• USD 28
  • EUR 33.5
  • GBP 38.6
Спецпроекты

Водород вместо углерода. Как изменит мир новый глобальный фетиш - декарбонизация

2021 г. — стартовый год третьего десятилетия XXI в. И уже сейчас можно утверждать, что главным всемирным трендом этого десятилетия будет переход на "зеленый" водород

Depositphotos
Реклама на dsnews.ua

Промышленность, жилье, транспорт, вообще все, что до сих пор работало на угле и углеводородах (природном газе, нефти, нефтепродуктах), будет приучаться к "зеленому" водороду — ради того, чтобы снизить выбросы углекислого газа и остановить глобальное потепление.

В результате изменится весь мир. Но прежде чем говорить о переменах для потребителей, поясним, как будет налажено производство нового топлива.

Как производят "зеленый" водород

Водород — превосходное топливо по своим энергетическим характеристикам. И абсолютно безвредное с точки зрения экологии. В отличие от углеводородов, которые при сгорании дают углекислый газ и всякие отравляющие вещества, водород при сгорании дает только водяной пар.

Однако мир, как известно, несовершенен. Земля создала для нас месторождения нефти и природного газа, а водорода — нет. Ближайшее к нам хранилище этого газа — атмосфера Юпитера, которая, наверное, еще не скоро подвергнется промышленному освоению.

Поэтому приходится создавать водород искусственно. "Зеленым" называется такой водород, который нравится экологам: при его производстве никоим образом не используются углеводороды. Он производится из воды путем электролиза, то есть расщепления ее на водород и кислород при прохождении через нее электрического тока. Причем необходимая для этого электроэнергия, опять же, должна вырабатываться без сжигания углеводородов. На данный момент уже придуманы и осваиваются технологии производства водорода, работающие на самых разных возобновляемых источниках энергии.

На гидроэнергии. Крупнейший в мире завод по производству "зеленого" водорода построит в канадской провинции Квебек немецкая компания Thyssenkrupp. Соглашение подписано в январе 2021 г. Электролизная установка мощностью 88 мегаватт обеспечит ежегодные поставки 11 тыс. т "зеленого" водорода для транспортного сектора Канады. Запуск предприятия намечен на конец 2023 г. Обеспечивать завод электроэнергией (ну и водой тоже) будет государственная энергокомпания Hydro-Québec, владеющая 63-мя гидроэлектростанциями.

Реклама на dsnews.ua

На энергии ветра. Рекорд канадцев продержится недолго. Его собрался побить консорциум нидерландских компаний Gasunie, Groningen Seaports и Shell Nederland, к которому в декабре 2020 г. присоединились норвежская Equinor и немецкая RWE. Совместными усилиями они хотят создать в Северном море ветропарк NortH2 для питания огромной электролизной установки, которая будет построена в нидерландском порту Эмсхавен для производства "зеленого" водорода. Электростанция заработает в 2027 г., а затем будет постепенно расширяться. Ее начальная мощность составит 1 гигаватт (то есть 1000 мегаватт), в 2030-м она должна вырасти до 4 ГВт, а к 2040-му — до 10 ГВт. В результате NortH2 выйдет на производство 1 млн т "зеленого" водорода в год. Существующая инфраструктура газопровода Gasunie позволит осуществлять крупномасштабную транспортировку и хранение производимого водорода, который будет в первую очередь питать промышленные кластеры в Нидерландах и Германии, а остатки пойдут на нужды транспорта и жилых домов.

Собственные гигантские планы имеет немецкий концерн Siemens. В январе 2021 г. стало известно, что его дочерние компании Siemens Energy и Siemens Gamesa намерены вложить 120 млн евро в интеграцию технологий ветряной турбины и электролизера, чтобы получить турбину, которая будет прямо на месте производить водород. «Мы должны полностью переоборудовать турбину, которая была спроектирована для производства электроэнергии», — заявил генеральный директор Siemens Gamesa Андреас Науэн.

Северное море, расположенное намного выше северного побережья Нидерландов, является отличным местом для ветряных турбин и даже считается одним из лучших мест для их использования в мире / north2.eu
Северное море, расположенное намного выше северного побережья Нидерландов, является отличным местом для ветряных турбин и даже считается одним из лучших мест для их использования в мире / north2.eu

На солнечной энергии. Испанские компании Enagas и Naturgy в декабре 2020 г. объединились, чтобы построить завод по производству "зеленого" водорода мощностью около 9 тыс. т в год. Электролизер мощностью 60 МВт будет питаться от солнечной фотоэлектрической станции мощностью 400 МВт. Завод будет размещен в городке Ла Робла в провинции Леон, поблизости от тепловой электростанции, которую Naturgy закрыла летом 2019 г. Производимый "зеленый" водород будет поставляться потребителям по существующей газовой сети и в будущем может экспортироваться в Северо-Западную Европу.

Еще более мощный проект анонсировала Португалия в своей Национальной водородной стратегии, обнародованной в августе 2020 г. К 2030 г. возле порта Синиш должна заработать промышленная установка по производству "зеленого" водорода с общей мощностью электролизеров не менее 1 ГВт, работающая на энергии Солнца и ветра. В документе прогнозируется, что инвестиции в этот проект могут превысить 1,5 млрд евро.

И на атомной энергии тоже. Комиссия по ядерному регулированию США в сентябре 2020 г. окончательно одобрила сертификацию ядерного мини-реактора компании NuScale Power. Это открывает ей дорогу на рынок с небольшими компактными реакторами мощностью 50 МВт. А уже в декабре NuScale Power сообщила о технологии, которая позволяет с помощью одного такого реактора получать 18 тыс. т "зеленого" водорода в год. Реакторы NuScale безопаснее обычных АЭС, поэтому их можно строить ближе к потребителю. При этом конструкцию можно масштабировать, объединяя 4, 6 или 12 реакторов в один массив.

Enlarge / NuScale's reactor-in-a-can
Enlarge / NuScale's reactor-in-a-can

Кто перейдет на "зеленый" водород

В нынешнем десятилетии прочно войдет в обиход слово декарбонизация. Звучит как химический термин, но на самом деле это понятие экономическое и даже политическое. Все сферы потребления избавляются от карбона, то есть углерода. А наилучшим заменителем зачастую оказывается "зеленый" водород.

Водородные меткомбинаты. Обычно для получения стали требуется доменная или электродуговая печь, где спекаются железная руда, известняк и кокс (каменный уголь, прокаленный при высоких температурах для устранения примесей). Однако можно заменить кокс на водород, а также использовать водород для питания дуговых печей. Тогда производство стали станет полностью свободным от эмиссии углекислого газа.

В феврале 2021 г. шведский консорциум H2 Green Steel объявил о планах открыть такой завод на севере страны в 2024 г. В производстве будет использоваться "зеленый" водород. Бюджет проекта — $3 млрд. К 2030 г. консорциум рассчитывает выпускать 5 млн т высококачественной стали ежегодно. Это будет первое крупное сталеплавильное предприятие, не использующее ископаемое топливо. Продукция завода — горячекатаная, холоднокатаная и оцинкованная сталь — пойдет на выпуск автомобилей, труб большого диаметра и крупной бытовой техники.

Водородные дома. Компания SGN, отвечающая за газовую сеть в Шотландии и на юге Англии, при финансовой поддержке британского регулятора Ofgem и правительства Шотландии осуществляет проект H100 Fife. Уже в 2022 г. около 300 домов в округе Файф на восточном побережье Шотландии подключатся к сети, которая будет обеспечивать их "зеленым" водородом для отопления помещений и приготовления пищи. Водород будет производиться электролизной установкой, работающей от расположенной поблизости морской турбины.

В ноябре 2020 г. британский премьер Борис Джонсон обнародовал план «зеленой промышленной революции», который включает в себя цель к концу этого десятилетия «построить первый город, полностью отапливаемый водородом». Уже в апреле 2021-го в Лоу-Торнли на северо-востоке Англии появятся два двухквартирных дома, в которых кухонные плиты, духовки и бойлеры работают исключительно на водородном топливе. Жить там никто не будет — дома будут открыты для посещения всеми, кто желает посмотреть, как работают нагревательные приборы на водороде. Власти надеются, что эти здания дадут публике «возможность заглянуть в потенциальный дом будущего».

Водородные поезда. Австрийские железные дороги (ÖBB) в декабре 2020 г. завершили 10-недельное тестирование поездов на водородных топливных элементах, разработанных французской компанией Alstom. Профильное министерство осталось довольно испытаниями и выдало разрешение на массовую эксплуатацию поездов Coradia iLint. Постепенно водородные поезда полностью заменят дизельные составы на всех маршрутах Австрии.

Alstom и ÖBB ежедневно проводили испытания с реальными пассажирами на четырех сложных маршрутах. Поезда Coradia iLint состояли из двух вагонов, развивали скорость до 140 км/ч и двигались по рельсам практически бесшумно.

Германия тестирует водородные поезда Alstom с 2018 г. и уже одобрила их эксплуатацию. Правительство ФРГ оформило крупный заказ — 41 водородный поезд будет доставлен на территорию Германии к 2022 г. Итальянский железнодорожный оператор Ferrovie dello Stato планирует декарбонизировать железные дороги к концу десятилетия за счет компании Snam. А Великобритания сейчас использует поезда HydroFLEX, произведенные компанией Porterbrook, на ограниченных маршрутах. Если испытания пройдут успешно, HydroFLEX начнут заменять обычные поезда в 2023 г.

Водородный поезд Alstom / alstom.com
Водородный поезд Alstom / alstom.com

Водородные автомобили. Пионером в развитии водородного автотранспорта стала японская корпорация Toyota. В ноябре 2020 г. она объявила о выводе на рынок уже второго поколения автомобилей Mirai на водородных топливных элементах. В ближайшие несколько лет Toyota планирует выпустить 100 тыс. таких машин.

Американская компания Hyzon Motors в феврале 2021 г. объявила о строительстве двух крупных предприятий по производству водородных топливных элементов для грузовиков на территории США. Ожидается, что производство начнется в четвертом квартале 2021 г. Это позволит выпускать по 12 тыс. водородных грузовиков в год.

Немецкий концерн Siemens в феврале 2021 г. заключил меморандум о взаимопонимании с британским стартапом Riversimple. Концерн профинансирует строительство на территории Великобритании двух новых заводов, каждый из которых будет ежегодно производить по 5 тыс. автомобилей на водородных топливных элементах. Коммерческое производство должно быть запущено в 2023-2024 гг.

Водородные суда. Норвежская TECO Maritime Group в феврале 2021 г. объявила о строительстве первой гигафабрики для обеспечения судоходной промышленности стабильными поставками "зеленого" водородного топлива. Предприятие будет получать энергию от солнечных панелей и ветрогенераторов и станет центром норвежской водородной промышленности. Оно обещает удовлетворить большую часть европейского спроса судоходства на водород — производственная мощность завода составит 1,2 ГВт в год. Ввод его в эксплуатацию намечен на 2022 г.

Водородные самолеты. Европейский авиастроительный концерн Airbus в сентябре 2020 г. объявил о проекте ZEROe. Как можно понять уже из названия, речь идет о разработке пассажирских самолетов, которые будут иметь нулевой уровень вредных выбросов. К 2035 г. планируется создать семейство пассажирских самолетов с двигателями, работающими на водороде. В декабре прошлого года инженеры Airbus показали результат своих экспериментов — съемную капсулу, в которой помещаются двигательный агрегат, бак с водородным топливом и прочее оборудование. По задумке, шесть таких капсул будут размещены на крыльях самолета, благодаря чему освободится много места в салоне для размещения пассажиров и багажа.

Водородные аэропорты. Французские авиакомпании Airbus и Air France-KLM, аэропорты ADP Groupe и агентство Choose Paris Region в феврале 2021 г. создали альянс с целью разработки инфраструктуры для водородных самолетов. Новая стратегия охватывает все аэропорты Парижа и предполагает интеграцию водорода во все виды деятельности ADP Groupe.

Самолеты Airbus проекта ZEROe / zip.news
Самолеты Airbus проекта ZEROe / zip.news

Кто оплатит праздник

По данным глобальной инициативы Hydrogen Council, на начало 2021 г. более 30 стран опубликовали стратегии развития водородной энергетики и выделили средства на декарбонизацию экономики через водородные технологии. Анонсированы 228 крупных проектов по производству и применению "зеленого" водорода в сферах крупномасштабной промышленности, транспорта и инфраструктуры на общую сумму свыше $300 млрд. Абсолютным лидером в развитии водородных технологий стала Европа — она финансирует почти 60% проектов.

Самым дешевым способом транспортировки водорода на короткие и средние расстояния станет переделанный трубопровод — в том случае, если в регионе имеется стабильный спрос на водород. В условиях колебаний спроса дешевле использовать грузовики. Для перевозок на большие расстояния удобнее обращаться к морскому транспорту.

По прогнозу Hydrogen Council, к 2030 г. в мире будет 4,5 млн водородных автомобилей, для которых будут работать 10,5 тыс. водородных заправочных станций. А вообще к концу десятилетия в мире будет производиться 6,7 млн тонн водорода в год. Всего лишь год назад в аналогичном отчете называлась втрое более скромный объем — 2,3 млн тонн в год. Трехкратный рост прогноза отображает тот грандиозный ажиотаж, который возник вокруг "зеленого" водорода в прошлом году. И мы, похоже, только в самом начале этой волны.

    Реклама на dsnews.ua