Вода вместо въглища

Водородът: новото гориво за икономиката

Пари, проекти, интереси движат поредния балон или революцията, която ще осигури връзката между електричество, транспорт и индустрия.

Темата накратко
  • Стотици милиарди евро се насочват към проекти за производство и внедряване на водород като гориво на бъдещето и средство за декарбонизация.
  • Това може да създаде своеобразен балон, грешни илюзии или недалновидни държавни политики, тъй като технологията не е универсално решение.
  • Реално хората няма скоро да започнат да използват водорода в ежедневието си, а може да го видим само в индустрията и енергетиката.

Как се ражда водата? Това е странен въпрос с още по-странен отговор - от водорода. Най-лекият и пръв в Менделеевата таблица химичен елемент се нарича водород (H) именно защото при изгарянето му се образува вода - когато се свърже с кислорода, се образува добре познатата формула H2O. На практика водородът е най-разпространеното във Вселената химично вещество, което няма цвят, мирис и вкус и е напълно безвредно - всеки ден всеки човек поема големи количества от него, като пие вода.

Но може ли водата да се превърне във въглищата на бъдещето, както пише Жул Верн в романа си "Тайнственият остров"? Вероятно да - водородът може да се произвежда навсякъде, където има електричество и вода, да се съхранява, транспортира и използва без замърсяване или емисии на CO (въглероден диоксид), а след това може да създава топлина или електричество без каквато и да е вреда за околната среда. Според анализ на BloombergNEF водородът носи три пъти повече енергия на единица тегло, отколкото бензина или дизела, а чрез т.нар. горивни клетки достига 60% ефективност (35-40% при съвременните двигатели на колите), при това гори при температура, подобна на тази на природния газ.

Точно затова новите планове на ЕС, САЩ, Русия, Китай, Япония, Саудитска Арабия и др. са насочени именно към водорода, който да замени изкопаемите горива. Но тук не става дума за водорода по принцип, а само за този, който се получава чрез електролиза, използвайки ток от слънце и вятър и съответно производството му не замърсява околната среда. Това е т.нар. зелен водород. Може би вече ви е направило впечатление, че напоследък той постоянно присъства в информационния поток, дори се очертава като ключова тема в настоящата предизборна кампания. За него обаче тепърва ще се говори още повече, когато започнат да се усвояват европейските милиарди по линия на Зелената сделка.

България също включи водорода в Плана за възстановяване за 12 млрд. лв., а любопитен, но достатъчно важен и показателен факт е, че почетен председател на Българското водородно общество е не кой да е, а именно Ахмед Доган - почетният председател на ДПС.

Водородът обаче има и също толкова дълъг списък с недостатъци. И, не, тук не става дума за водородната бомба. Проблемът е, че чистият водород (H) не се среща в това състояние свободно в природата, а изисква енергия, за да се произведе. Той е изключително запалим и неустойчив в околната среда газ. Достатъчно е само смесването му с кислород от въздуха и малко повече влажност, за да се самовъзпламени дори от статичното електричество. Може би най-известният подобен инцидент е този с взривяването на дирижабъла "Хинденбург" на 6 май 1937 г. Затова съхранението на водород изисква огромна компресия - до 700 пъти атмосферното налягане и охлаждане до минус 253 градуса по Целзий. Очаква се като за начало да започне да се смесва с природен газ (при концентрация 5-10%), тъй като така може безопасно да се пренася чрез инфраструктурата за синьото гориво.

Съществена бариера е и цената - все още производството на зелен водород е скъпо и ограничено. Но с планираните огромни субсидии и стимули в следващите години до 2030 това неминуемо ще се промени. Както впрочем стана със соларните панели и вятърните турбини през изминалото десетилетие.

Новата вълна

Да се използва водородът като основно гориво в света не е нова идея. Тя се появява още при самото откритие на въпросния химичен елемент през XVIII век, става актуална отново 100 години по-късно при откриването на водородната горивна клетка (fuel cell) от Уилям Гроув и след това през 50-те години на ХХ век, когато се е смятало, че водород може да се произвежда чрез електролиза от големи АЕЦ, за да се използва в транспорта и индустрията. Последно преди сегашния бум идеята придоби голяма популярност с книгата "Водородната икономика" на Джереми Рифкин от 2002 г.. Но заради космическите по онова време разходи за производство и съхранение водородът чрез електролиза отново мина на заден план.

Днес обаче ситуацията е различна и интересът към водорода е вече и икономически - евтината соларна и вятърна енергия в комбинация с подобрените технологии на електролизата позволяват сравнително конкурентно производство на зелен водород. Прогнозите сочат, че с развитието на технологиите само след 10 години ще бъдат постигнати дори по-ниски цени от тези на днешните изкопаеми горива.

Но това в никакъв случай не означава, че всички ще използваме водород. Той не може да бъде универсалното решение за декарбонизация на икономиката. По-скоро неговата роля е в т.нар. последна миля - там, където ВЕИ и енергийната ефективност не могат да свършат работа: при тежкотоварния транспорт, корабите, самолетите, тежката индустрия, производството на цимент и стомана и т.н. С много по-малка ефективност са решения като смесването на водород и природен газ за изгарянето му в ТЕЦ. До голяма степен водородът се възприема и като средство за съхранение на енергия в големи мащаби за разлика от батериите, които са по-ефективни в бързата си реакция при нужда, но имат ограничен капацитет.

Залог за милиарди

Според анализ на Международната агенция за възобновяема енергия (IRENA) към края на 2020 г. производството на зелен водород в света все още е ограничено до демонстрационни проекти. Става дума за около 350 такива инсталации с общ електролизен капацитет от около 200 MW, или по-малко от 0.02% от глобално производство на водород (около 70 млн. т/година). По-голямата част от използвания в момента газ се получава чрез процес на преработка на изкопаеми горива - най-вече метан. Това обаче е на път бързо да се промени - по оценки на BloombergNEF към 2050 г. пазарът само на зелен водород ще е с обем от 700 млрд. долара, Goldman Sachs говори за 2.2 трлн. евро, а Bank of America екстраполира общите глобални инвестиции в този сектор до 11 трлн. долара до 2050 г. Несъмнено големи числа.

Промяната всъщност вече е в ход. Доклад на Водородния съвет (Hydrogen Council), който обединява водещи световни компании в тази сфера, показва, че от началото на 2021 г. над 30 държави са публикували пътни карти за водород, индустрията е обявила над 200 водородни проекта и амбициозни инвестиционни планове, а правителствата по целия свят са ангажирали повече от 70 милиарда щатски долара публично финансиране.

Къде какви проекти и пари се отделят за водорода вижте тук.

Въпрос на цена

Всички проекти и стратегии обаче залагат на едно - че цената на зеления водород ще се понижи поне три пъти в следващите 10 години, за да стане той конкурентен на пазара. Никой обаче не смее дори да говори какви ще са последиците, ако това не се случи.

Сега нито водородът от възобновяеми източници, нито този, който се произвежда по технология за улавяне на въглеродните емисии, са конкурентоспособни на фона на водорода от изкопаеми горива (т.нар. сив водород). В момента последният струва около 1.50 евро за килограм, синият - 2 до 3 евро за килограм, а зеленият - от 2.50 до 5.5 евро за килограм. Оценките на ЕС са, че ще е необходимо цената на СО емисиите да се движи в диапазона от 55 - 90 евро на тон (сегашният рекорд е 43 евро/тон), за да може сивият водород да изгуби предимството си.

От друга страна обаче разходите за производство на H от възобновяеми източници намаляват бързо - за изминалите 10 години електролизаторите са поевтинели с 60% и се очаква цената им да падне още наполовина през 2030 г.

В региони, където има комбинация от всички благоприятни условия, дори днес зеленият водород вече е близо до нужната конкурентоспособност. Например според доклад на IRENA в Патагония (Чили) вятърната енергия е с цена от 25-30 долара/MWh, което е достатъчно, за да се постигнат разходи за производство на зелен водород от около 2.5 долара/кг (около 2 евро).

Прогнозите за развитието на възобновяема електроенергия обаче дават надежди за още по-добри цени. Токът от новите проекти за вятърни и слънчеви централи в най-добрите за целта места по света достига цени от 15 долара/мВтч, а до 2030 г. се очакват нива до 10 долара/мВтч. След 10 години на повечето места по света зелената енергия ще струва около 20 долара/мВтч, което би позволило зеленият водород да струва под 1.5 евро за килограм. Екстраполирайки тези тенденции при ВЕИ и електролизата, BloombergNEF изчислява, че зеленият водород ще се предлага между 0.8 и 1 долар за килограм (0.5-0.8 евро/кг).

Но това не означава, че пътят пред него е чист. "Самите електролизери имат по-големи ограничения откъм суровина спрямо соларите и турбините - редки метали (платина и иридий), като за момента могат да се произвеждат 5-7 GW годишно при нужни 100 GW към 2030 г. Очевидно е, че ще трябват огромни инвестиции също и в минната промишленост - средства, които не са видни тук", смята Симеон Белорешки, който е инженер по автоматизация с дългогодишен управленски опит в Близкия изток, а преди това консултант по енергийни проекти в EMEA и ръководител на такива в ТЕЦ "Бобов дол", "Марица-изток 2" и "Лукойл Нефтохим".

Белорешки посочва и друг проблем, при това такъв, чието решение не изглежда никак лесно - разходите за транспортирането. Само в рамките на Европа преносът ще оскъпи водорода с между 7 и 50 евроцента на килограм според доклад на BloombergNEF за икономиката на транспорта и доставката на водород. При това сметките са направени, ако се използва тръбопровод. Намесят ли се камиони или кораби, разходите се качват с минимум 60 цента за кг, а в зависимост от обема и разстоянието - и много повече.

Едно от решенията за транспортиране на водород на дълги разстояния е преобразуването му в амоняк (NH), което е азотно съединение на водорода и е много по-безопасно. Именно такива са плановете на саудитския проект Helios за доставка на водород до Европа. След това амонякът може директно да се използва в индустрията или да се преобразува отново във водород, което обаче пак би увеличило разходите.

Накратко, зеленият водород не е решение за днешния свят, но може да бъде такова за бъдещето. Нужни са огромни инвестиции и пълна промяна на енергийната система, за да се стигне до масови водородни автомобили, кораби, самолети и заводи. При всички случаи обаче Европа, а и България ще останат вносители на водород, както е сега на петрол и природен газ.

50 водородни нюанса

СИВ ВОДОРОД се произвежда с изкопаеми горива (от конверсия на природен газ с водна пара (SMR) или газификация на въглища). Това води до значителни емисии на CO, което прави тези водородни технологии неподходящи за новите климатични цели.

СИН ВОДОРОД (сив водород с улавяне и съхранение на CO) се разглежда като междинна стъпка по пътя към декарбонизацията. Сега около три четвърти от водорода в света се произвежда от природен газ, а улавянето и съхранението на въглеродните емисии би позволило използването на тези инсталации и в бъдеще. Това е вариант да се произвежда водород с по-ниски емисии на парникови газове, като същевременно се намалява натискът върху инвестиции в нови ВЕИ.

ТЮРКОАЗЕН ВОДОРОД съчетава използването на природен газ като суровина без производство на CO. В случая чрез процеса на пиролиза въглеродът в метана става твърди сажди, за които има пазар в индустрията и може да осигурява допълнителни приходи. А и саждите могат да се съхраняват по-лесно от газообразния CO. В момента тюркоазеният водород все още е на пилотен етап.

ЗЕЛЕН ВОДОРОД е само този, който е произведен от възобновяема енергия чрез метода на водна електролиза. Той не отделя вредни емисии както при производството му, така и при горенето, поради което се смята за най-подходящ за икономиката на бъдещето

РОЗОВ, БЯЛ, ЖЪЛТ Има още няколко цветови кода на водорода, които обаче не са формално приети. При използването на ядрена електроенергия за електролиза например се говори за розов или лилав водород. Ако става дума за комбинация на различни технологии, се използва жълтият маркер, а белият цвят обикновено се отнася до получения при естествени процеси водород в природата.