Будущее водорода. Анализ МЭА.

По просьбе правительства Японии под председательством G20 Международное энергетическое агентство (МЭА) подготовило отчет, чтобы проанализировать текущее состояние дел с водородом и предложить руководство по его будущему развитию.
В отчете говорится, что чистый водород в настоящее время пользуется беспрецедентным политическим и деловым импульсом, а количество проектов по всему миру быстро растет. В заключение делается вывод о том, что сейчас – самое время расширить масштабы технологий и снизить затраты, для более полного и широкого использования водорода. Предоставленные прагматичные и действенные рекомендации правительствам и промышленности, позволят в полной мере воспользоваться этим растущим импульсом.

Спрос на водород

Поставка водорода промышленным пользователям в настоящее время является крупным бизнесом во всем мире. Спрос на водород, который вырос более чем в три раза с 1975 года, продолжает расти – почти полностью поставляется из ископаемого топлива, причем 6% мирового природного газа и 2% мирового угля идет на производство водорода.
Как следствие, производство водорода отвечает за  выбросы CO _2, составляющие около 830 миллионов тонн углекислого газа в год, что эквивалентно  выбросам CO ₂ в Соединенном Королевстве и Индонезии вместе взятых.

Растущая поддержка

Растет число стран с политикой, которая напрямую поддерживает инвестиции в водородные технологии, а также число целевых секторов.
Сегодня существует около 50 проектов, мандатов и политических стимулов, которые напрямую поддерживают водород, при этом большинство из них сосредоточено на транспорте.

За последние несколько лет глобальные расходы на исследования, разработки и демонстрацию водородной энергетики со стороны национальных правительств возросли, хотя и остаются ниже пикового уровня 2008 года.

Производство водорода

Водород может быть извлечен из ископаемого углеводородного топлива или биомассы, из воды или из смеси обоих. Природный газ в настоящее время является основным источником производства водорода, на его долю приходится около трех четвертей ежегодного мирового производства водорода, составляющего около 70 миллионов тонн. Это составляет около 6% мирового потребления природного газа. За газом следует уголь, из-за его доминирующей роли в Китае, а небольшая доля – добывается, за счет использования нефти и электричества.

На себестоимость производства водорода из природного газа влияет ряд технических и экономических факторов, причем цены на газ и капитальные затраты – являются двумя наиболее важными.

Расходы на топливо, являются крупнейшим компонентом затрат, составляя от 45% до 75% производственных затрат. Низкие цены на газ на Ближнем Востоке, в России и Северной Америке порождают одни из самых низких затрат на производство водорода. Импортеры газа, такие как Япония, Корея, Китай и Индия, вынуждены бороться с более высокими импортными ценами на газ, что приводит к увеличению затрат на производство водорода.

Затраты на производство водорода

Выделенная выработка электроэнергии из возобновляемых источников или ядерной энергии предлагает альтернативу использованию сетевой электроэнергии для производства водорода.

С уменьшением затрат на возобновляемую электроэнергию, в частности от солнечной фотоэлектрической энергии и ветра, растет интерес к электролитическому водороду, и в последние годы было реализовано несколько демонстрационных проектов. Производство всей сегодняшней выделенной выработки водорода из электроэнергии приведет к потребности в электроэнергии в 3 600 ТВтч, что превышает общую годовую выработку электроэнергии в Европейском союзе.

С уменьшением затрат на солнечное фотоэлектрическое и ветровое производство, строительство электролизеров в местах с отличными условиями использования возобновляемых ресурсов может стать недорогим вариантом поставки водорода, даже после учета затрат на передачу и распределение транспорта водорода из (часто удаленных) мест возобновляемых источников энергии. конечным пользователям.

Использование водорода

• В настоящее время в использовании водорода преобладает  промышленность , а именно: переработка нефти, производство аммиака, производство метанола и производство стали. Практически весь этот водород поставляется с использованием ископаемого топлива, поэтому существует значительный потенциал для сокращения выбросов из чистого водорода.
• На  транспорте конкурентоспособность автомобилей с водородными топливными элементами зависит от стоимости топливных элементов и заправочных станций, в то время как для грузовых автомобилей приоритетом является снижение цены на водород. Судоходство и авиация имеют ограниченные варианты низкоуглеродистого топлива и предоставляют возможность для топлива на основе водорода.
• В  зданиях водород можно смешивать с существующими сетями природного газа с наибольшим потенциалом в многоквартирных и коммерческих зданиях, особенно в густонаселенных городах, в то время как более долгосрочные перспективы могут включать прямое использование водорода в водородных котлах или топливных элементах.
• В  производстве электроэнергии водород является одним из ведущих вариантов хранения возобновляемой энергии, а водород и аммиак могут использоваться в газовых турбинах для повышения гибкости энергосистемы. Аммиак также может быть использован на угольных электростанциях для сокращения выбросов.

Резюме

Водород может помочь решить различные критические энергетические проблемы.  Он предлагает способы обезуглероживания целого ряда секторов, включая дальнемагистральные перевозки, производство химических веществ, а также металлов и стали, для которых существенно снизить выбросы. Это, также, может помочь улучшить качество воздуха и повысить энергетическую безопасность. Несмотря на очень амбициозные международные климатические цели по глобальным  выбросам CO _2, связанных с энергетикой – их показатели достигли рекордно высокого уровня в 2018 году. Загрязнение атмосферного воздуха остается насущной проблемой: ежегодно, около 3 миллионов человек умирают преждевременно.

Водород универсален. Уже доступные сегодня технологии позволяют водороду производить, хранить, перемещать и использовать энергию различными способами. Различные виды топлива способны производить водород, включая возобновляемые источники энергии, атомную энергию, природный газ, уголь и нефть. Он может транспортироваться в виде газа по трубопроводам или в жидком виде на судах, как сжиженный природный газ (СПГ). Он может быть преобразован в электричество и метан – для энергообеспечения домовладений, а также в топливо – для легковых, грузовых автомобилей, кораблей и самолетов.

Водород может позволить ВИЭ обеспечить еще больший вклад.  У него есть потенциал, чтобы помочь с переменным выходом из возобновляемых источников энергии, таких как солнечные фотоэлектрические (PV) и ветра, доступность которых не всегда хорошо соответствует спросу. Водород является одним из ведущих вариантов хранения энергии из возобновляемых источников энергии и выглядит обещающим стать самым дешевым вариантом хранения электроэнергии в течение нескольких дней, недель или даже месяцев. Водород и водородное топливо могут транспортировать энергию из возобновляемых источников на большие расстояния – из регионов с богатыми солнечными и ветровыми ресурсами, таких как Австралия или Латинская Америка, Африка – в города, испытывающие дефицит энергии, за тысячи километров.

На этот раз может быть по-другому.

В условиях глобального изменения энергетического сектора универсальность водорода вызывает все больший интерес со стороны различных групп правительств и компаний. Поддержка поступает от правительств, которые импортируют и экспортируют энергию, а также от поставщиков возобновляемой электроэнергии, производителей промышленного газа, электроэнергетических и газовых компаний, автопроизводителей, нефтегазовых компаний, крупных инжиниринговых фирм и городов. Инвестиции в водород могут помочь стимулировать новые технологические и промышленные разработки в экономиках всего мира, создавая новые квалифицированные рабочие места.

• производство водорода из ВИЭ-энергии в настоящее время является дорогостоящим. Анализ МЭА показывает, что к 2030 году стоимость производства водорода из возобновляемой электроэнергии может упасть на 30% в результате снижения затрат на ВИЭ и увеличения производства водорода. Топливные элементы, заправочное оборудование и электролизеры (которые производят водород из электричества и воды) могут выиграть от массового производства.
• Развитие водородной инфраструктуры идет медленно и сдерживает широкое распространение. Цены на водород для потребителей в значительной степени зависят от того, сколько заправочных станций существует, как часто они используются и сколько водорода доставляется в день. Решение этой проблемы, вероятно, потребует планирования и координации, которая объединяет национальные и местные органы власти, промышленность и инвесторов.
• Водород сегодня – почти полностью производится из природного газа и угля.  Водород уже используется в промышленных масштабах по всему миру, но его производство отвечает за ежегодные выбросы CO2, эквивалентные выбросам Индонезии и Соединенного Королевства вместе взятых. Использование водорода, на пути к будущему экологически чистой энергии, требует как улавливания CO2 при производстве водорода из ископаемого топлива, так и увеличения поставок водорода из чистого электричества.
• Правила в настоящее время ограничивают развитие индустрии чистого водорода. Правительство и промышленность должны работать вместе, чтобы гарантировать, что существующие правила не являются ненужным препятствием для инвестиций. Торговля выиграет от использования общих международных стандартов безопасности транспортировки и хранения больших объемов водорода и отслеживания воздействия различных источников водорода на окружающую среду.