Зеленый водород призван сделать промышленность и транспорт климатически нейтральными. Но существуют миры между видением и реальностью. Обзор.
Зеленый водород считается ключом к энергетическому переходу. С его помощью промышленность Германии должна быть декарбонизирована, а также она должна сыграть свою роль в транспортном секторе, напрямую или через деривативы.
Подробности читайте после рекламы
Однако существует значительный разрыв между политическими целями и реальностью. К 2030 году должны быть установлены электролизные мощности в десять гигаватт. Однако пока реализована лишь часть этой мощности. По данным Немецкого энергетического агентства (dena), к третьему кварталу 2025 года было установлено всего 185 мегаватт — всего 1,85 процента.
Расширение мощностей также отстает во всем мире. К 2023 году будет реализовано менее десяти процентов заявленных водородных проектов. Причины: высокие затраты, отсутствие инфраструктуры и классическая проблема курицы и яйца между спросом и предложением.
Что такое зеленый водород и для чего он используется?
Зеленый водород производится путем электролиза воды с использованием электроэнергии из возобновляемых источников. Это считается ключом к декарбонизации областей, которые трудно электрифицировать, таких как производство стали, химическая промышленность, тяжелый транспорт и централизованное теплоснабжение.
Но и здесь реальность отрезвляет: в 2022 году во всем мире было произведено около 95 миллионов тонн водорода, но менее 100 000 тонн получено электролизом. Остальное было получено из ископаемых источников.
Так называемая теория цвета водорода различает серый водород из природного газа, синий из улавливания CO2 и зеленый из возобновляемых источников энергии. Синий водород является спорным, поскольку долгосрочное хранение углекислого газа связано с неопределенностью и риском утечки.
Подробности читайте после рекламы
Водородная стратегия Германии и Европы
Германия планирует к 2030 году обеспечить потребность в водороде около 100 тераватт-часов в год – сегодня она составляет около 55 тераватт-часов. Только около трети того, что необходимо, вероятно, будет производиться внутри страны; оставшееся количество придется импортировать.
Европа ожидает, что к 2050 году спрос составит от 700 до 2800 тераватт-часов, в зависимости от сценария использования. Только для надежного минимального использования энергии в промышленных теплостанциях, электростанциях и централизованном теплоснабжении требуется около 700 тераватт-часов.
Однако для этого потребуются электролизеры мощностью от 300 до 1067 гигаватт, а также емкости хранения около 300 тераватт-часов — примерно столько, сколько вмещают сегодняшние европейские хранилища природного газа.
Технологии производства и динамика рынка
В электролизе доминируют три основные технологии: щелочной электролиз (AEL), электролиз с протонообменной мембраной (PEM) и высокотемпературный электролиз (HT). О том, что в этой области ведутся обширные исследования, свидетельствует растущее число патентов с 2015 года, возглавляемых PEM и AEL.
Согласно предыдущим прогнозам, рынок электролизеров будет расти примерно на 25 процентов ежегодно. Более поздние исследования предполагают значительно более высокие темпы роста. По данным Global Market Insights, рынок будет расти на 44 процента ежегодно с 2025 по 2034 год. Поставщики из США, Германии и Китая хорошо позиционируют себя на рынке.
Инновационные подходы обещают дальнейшее повышение эффективности: например, был представлен новый катализатор, который использует одновременно солнечный свет и электричество. Это должно увеличить производительность в десять раз.
Исследователи также обнаружили явление пузырьков, ускоряющее электролиз. Новый тип жидкости также позволяет хранить водород при комнатной температуре с плотностью 6,9 процента по массе. Эта жидкость предназначена для облегчения транспортировки водорода.
Инфраструктура и пути импорта
Федеральное сетевое агентство утвердило базовую водородную сеть Германии в 2024 году: к 2032 году она должна покрыть 9040 километров. Около 60 процентов этого объема будет обеспечено за счет перепрофилирования существующих газопроводов.
Затраты составляют около 18,9 млрд евро, а первые секции планируется ввести в эксплуатацию в 2025 году.
Что касается транспорта, то лучше всего работают трубопроводы с КПД от 57 до 67 процентов. Производные водорода, такие как аммиак, составляют от 51 до 64 процентов, метанол от 44 до 62 процентов и синтетический природный газ от 39 до 62 процентов. Такие технологии, как жидкий водород или LOHC, еще не полностью развиты.
Центральным проектом является южный водородный коридор SouthH2, который призван соединить Африку и Европу. Трубопроводы протянуты на 3500–4000 километров из Северной Африки через Италию и Австрию в Германию. И почти 70 процентов из них должны состоять из конвертированных линий.
С 2030 года до четырех миллионов тонн водорода в год будет поступать в Европу, около 55 тераватт-часов только в Германию.
Затраты и дефицит финансирования
Вопреки ожиданиям, зеленый водород еще не оказался экономически эффективной альтернативой. Если была задана цена в три евро за килограмм, то это значительно дороже.
В зависимости от местоположения и других факторов приходилось платить до десяти евро за килограмм. Согласно прогнозу, BDEW предполагает чуть менее восьми евро в 2030 году.
Для того чтобы рынок мог успешно развиваться, ему не хватает государственного финансирования, которое могло бы компенсировать разницу. По оценкам, к 2030 году потребуется от двух до десяти миллиардов евро, а к 2045 году это может составить от 30 до 100 миллиардов евро — при неблагоприятном сценарии даже до 200 миллиардов евро.
Для реализации всех проектов, объявленных к 2030 году, во всем мире потребуется около одного триллиона долларов США дополнительного финансирования.
ЕС ответил на эти проблемы созданием водородного банка, который распределяет субсидии через аукционы. Чтобы европейские производители тоже что-то получали, а финансирование не перетекало к китайским поставщикам, здесь определены новые критерии устойчивости. Например, они ограничивают долю Китая в финансируемых проектах максимум 25 процентами.
