Горивото на бъдещето

Възобновяемите енергийни източници няма как да стигнат до всички сектори и до всеки бизнес. Решението на този проблем може да е зеленият водород

Водородът може да се произвежда навсякъде. Нужно е само електричество и вода. Може да се съхранява, транспортира и използва без замърсяване. А след това може да създава топлина или електричество без каквато и да е вреда за околната среда и емисии на CO2.

Според анализ на BloombergNEF водородът има 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. А това, което се отделя при процеса, е чиста вода - затова се нарича и водород.

Това са основните причини всички планове за въглеродна неутралност на ЕС, САЩ, Русия, Китай, Япония, Саудитска Арабия и други да са насочени именно към водорода, който да замени изкопаемите горива в определени сфери и сектори. Но е важно да се направи уточнението, че 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.

България също включи водорода в Плана за възстановяване за 12 млрд. лв. и има планове да пригоди газовата си инфраструктура за преноса му, както и да изгради инсталации, които да го използват.

Водородът обаче има и също толкова дълъг списък с недостатъци. Може би най-известното опасение е свързано с водородната бомба. Но в случая не става дума за това. 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 газ. Достатъчно е само смесването му с кислород от въздуха и малко повече влажност, за да се самовъзпламени дори от статичното електричество - историята с взривяването на дирижабъла "Хинденбург" на 6 май 1937 г. е достатъчно показателна.

Милиард причини

Производството на зелен водород в света все още е ограничено до демонстрационни проекти. Има около 400 такива инсталации с общ електролизен капацитет около 200 MW, или по-малко от 0.02% от глобално производство на водород. 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 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.

Това обаче може да се случи само при едно условие - цената на зеления водород да се понижи поне три пъти в следващите 10 години, за да стане той конкурентен на пазара.

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). Докато разходите за последният са 1.50 евро за килограм, при зеления цената стига до 5.5 евро за килограм. Оценките на ЕС са, че ще е необходимо цената на СО2 емисиите да се доближи до 90 евро на тон (сега е около 65 евро/тон), за да може сивият водород да изгуби предимството си.

Надеждите са, че паралелно с това разходите за производство на H2 от възобновяеми източници ще намаляват бързо - за изминалите 10 години електролизаторите са поевтинели с 60% и се очаква цената им да е още наполовина по-ниска 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 25-30 долара/MWh, което е достатъчно, за да се постигнат разходи за производство на зелен водород около 2.5 долара/кг (около 2 евро).

Прогнозите за развитието на ВЕИ са, че токът от новите проекти за вятърни и слънчеви централи в най-добрите локации ще достигне цени 15 долара/мВтч, а до 2030 г. - до 10 долара/мВтч. При това положение след 10 години на повечето места по света зелената енергия ще струва около 20 долара/мВтч, което би позволило зеленият водород да се произвежда за 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) след 2030 г. Което вече коренно променя сметките.

Но не всичко е толкова розово. За производството на електролизери, които ще правят зелен водород от възобновяема енергия, са нужни редки метали (платина и иридий). И за момента могат да се произвеждат не повече от 5-7 GW годишно при нужни 100 GW към 2030 г. Затова ще трябват огромни инвестиции и в минната индустрия, за които обаче към момента никой не говори.

Друг проблем са разходите за транспортирането на водорода. Само в рамките на Европа те ще бъдат 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 килограм.

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.

Кой какво прави

Именно амбицията на Саудитска Арабия прави силно впечатление. В момента страната е най-големият производител на суров петрол в света, а планира да стане и лидер в производството на зелен водород. Мегапроектът Helios е на стойност за 5 млрд. долара и включва огромни соларни и вятърни мощности (общо 4 гВт) до планирания бъдещ интелигентен град Неом (Neom), до крайбрежието на Червено море. Там ще има и завод за производство на зелен водород, който ще е насочен основно за износ към ЕС. Задачата да превърне парче пустиня с размерите на Белгия в мегаполис, задвижван от възобновяема енергия, е възложена на Питър Териум, бивш главен изпълнителен директор на германската RWE AG. "В никакъв случай Европа няма да може сама да произвежда целия водород, от който ще има нужда, и затова Саудитска Арабия вижда потенциал на този пазар", каза той, цитиран от Bloomberg. Helios се очаква да заработи през 2025 г. и ще произвежда 650 тона водород на ден (около 240 хил. тона на година).

Малко по-различно е обаче мнението на Йенс Расмусен, главен изпълнителен директор на датската компания Eurowind Energy. "Ако политиците не успеят да подготвят подходящата нормативна рамка за производство на достатъчно зелена енергия, която да се използва за водород, със сигурност ще се наложи да внасяме", твърди той (цялото интервю с него вижте на стр. ...).

Русия също обяви планове за диверсификация на зависимостта си от износа на изкопаеми горива с водород. Той няма да се прави от ВЕИ, а от АЕЦ, което също е в синхрон със зелените амбиции за декарбонизация, или от природен газ с използването на технология за улавяне на CO2. Москва вече подготвя партньорства с компании като Kawasaki Heavy Industries и с други в тази сфера, а като основни пазари са посочени ЕС и Азия.

В голямата игра за новите енергоресурси се включва и Индия, която планира огромни ВЕИ проекти (предимно соларни), като там партньори са ирландски и германски компании.

Италианската Snam, която притежава и управлява най-голямата мрежа за пренос на природен газ в Европа, обяви, че над 70% от всичките й 42 хил. километра тръбопроводи вече са пригодени за доставка на всякакъв вид нисковъглероден водород - зелен или син (при улавяне на СО2). А това означава, че проектите в Северна Африка, при които се използва евтин соларен и вятърен ток за електролиза на морската вода и производство на водород, скоро могат да намерят директни клиенти в Европа.

В края на 2020 г. пък направлението Smart Infrastructure на Siemens и компанията WUN H2 GmbH подписаха договор за изграждане на един от най-големите заводи за производство на водород в Германия. Той ще се намира във Вунзидел, провинция Бавария, и ще има мощност 6 мегавата и производствен капацитет 900 тона водород годишно в началната фаза. Електроенергията за дейността му ще се осигурява от намиращата се в близост ВЕИ централа Wunsiedel Energy Park.

Освен това германските държавни железници Deutsche Bahn и Siemens Mobility обявиха употребата на водород като гориво за влаковете.

Във водородната надпревара има и проект с българска следа. Става въпрос за най-мащабната слънчева и вятърна ферма в света - Asian Renewable Energy Hub (AREH) в Австралия, с прогнозна стойност около 40 млрд. долара, която ще произвежда зелен водород, който ще се изнася към Азия. Проектът ще се реализира в слабо развитата област Палибара, в западната част на страната. Съосновател и съдружник в една от компаниите зад него - PostScriptum, е българинът Димитър Енчев.

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, ако не разчистят пътя на мащабните ВЕИ проекти.



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.