Что именно в водороде для грузоперевозок приводит к тому, что исследователи занижают его стоимость на каждом шагу? Я пытался ответить на этот вопрос несколько раз. В Германии явно играет роль групповое мышление. В организациях, таких как ICCT, можно увидеть отчаянные попытки заставить водород работать, что приводит к ошибке за ошибкой. Другие проблемы преследуют другие отчеты по водороду для энергетики, где крупные консалтинговые компании, такие как DNV, создают плохие отчеты для клиентов, которые платят им за получение определенных результатов, независимо от реальности.
Я обычно ожидал лучшего от национальных лабораторий США, которые в основном были надежными исследователями и аналитиками. Но в последние месяцы я всё чаще задаюсь вопросом по поводу некоторых их результатов. Несколько недель назад я изучил отчет DOE NREL о водородных заправочных станциях в Калифорнии. Данные там были ясны.
Заправочные станции едва использовались даже в периоды максимальных объемов, в среднем выдавая 54 килограмма водорода в день на станцию в первой половине 2021 года. В отчете не упоминалось об этом очень низком уровне использования, вместо этого отмечался пик использования в 300 килограммов в день.
Станции не работали в течение 2000 часов больше, чем они фактически заправляли водородом, что составляет на 20% больше времени простоя, чем продуктивной работы. Но чтобы выяснить это, нужно было углубиться в данные и произвести расчеты.
Если бы станции работали на полную мощность, они, вероятно, тратили бы 30% капитальных затрат на обслуживание ежегодно. Стоимость обслуживания превышала $9 за килограмм выданного водорода. Опять же, данные были, но выводы отсутствовали.
Этот отчет был настоящим шедевром введения в заблуждение людей, которым он был представлен, создавая впечатление, что на водородных заправочных станциях в Калифорнии всё хорошо. Реальность же видна в том, что Shell оставила на столе $48 миллионов, отказавшись от строительства новых станций и закрыв свои семь существующих заправочных станций для легковых автомобилей.
И вот теперь новый отчет от Национальной лаборатории по возобновляемой энергии США (NREL), подразделения Министерства энергетики, с удивительными предположениями. "Уровень затрат на водород для тяжелых транспортных средств" был опубликован в марте 2024 года. Он представляет радужную картину дешевых затрат на водород.
Это обнадеживающая диаграмма, не так ли? Как только водород для грузоперевозок будет масштабирован, заправка будет стоить всего $6,5 за килограмм. Это всего лишь немного выше стоимости дизеля по текущей цене в Калифорнии, которая колеблется около $5 за галлон (1,32 $/литр), что эквивалентно по энергии. И учитывая, что топливные элементы более эффективны, чем дизельные двигатели, это означает, что водород будет дешевле, чем дизельное топливо для грузоперевозок!
Но это еще не всё.
Да, согласно этому исследованию NREL, водород будет дешевле дизеля за ту же энергию. Что ж, проблема решена, можно идти домой. Грузоперевозки решены.
Да не так быстро. Посмотрите на верхнюю часть каждой из этих полос, где указано $1,5. Что это?
"... текущий анализ предполагает, что стоимость производства водорода, который затем доставляется на модельные заправочные станции 2030 года, составляет $1,50 за килограмм водорода."
Это текущая стоимость производства серого водорода на килограмм в США из дешевого природного газа на промышленных предприятиях. Правительственное исследование США в 2024 году имело возможность указать соответствующую стоимость производства низкоуглеродного водорода, но не сделало этого. Напомним, что средняя цена на зелёный водород в Европе в 2024 году составила €9,49 за килограмм или $10,30. Никто не думает, что действительно низкоуглеродный водород будет стоить $1,50 за килограмм в 2024 году, но это указано в официальном отчете NREL и искусственно снижает цену.
Как сообщила Boston Consulting Group, зелёный водород в 2030 году даже не приблизится к предыдущей консенсусной цифре — консенсусу среди увлечённых, но недостаточно информированных людей, — в €3, но будет находиться в диапазоне от €5 до €8. Нижняя граница этого диапазона всё ещё очень оптимистична. Мой прогноз, основанный на расчетах затрат на производство водорода на трех континентах по различным сценариям, заключается в том, что средняя стоимость зелёного водорода составит $6-$8 за килограмм, с некоторыми исключениями, которые будут как ниже, так и выше.
Но это ещё худшее предположение для производства водорода на станциях. Это то, что ICCT сделала в своем фатально ошибочном исследовании, но даже ICCT не допустила такой ошибки, как использование цены $1,5 за килограмм.
Полная стоимость производства водорода в меньших количествах будет значительно выше, чем стоимость его производства на промышленных объектах по трем причинам. Во-первых, заправочной станции всё равно потребуется весь вспомогательный комплекс, но это будут крошечные компоненты, не масштабируемые и не дешевые по объему. Их соединение потребует всех тех же специалистов — электриков, сантехников, инженеров-химиков, сварщиков и так далее, но это будут крошечные соединения и сварочные швы.
Вторая причина в том, что станции будут платить примерно промышленные тарифы за электроэнергию. Средний тариф в США в настоящее время составляет $0,11 за кВт·ч, и с учетом вспомогательных комплексов требуется около 55 кВт·ч, чтобы произвести один килограмм водорода из воды. Только электроэнергия будет стоить $5,50, что на $4 выше указанной в исследовании NREL стоимости. А средние промышленные тарифы в Калифорнии в 2022 году составили $0,17 за кВт·ч. Это $9,35 только за электроэнергию для производства на месте.
Третья причина заключается в том, что промышленное предприятие имеет строгую систему профилактического обслуживания и штат сотрудников на месте, чтобы немедленно устранять проблемы и поддерживать производство. Водородные заправочные станции этого не будут иметь, потому что стоимость поддержания высокооплачиваемой рабочей силы на таких станциях будет непомерной. Они будут простаивать гораздо чаще или будут вынуждены платить за ремонтный персонал, который будет ждать и иметь под рукой дорогостоящие компоненты.
Могла ли NREL рассмотреть реальные данные и сделать более обоснованный выбор по стоимости производства водорода на месте? Да, они могли бы обратиться к данным по водородным автобусам в Калифорнии.
Это в среднем $12,60 только за электроэнергию и некоторые мелочи. Ясно, что это не включает стоимость обслуживания заправочной станции, которая простаивала из-за проблем с электролизёром и вспомогательным комплексом 14% года. Как отмечалось для заправочных станций легковых автомобилей, средняя стоимость обслуживания превышала $9 за килограмм.
Как также отмечалось, затраты на обслуживание заправки водородом, как и любого другого процесса, масштабируются линейно. Компрессоры, насосы и уплотнения выходят из строя быстрее при более интенсивном использовании. Как показывают данные по заправочным станциям для тяжелых транспортных средств, это не ограничивается легковыми автомобилями. Давление в 700 атмосфер в баках должно превышать 800 атмосфер, чтобы заполнить баки транспортных средств. Это давление эквивалентно нахождению на глубине более пяти миль под поверхностью океана. Создание чего-то с такими допусками — это нетривиальная задача, и компрессоры на таком уровне выходят из строя намного чаще, чем компрессоры для холодильников.
И нет, переход на жидкий водород не сэкономит деньги. Он просто имеет другие большие и неизбежные расходы, не говоря уже о том, что он требует трети заключенной энергии в виде электроэнергии для работы очень сложного криогенного оборудования, чтобы охладить его до 20° выше абсолютного нуля. Замена одного набора затрат и инженерных компромиссов на другой не приведет к дешевому водороду.
Эта стоимость электроэнергии не включает капитальные затраты на электролизёр, стоимость капитала, затраты на обслуживание или прибыль. Реальная стоимость водорода, несомненно, превышает $20 за килограмм. Хотя это на порядок меньше количества выдаваемого водорода в день, чем нижняя граница нового исследования NREL, затраты на электроэнергию всё равно будут высокими.
Исследование NREL по крайней мере добавляет капитальные затраты к стоимости килограмма водорода, насколько я могу судить. Диаграммы LCOH ясно показывают, что для сценариев производства на месте они добавили $1,1 до $4 к стоимости килограмма водорода из-за стоимости станции, но нигде в отчете не указано, что входит в эти затраты. Нет ясности относительно электролизеров, вспомогательных комплексов или чего-либо еще на производственной стороне.
Предположительно, это было сделано для того, чтобы кто-то мог разместить установку по паровому реформированию на водородной заправочной станции в каком-то крайне неправильном решении, позволяющем сохранить технологическую нейтральность, к которой стремится отчет в отношении производства водорода. Соответствует ли это хоть малейшему анализу? Нет.
Стоимость природного газа для промышленных потребителей в Калифорнии в настоящее время составляет $12,52 за миллион британских термальных единиц (МБТЕ). Водород составляет четверть массы метана, который обычно составляет 92% массы природного газа. Другие проблемы с эффективностью делают соотношение один килограмм водорода на каждые пять килограммов природного газа примерно правильным. При таком соотношении только стоимость природного газа для парового реформирования составит $2,61, что более чем на доллар выше стоимости производства водорода, указанной в отчете. И это для серого водорода.
Учитывая небольшой масштаб объекта и необходимость добавления улавливания углерода и последующей обработки углекислого газа, затраты, вероятно, утроятся.
Стоимость водорода в $1,50, указанная в отчете, оправдана только в том случае, если предположить, что это серый водород, произведенный на промышленных объектах в местах, где природный газ дешевле, чем в Калифорнии, что является полной противоположностью цели декарбонизации грузоперевозок с помощью водорода. В отчете предполагается, что водород производится в пределах 100 км от заправочных станций, поэтому он будет платить местные промышленные тарифы на природный газ, если это план.
Этот отчет также формулирует вопрос как "водород против водорода", а не как "водород против электрификации". Это задание, которое было дано команде, и это то же задание, которое один из исследователей имел в 2020 году, когда они опубликовали "Затраты на доставку и заправку водородом". Верхняя граница этого исследования составляла половину объема водорода от нижней границы нового исследования, и результаты примерно совпадают с наименьшим объемным сценарием, но полностью исключают затраты на производство водорода.
Другими словами, исследование из той же организации четырехлетней давности показало, что просто доставка водорода была такой же дорогой, как полная цепочка затрат в этом анализе. Возможно, они не использовали те же модели? Нет. Модель та же, просто другая версия, Модель анализа сценариев доставки водорода (HDSAM), 3.1 против 4.5.
Несмотря на четыре года дополнительных данных, показывающих, что доставка и заправка водородом обходятся дороже, чем предполагалось, и множество доказательств того, что производство водорода стоит значительно больше, чем $1,50, новый отчет NREL на самом деле показывает снижение затрат на производство, доставку и заправку водорода.
Похоже, что в NREL больше не требуется верификация с эмпирической реальностью водорода для энергетики или даже признание ее. Похоже, что десятилетия опыта работы с различными уровнями водородных заправочных станций и доставки водорода будут пересмотрены к 2030 году. Это тревожит.
Конечно, никто в цепочке поставок в сценариях этого отчета не получает прибыль и даже не делает наценку для покрытия своих затрат. Об этом четко говорится в отчете, но поскольку все будут смотреть на основные графики, сравнивать затраты с розничной стоимостью дизельного топлива и вздыхать с облегчением, это тоже не лучший выбор.
Однако они также явно исключают все возможные субсидии на снижение затрат на низкоуглеродное топливо:
Кредит на установку для заправки альтернативных видов топлива (30C) для квалифицированных объектов заправки транспортных средств альтернативными видами топлива Кредит за производство чистого водорода (45V) Кредит для квалифицированных проектов по передовым видам энергии (48C) Кредит для квалифицированных коммерческих чистых транспортных средств (45W) Это имеет значение? В реальности нет, но в восприятии да. Центральное промышленное предприятие по электролизу водорода, по крайней мере, имеет потенциал для заключения соглашений о закупке электроэнергии, которые соответствуют требованиям 45V по локальности, временности и дополнительности низкоуглеродного производства электроэнергии. Это может снизить стоимость килограмма до $2-$3 после субсидии. Как отмечалось в моей оценке ошибочного отчета ICCT, местные заправочные станции не смогут этого добиться. И синий водород не будет соответствовать требованиям 45V и получит только гораздо меньшие кредиты за улавливание углерода.
Другими словами, любой хоть сколько-то декарбонизированный водород на заправочных станциях, независимо от пути, с учетом субсидий и добавлением разумных предположений о наценках на затраты и прибыль, будет стоить значительно дороже $1,50. Это просто не является обоснованным выбором в 2024 году, даже для централизованных объектов. На небольших объектах на заправочных станциях это вдвойне незащитимо.
Тем не менее, этот отчет и особенно его диаграммы оставят у многих ложное впечатление, что водород на заправочных станциях будет очень дешевым. Если они вообще заметят эти $1,50 и будут обеспокоены этим, они увидят все льготы и подумают, что они будут применимы, и все будет в порядке.
Очевидный вывод заключается в том, что NREL следует пересмотреть свою модель HDSAM. Она дает результаты, которые не соответствуют эмпирической реальности, и исследователи, по-видимому, не хотят или не могут поднять руку и признать это. Ревизия модели — это то, на что я обратил внимание в своей оценке Института климатических воздействий Потсдамского института, связанного с его моделями LIME-EU и REMIND, обе из которых имеют очень низкие затраты на водород, что явно упустили исследователи в одном важном отчете. Исследователи NREL должны прочитать "Побег из мира моделей" Томпсона и набраться смелости, чтобы применить профессиональное суждение.
Отчет NREL наносит значительный ущерб обсуждению реальной стоимости водорода для грузоперевозок по сравнению с альтернативами. Как и многие другие отчеты, он искусственно занижает затраты на водород. Почему? Трудно сказать. Возможно, потому что реальность затрат явно не является экономически жизнеспособной, и они действительно не хотят быть теми, кто это признает.