На бумаге статья вышла в мае 2024 года. Но радикально ситуация с тех пор не изменилась.
Темпы роста водородной энергетики отстают от ранее заявленных
В 2020 году начался новый этап развития энергетики – была принята европейская водородная стратегия. И если в тот момент водород использовался преимущественно в нефтепереработке, металлургии и химических производствах, то к 2024 году… мало что изменилось.
Сколько его?
Данные об объемах потребления водорода противоречивы. Так, в июне 2019 года Центром энергетики Московской школы управления «Сколково» был опубликован доклад «Водородная экономика – путь к низкоуглеродному развитию», в котором утверждалось, что «общий объем производства водорода в мире в настоящее время оценивается различными источниками в 55–65 млн т». Исследователи отдельно отмечали невысокие темпы прироста этого показателя – 1,6% в год.
Но в Global Hydrogen Review 2022 Международного энергетического агентства (МЭА) отмечалось, что «спрос на водород достиг 94 млн т в 2021 году, превысив уровень, существовавший до пандемии (91 млн т в 2019 году)». То есть ни о каком чрезвычайном росте речь не идет, а оценка потребления для конца прошлого десятилетия тем не менее увеличилась как минимум на 26 млн т. Впрочем, в других источниках для того же периода встречались оценки порядка 85 млн т.
Даже если мы сделаем необходимую оговорку о том, что понятия «производство», «спрос» и «потребление» не тождественны, всё же разброс оценок окажется слишком велик.
Кстати, в апреле 2022 года Центр энергетики Московской школы управления «Сколково» опубликовал новый доклад по теме – «Низкоуглеродный водород из природного газа: глобальная перспектива и возможности для России». В нем исследователи опирались на данные МЭА, согласно которым на тот момент объемы глобального спроса на водород составляли 90 млн т в год.
Позволим себе смелое предположение. Между исследованиями конца 2010-х и 2020-х годов есть одна существенная разница: с 2020 года начали публиковаться водородные стратегии различных стран. Так, летом 2020-го свою «Водородную стратегию» принял Евросоюз (A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe). И с этого момента область водородных исследований стала гораздо востребованней, а оценки рынка – более тщательными, в том числе за счет увеличившегося финансирования.
Осталось заметить, что в 2022 году, по последним на данный момент оценкам МЭА, спрос на водород составлял 95 млн т. Каким-то удивительным образом Международное энергетическое агентство посчитало, что 95 млн т «почти на 3% больше в годовом исчислении», чем 94 млн т, которые были в 2021-м.
Прирост за год на 1 млн т в абсолютных показателях явно меньше не только 3%, но даже невысокого темпа прироста в 1,6%, о котором говорилось в конце 2010-х. Более того, исходя из данных МЭА, получается, что с 2019 по 2022 год прирост составил всего 4 млн т (4,4% за три года). Отрадно лишь, что исследователи из Международного энергетического агентства догадались уточнить следующее: «Этот глобальный рост не отражает успеха политических усилий по расширению использования водорода».
И действительно, будто бы и не было почти четырех лет борьбы за главное – за развитие энергетического водородного направления.
Неэнергетический водород
Водород давно используется в различных областях. Более 100 лет назад им наполняли баллоны дирижаблей (только получали его в большей степени из угля). И многие десятилетия его применяют в качестве промышленного газа – в нефтепереработке, химической отрасли и металлургии. Основное сырье для производства водорода в настоящее время – природный газ (метан).
Водород давно используется в различных областях. Более 100 лет назад им наполняли баллоны дирижаблей. И многие десятилетия его применяют в качестве промышленного газа – в нефтепереработке, химической отрасли и металлургии. Основное сырье для производства водорода – природный газ (метан)
Соответственно, прирост, который мы наблюдали в течение последних лет, был связан преимущественно с развитием тех отраслей промышленности, которые традиционно являются крупными потребителями водорода. К примеру, потребление нефти в Китае, по данным ОПЕК, увеличилось с 14,5 млн баррелей в сутки в 2019 году до 16,5 млн баррелей в сутки в первом квартале 2024-го. Вместе с этим показателем росли и мощности нефтеперерабатывающих предприятий, увеличивалось потребление водорода, который производится в Китае в основном (более 60%) из угля.
То есть львиную долю прироста спроса на водород до сих пор обеспечивают традиционные (промышленные) направления использования. К примеру, чем больше на нефтеперерабатывающих заводах вводится в эксплуатацию вторичных установок, связанных с процессами гидрогенезации (гидрокрекинг, гидроочистка), тем больше нужно водорода.
Схема «произвел – использовал» удобна тем, что она снимает проблемы хранения и транспортировки.
Хранение и наводороживание
Многие десятилетия ученые исследуют тему подземного хранения водорода. Как в нашей стране, так и за рубежом. К примеру, соответствующее исследование еще в 1979 году провел Институт газовых технологий (США). В нем, согласно диссертации «Моделирование процессов эксплуатации подземных хранилищ метано-водородной смеси», рассматривались четыре стандартных типа хранилищ: истощенные месторождения нефти и газа, соляные каверны, водоносные структуры и выработанные шахты. В силу ряда обстоятельств (высокий коэффициент диффузии водорода, его реакции с пластовым газом) для хранения более предпочтительными являются не пористые породы, а соляные каверны.
Изучались не только вопросы хранения, но и многочисленные проблемы транспортировки водорода. Одна из них – наводороживание (проникновение водорода в конструкционные материалы как при хранении, так и при транспортировке). Суть проблемы описывают исследования, в которых изучалось влияние водорода (в том числе в смеси с метаном) на конструкционные материалы.
Водород в целом негативно влияет на различные металлы и сплавы, широко известно такое явление, как водородное охрупчивание. Чтобы создавать инфраструктуру хранения и транспортировки водорода, необходимо учитывать возникающие риски. Соответствующие исследования проводились и специалистами «Газпром ВНИИГАЗа», изучавшими, в частности, влияние на различные сплавы метановодородной смеси.
Иными словами, к водородной теме ученые, промышленность и отдельные политики подходили не единожды. Каждый раз интерес представляло не расширение промышленного использования этого газа, а развитие водорода в качестве энергоносителя. А чтобы водород стал полноценным энергоносителем, необходимо было не только придумать, как его использовать, но и как хранить, и как транспортировать.
Сейчас очевидно, что полноценно использовать существующие газотранспортные коридоры для прокачки чистого водорода нецелесообразно, так как возникают неоправданные риски для потребителей – высок шанс разрушения газопроводов.
Полноценно использовать существующие газотранспортные коридоры для прокачки чистого водорода нецелесообразно, так как возникают неоправданные риски для потребителей – высок шанс разрушения газопроводов
Метеозависимая энергетика
Энергетический водород, по самым смелым оценкам, занимает до 2,5% в мировом потреблении этого газа. Но именно это направление считается наиболее важным с точки зрения концепции «зеленого» энергоперехода, так как именно оно должно связать «безуглеродное будущее» и недиспетчеризируемость (прерывистость, неуправляемость) электрогенерации на возобновляемых источниках энергии (ВИЭ).
На данный момент, по оценке WindEurope, одна только ветровая энергетика обеспечивает 20% выработки электроэнергии в Европе. А в 2023 году все ВИЭ (включая гидрогенерацию и электростанции, работающие на биомассе) в Евросоюзе обеспечили 1049,2 ТВт·ч – 43,6% от всей произведенной электроэнергии. Ветер и солнце дали 26,9%.
Учитывая, что недиспетчеризируемыми являются только солнце и ветер, а гидроэлектростанции и генерация на биомассе этого недостатка лишены, проблема может показаться не очень значительной. Но именно солнце и ветер обеспечивают ежегодный прирост доли ВИЭ. Соответственно, с каждым годом риски нарастают.
Энергетический водород, по самым смелым оценкам, занимает до 2,5% в мировом потреблении этого газа. Но именно это направление считается наиболее важным с точки зрения концепции «зеленого» энергоперехода, так как именно оно должно связать «безуглеродное будущее» и недиспетчеризируемость (прерывистость, неуправляемость) электрогенерации на возобновляемых источниках энергии
Электричество – особый товар, который преимущественно потребляется в момент производства и производится в тех объемах, которые необходимы в данный момент. Да, увеличивается парк электрохимических накопителей (аккумуляторов). Как раз благодаря им стоит делать оговорку «преимущественно». Но аккумуляторы дороги в производстве. В силу финансовых и отчасти ресурсных ограничений они не могут стать универсальным решением для стабилизации излишне «зеленой» энергосистемы.
Иными словами, если основные источники энергии в вашей энергосистеме – солнце и ветер, а резервных мощностей, работающих на ископаемом топливе, и накопителей недостаточно, то в момент пикового спроса энергосистема рискует не справиться с нагрузкой. Кстати, блэкаутами могут грозить штиль, ураган, продолжительная облачность, ночь, снег и прочие неприятности, с которыми человечество успешно справляется последние лет 150 благодаря ископаемому топливу, а с середины XX века – еще и благодаря атомным электростанциям.
Возобновляемая энергетика либо делает вас зависимым в плане энергоснабжения от погоды (и времени суток), либо требует резервных мощностей и накопителей, которые быстро переводят «зеленую» генерацию из разряда очень дешевой в разряд неоправданно дорогой.
Зачастую политические круги, игнорируя объективно существующие проблемы, пытаются продавить энергетиков и добиться еще большего ускорения прироста доли ветра и солнца в энергобалансе. Им помогают уважаемые аналитические организации, которые требуют кратно увеличить финансовые вливания в ВИЭ.
Нынешнее руководство Германии решило нарастить к 2030 году долю возобновляемых в энергобалансе не до 65%, как предполагалось при Ангеле Меркель, а до 80%. Не факт, что этот план удастся осуществить. Мировой энергетический кризис 2021–2024 годов показал, что предполагать можно всё что угодно, а потом приходится спешно расконсервировать недавно закрытые угольные электростанции. Но в данном случае нам важно не то, как ситуация будет развиваться на самом деле, а то, как парировать потенциальные риски, которые несут с собой возобновляемые источники энергии.
Собственно, быстрорастущая доля ВИЭ, а также снижение количества угольных электростанций сподвигли Евросоюз обратиться к идее водородной энергетики. В особенности, к ее «зеленой» части.
Цветная дифференциация водородов
Водород, который производится наиболее распространенным способом – из метана, условно называется «серый». Если в том же процессе происходит улавливание диоксида углерода, то получившийся водород – «голубой». Но наиболее важным Европейский союз считает возобновляемый – «зеленый», получаемый электролизом воды, для которого используется электрическая энергия из возобновляемых источников.
Чтобы не возникло путаницы, заметим: цветная дифференциация водородов не является безальтернативной. Используются и иные обозначения. К примеру, водород «с низким уровнем выбросов», «низкоуглеродный», «безуглеродный». Далеко не каждый из этих видов будет «зеленым», даже если для его производства используется метод электролиза. «Низкий уровень выбросов» подразумевает, что электроэнергия, которая подается на электролизер, производится с низким уровнем выбросов парниковых газов. Это могут обеспечить не только ветер и солнце, но и АЭС, гидрогенерация, биомасса. Даже ископаемое топливо подходит, если используются технологии улавливания и хранения углерода.
Эти уточнения стали возможны, после того как в начале 2022 года атомная энергетика получила в Евросоюзе статус низкоуглеродной, а газовая – статус энергетики переходного периода.
И все же «зеленый» водород рассматривается как наиболее важный, а производимый из природного газа «голубой» – скорее как некий компромисс, бедный родственник, с которым придется мириться до определенного момента, а потом отбросить без всякой жалости. Дело в том, что водород в данном случае не совсем верно рассматривать как энергоноситель. Его необходимо рассматривать как батарейку.
Избыточная «возобновляемая» электроэнергия направляется на электролиз воды. Это энергетически бессмысленная операция. Ее эффективность порядка 70%. Так, Германия предполагает в 2030 году направлять 20 ТВт·ч электроэнергии для получения 14 ТВт·ч водорода. Казалось бы, бессмысленно. Особенно если вспомнить, что в этой схеме присутствуют в качестве потребителей водородные автомобили, в которых этот газ используется для производства электроэнергии. То есть это разновидность электромобиля. Так не проще ли сразу зарядить такое авто от розетки и не тратить электричество на как минимум одно энергетически невыгодное преобразование?
Да, это очень странно, если не учитывать задачу аккумулирования энергии. Вы берете избыток электроэнергии, который неминуемо будет образовываться в «зеленой» энергосистеме, но направляете его не в аккумулятор, а на производство самостоятельного энергоносителя максимально экологически безвредным способом. Да, какую-то часть энергии вы при этом теряете, но зато получаете относительно гибкую и дешевую систему.
Дело за малым – создать производственную инфраструктуру, построить транспортные мощности, обеспечить хранение. И самое главное – сформировать рынок. А здесь у энергетического водорода возникли проблемы.
В 30 раз
В январе текущего года компания Mitsubishi объявила, что инвестирует в крупнейший в мире проект по производству «зеленого» водорода в Роттердаме (промышленная зона Европорт). В проект планируется вложить $690 млн и получить в результате электролизер мощностью 800 МВт, способный производить до 80 тыс. т водорода в год. Это, по уверению профильной европейской прессы, «в 30 раз больше, чем у любого из текущих проектов по производству экологически чистого водорода в мире».
Звучит убедительно и, главное, масштабно. И пусть вас не смущает тот факт, что строительство начнется не раньше 2026 года, а в эксплуатацию проект будет введен в 2029-м. Пусть вас смутит тот факт, что проект нацелен на промышленное потребление водорода.
Это примета времени – всё меньше компаний, которые вкладывают в водородную энергетику (особенно на территории Европы), и местные политики говорят про энергетическое использование этого газа. Они всё чаще озвучивают предложение, согласно которому надо продавать «зеленый» водород уже существующим потребителям.
Но постойте! Ведь на дворе 2024 год!
Европейская Водородная стратегия, принятая почти четыре года назад, подразумевала несколько этапов реализации. Первый завершается как раз в 2024-м. К настоящему моменту «зеленый» водород должен был пойти на химические, нефтеперерабатывающие и сталелитейные производства, на которых ему предстояло вытеснить «серого» собрата. Также планировалось устанавливать электролизеры рядом с существующими центрами потребления.
Пока всё звучит примерно в той логике, в которой высказываются компании и политики. Но к настоящему моменту в Евросоюзе должно было производиться не менее 1 млн т «зеленого» водорода, а мощности электролизеров – составлять 6 ГВт. На этом фоне утверждение, что проект производительностью 80 тыс. т в год, который запустят к концу второго этапа Водородной стратегии (завершается в 2030 году), в 30 раз больше любого существующего в мире проекта, звучит тревожно.
Впрочем, фраза «в 30 раз» нам еще пригодится.
В свежем исследованииPwC «Navigating the hydrogen ecosystem. Whatis preventing progress and how to gain momentum?» отмечается, что общее количество эксплуатирующихся к 2024 году электролизерных проектов в мире составляет всего 0,8 ГВт. Из них 0,6 ГВт – в Китае, Японии и Южной Корее, а 0,2 ГВт – в Европе. Получается, что к 2024 году в Евросоюзе работает в 30 раз меньше мощностей, чем планировалось.
Справедливости ради добавим, что проекты общей мощностью 2,9 ГВт в Европе перешли на стадию строительства или по ним было принято окончательное инвестиционное решение. Но если говорить совсем точно, то переход на эту стадию не означает, что проекты будут реализованы.
Ранняя стадия
По оценке PwC, «мировой рынок [«зеленого» водорода] находится на очень ранней стадии развития, и прогресс, за некоторыми исключениями, довольно медленный». Заявленная мощность водородных проектов во всех странах составляет 840 ГВт. Но из них достигли стадии принятия окончательного инвестиционного решения или уже реализуются 15 ГВт (1,8% от заявленных).
Собственно, Европа – абсолютный чемпион по невыполненным обещаниям, так как здесь, по оценке PwC, заявлено 205 ГВт. На втором месте, кстати, находится Африка – 169 ГВт.
На этом фоне особенно интересно выглядят данные, опубликованные в апреле текущего года, согласно которым мировой объем проектов по производству водородных электролизеров за предшествовавшие полгода увеличился на 4% (на 55,2 ГВт), согласно данным Aurora Energy Research. Теперь совокупная мощность этих проектов достигла порядка 1,2 ТВт. Однако, по данным Aurora, около 90% из них находятся на ранних стадиях разработки.
Такого рода новости подаются обычно с невероятным восторгом и служат свидетельством бурного роста отрасли. Примечательно, что в плане электролизных мечтаний лидирует опять же Европа (32% заявленных проектов).
Интересно, что в Водородной стратегии ЕС к 2024 году ожидалось расширение собственного производства электролизеров (в том числе крупных – «мощностью до 100 МВт»).
В тексте стратегии говорилось: «Многие индикаторы указывают на то, что сейчас мы близки к переломному моменту. Каждую неделю объявляются новые инвестиционные планы, часто в гигаваттном масштабе. В период с ноября 2019-го по март 2020 года аналитики увеличили список планируемых глобальных вложений в электролизеры с 3,2 ГВт до 8,2 ГВт к 2030 году (из них 57% – в Европе)».
Заявления – это хорошо, но на данный момент всего порядка 15 ГВт проектной мощности производства электролизеров ожидают принятия окончательных инвестиционных решений. Невероятная доля от заявленных к настоящему моменту – 1,2 ТВт.
Иронично, но даже оптимистично настроенные к водородной энергетике исследователи из Aurora Energy Research полагают, что установленная мощность электролизеров не достигнет целевых показателей, принятых Еврокомиссией. Одна из главных причин – высокие капитальные затраты.
По оценке PwC, для достижения целей в области водородной энергетики Европе потребуется в ближайшие шесть лет ежегодно увеличивать мощность электролизеров примерно на 20 ГВт. Реалистичность такого сценария на данный момент представляется весьма сомнительной.
Одним из главных маркеров, усиливающих скептицизм, является ситуация в транспортном секторе.
Водород не едет
К 2024 году Водородной стратегией Евросоюза предполагалось не только вытеснять «серый» водород и поставить в 30 раз больше электролизеров, чем получилось на самом деле. Предполагалось развивать водородный автотранспорт.
К 2024 году Водородной стратегией Евросоюза предполагалось не только вытеснять «серый» водород и поставить в 30 раз больше электролизеров, чем получилось на самом деле. Предполагалось развивать водородный автотранспорт
В принципе, это логично и даже красиво (на бумаге). Автопарк Европы под давлением Брюсселя «озеленяется», почему бы в широкую зеленую палитру не добавить еще и водородный оттенок?
По последней оценке МЭА, на водород к середине текущего века будет приходиться 16% автомобильного транспорта. А некоторые аналитики и вовсе считают, что водородомобили (FCEV) в ближайшие годы могут превзойти по распространенности «чистые» электромобили.
Своими мыслями на эту тему поделился и глава компании Toyota Акио Тойода. По его мнению, доля «чистых» электромобилей на мировом рынке достигнет максимума в 30%, а оставшиеся 70% займут водородные двигатели и двигатели внутреннего сгорания. Хотя компания Toyota при этом соглашается с очевидным: автомобили с водородным двигателем до сих пор не были успешными. По ее оценке, это связано с проблемами в области снабжения водородом.
В этом смысле показательно, что в этом году уже 10 лет, как в Евросоюзе реализуется программа Connecting Europe Facility (CEF) Transport. А CEF Transport, в частности, поддерживает более 275 водородозаправочных станций (соответствует мощности порядка 125 т водорода в сутки) в 12 государствах – членах ЕС. Да, немного, но дайте срок, потребители втянутся, начнут покупать водородомобили!
Однако в 2023 году продажи FCEV, по данным корейской SNE Research, снизились на 30,2% (c 20 704 шт. в 2022-м до 14 451 в 2023-м). Наиболее радикально упали продажи у Hyundai – c 11 354 в 2022-м до 5012 в 2023-м.
По данным компании Toyota, продажи ее водородомобилей в 2023 году сократились незначительно – с 3924 до 3921. Но это не первый год снижения, ведь пик продаж (5918 шт.) водородных «Тойот» пришелся на 2021-й.
В Европе продажи водородного транспорта, по данным ACEA, в 2023 году сократились почти на 40% (до 773 шт.)
В первом квартале текущего года, по оценке Hydrogen Fuel Cell Partnership, снизились продажи FCEV на рынке Соединенных Штатов – 223 шт. (на 70% меньше, чем за аналогичный период 2023-го). Это худший результат с первого квартала 2016 года. На текущий момент продажи водородного транспорта мизерные, и они падают.
В Европе продажи водородного транспорта в 2023 году сократились почти на 40% (до 773 шт.) В первом квартале текущего года снизились продажи FCEV на рынке Соединенных Штатов – 223 шт. (на 70% меньше, чем за аналогичный период 2023-го). На текущий момент продажи водородного транспорта мизерные, и они падают
Век энергетического изобилия
Как видно из всего вышесказанного, сегодня надежды на развитие водородной энергетики себя не оправдывают. Более того, они не оправдываются и в части затрат на производство «низкоуглеродного» водорода. Пока он слишком дорог и относительно ранее озвучивавшихся планов, и относительно своего «серого» собрата.
На этом фоне крайне сложной задачей становится оценка перспективного объема водородного рынка. Особенно когда дело заходит о денежном эквиваленте. Ведь, с одной стороны, необходимо показать потенциальным инвесторам радужные перспективы, а с другой, необходимо учитывать важнейшее условие для развития «водородной экономики» – низкую цену конечного продукта. То есть возникает некоторое противоречие с точки зрения компании, которую призывают вкладывать деньги в новое направление: ей обещают, что она заработает очень много, но продукт будет невероятно дешевым.
Разрешить это противоречие можно легко и непринужденно. Достаточно сказать, что продукт будет дешевым, но чрезвычайно востребованным, рынок станет постоянно расти, а расходы на производство – непрерывно снижаться. Но именно в этот момент «водородная экономика» наталкивается на суровую реальность текущего момента.
Означает ли всё это, что водород абсолютно бесперспективен? Конечно, нет.
Мы живем в век небывалого энергетического изобилия. У человечества есть возможность относительно безопасно для себя экспериментировать с различными источниками энергии, различными конфигурациями энергетических систем.
Эксперимент с водородом ничем не хуже любого другого. Это не универсальное, а довольно узкоспециализированное решение, для развития которого должно сойтись сразу несколько составляющих. Говорить о масштабном «обезуглероживании» производства водорода рано, учитывая, что в Китае, крупнейшем потребителе в мире (более 24 млн т в год), абсолютное большинство водорода производится из угля, как и в объявленном Австралией «зеленом» проекте по производству водорода (из бурового угля) для последующей поставки в Японию. Текущий спрос на водород мало относится к энергетическому сегменту.
При этом не стоит, даже если очень хочется, прыгать в водородную реку первыми. Мало ли какие неприятные сюрпризы она может в себе таить. Стоит присмотреться, насколько успешно вынырнут первые пловцы. Пока их опыт не вселяет оптимизма.