от общих энергосетей соседних стран и т.п. Водород может храниться в соляных пещерах, выработанных газовых месторождениях или в виде сжатого или сжиженного газа в различных стратегических точках. Его можно централизованно преобразовать обратно в электричество с КПД 60% или более с помощью топливных элементов. В то же время, и здесь существуют альтернативы: хранение сжатого воздуха может обойтись дешевле, чем водород, или можно использовать газ, сжигаемый без улавливания и хранения углерода, компенсируя несколько процентов остаточных выбросов.
  • Водород может сыграть свою роль в островных электросетях и источниках бесперебойного питания (ИБП). И там, и там может потребоваться больше времени бесперебойного энергоснабжения, чем можно дёшево обеспечить за счёт батарей, а в случае островов, не подключенных к энергосетям, где можно генерировать возобновляемую энергию, производство и хранение водорода может быть менее абсурдно дорогостоящим, чем альтернативы. Эти области применения были внесены в строку E.
  • Другая область применения в строке E — импорт чистой энергии. Водородные трубопроводы — дешёвый способ импорта энергии, если в стране А есть водород, а в стране Б есть потребность в использовании водорода. Проблема в том, что это крайние случаи. При экономике будущего “чистого ноля” подразумевается наличие большого объёма чистой электроэнергии в стране A и большой спрос на чистую электроэнергию в стране Б. Хотя, безусловно, можно импортировать электроэнергию, преобразовывая её в водород, сжимая или сжижая его при транспортировке и т.д., но потери энергии при этом колоссальны. Более эффективным решением эксперт называет высоковольтные линии электропередач постоянного тока (HVDC).
Авиация и судоходство
  • Области применения чистого водорода здесь варьируются от судоходства, где чистый аммиак на основе чистого водорода выглядит многообещающим, до ближнемагистральной и лёгкой авиации, где аккумуляторные электрические летательные аппараты, похоже, выиграют по мере роста ёмкости и удешевления аккумуляторов.
  • Средне- и дальнемагистральную авиацию будет невозможно электрифицировать из-за фундаментальных ограничений в химии/физике аккумуляторов. Однако водород также имеет фундаментальные ограничения не из-за его гравиметрической плотности энергии (которая превосходна), а из-за своей объёмной плотности энергии (которая ужасна). Здесь Либрейх цитирует своего коллегу из Ecopragma Capital Генри Лоусона, чья излюбленная фраза “можно долететь из Лондона в Нью-Йорк на водородном самолёте, если у вас есть два других самолета, перевозящих водород”… Тем не менее, автор лестницы поместил эту сферу применения довольно высоко, на уровни D и C соответственно, потому что здесь есть потенциал для использования синтетического топлива на основе водорода.
  • Местные паромы, маршруты протяжённостью до нескольких сотен километров, скорее всего, будут электрическими. Однако береговые и речные суда, маршруты которых составляют от нескольких сотен до тысячи км или около того, выглядят очень многообещающим рынком для водорода. Эти маршруты не могут обслуживаться батареями, но у морских судов нет ограничений по объёму топлива, как у авиации, поэтому водород может работать либо в топливном элементе, либо просто сжигаться в модифицированном двигателе внутреннего сгорания.
Наземный транспорт
  • Уже многократно сказано о фундаментальной неэффективности превращения электричества в водород, его сжатия, хранения, перемещения и последующего преобразования в энергию на борту транспортного средства. Где-то от 50% до 75% входной мощности тратится впустую, и это никак не изменить в силу законов термодинамики. Транспорт с водородными электрохимическими генераторами, широко известными как топливные элементы (Н2FC), требует более высоких затрат на техническое обслуживание, и эксперт не видит их применения в таких областях, как курьерская доставка на двух- и трехколесном транспорте, поезда метро и автобусы. H2FC-автомобили при этом он считает хуже всех альтернатив в принципе по всем параметрам (низкое ускорение, меньше места для сидения и грузов из-за водородных баллонов, нет возможности удобной заправки дома, в офисе, в торговом центре, на соседнем фонарном столбе и так далее), и поэтому поставил их на уровень G. На том же уровне оказались и автобусы, и электрички на водороде.
  • Более длинные железнодорожные маршруты оценены как F (ведь можно либо электризовать маршрут, либо вставить в поезд обычный аккумулятор). На уровне F очутился и транспорт для региональных грузоперевозок, 85% которого проезжает менее 500 км в день. Грузовики для дальних грузоперевозок помещены на уровень D, так как эксперт не видит смысла строить целую водородную инфраструктуру только для 15% грузовиков, когда можно с тем же успехом и затратами инвестировать в несколько зарядных устройств большой емкости.
  • Поезда дальнего следования и винтажные автомобили, способные ездить на синтетическом топливе несмотря на его цену, автор отнёс к уровню C. Само синтетическое электротопливо (новый класс углеродно-нейтральных капельных замещающих топлив, которые производятся путём хранения электрической энергии из возобновляемых источников в химических связях жидкого или газового топлива) Либрейх ставит на уровень G. “Да, вы можете сделать синтетическое жидкое топливо из водорода, но его слишком дорого использовать в наземном транспорте. Дело не только в том, что каждая стадия производственного процесса связана с энергетическими потерями (а это так), но ещё и в том, что в дополнение к водороду нужно найти источник углерода. Если задача — компенсировать выбросы от переработки природного газа, вы можете просто сэкономить деньги и ездить грязно, используя СПГ”.
  • Внедорожный транспорт (грейдеры, используемые в горных и дорожных работах, краны и строительная техника, лесохозяйственные машины) работает там, где, как правило, сложно подключиться к электросети. Поэтому водород здесь, в отличие от предыдущих областей, выглядит привлекательным вариантом.
Отопление.
  • Сейчас в развитых странах идёт грандиозная кампания по лоббированию того, чтобы водород стал основой будущего отопления помещений. Но эксперт очень скептически настроен в этом отношении. Конкретно в Великобритании более эффективным (в 6 раз) он считает использование энергии морского ветра и тепловых насосов. Использование энергии ветра для производства водорода, который затем будет использоваться для обогрева, имеет КПД около 50%, а в случае с тепловыми насосами вообще в разы меньше. Поэтому отопление жилых домов с помощью водорода автор ставит на уровень F, а коммерческих помещений — на E (так как здесь вполне разумно гибридное отопление — переключение на водород с электричества при пиковых нагрузках).
  • Промышленное отопление и нагрев — это уровень D. Здесь автор прогнозирует серьёзную схватку за низкоуглеродное высокотемпературное (свыше 160 ° C) тепло между водородом и электричеством — процесс за процессом, завод за заводом.

Перейти к обсуждению

Добавить комментарий