Исследователи оценили экономическую целесообразность перехода производства полупроводников с ископаемого «серого» водорода на «зеленый», производимый на месте с помощью солнечной энергии. Анализ показывает, что, несмотря на экологические преимущества, полный отказ от традиционных поставок сопряжен со значительным ростом затрат, однако существуют компромиссные решения, способные сгладить финансовую нагрузку.
В качестве модели было рассмотрено предприятие по производству кремниевых пластин в Южной Европе с годовой потребностью в водороде около 110 тонн. В настоящее время завод полностью полагается на поставки «серого» водорода, получаемого из ископаемого топлива. Такой подход является наиболее экономически выгодным – приведенная стоимость водорода (LCOH) составляет 4 евро за килограмм. Однако этот процесс сопровождается ежегодными выбросами углекислого газа в объеме 1045 тонн.
Опубликованном в научном журнале Smart Energy исследование показало, что по мере сокращения доли ископаемого водорода в производственном цикле, его итоговая стоимость для предприятия неуклонно растет. При достижении цели по декарбонизации на 70% – то есть при замене большей части «серого» водорода на «зеленый» – цена за килограмм увеличивается до 6,10 евро. Более строгие ограничения на выбросы приводят к еще более резкому скачку. В сценарии полного отказа от ископаемого сырья стоимость водорода достигает 10,51 евро за килограмм, что на 163% превышает текущие затраты.
Основная причина такого удорожания кроется в необходимости создания избыточной инфраструктуры для обеспечения бесперебойного производства. Переход на стопроцентно «зеленый» водород, генерируемый солнечными панелями, требует значительного увеличения мощности как самой фотоэлектрической станции, так и системы хранения. Чтобы компенсировать прерывистый характер солнечной генерации и гарантировать постоянную подачу водорода на производство, требуется установка резервуаров под давлением, способных вместить значительные объемы газа. Именно эти компоненты – солнечные панели и хранилище – становятся основными статьями расходов.
Анализ чувствительности к рыночным условиям показал, что локальное производство «зеленого» водорода становится экономически оправданным, когда закупочная цена на «серый» водород превышает порог в 6 евро за килограмм. Если стоимость ископаемого водорода поднимается выше этой отметки, интеграция собственной генерации становится выгодной. При этом даже при высоких ценах на «серый» водород частичное его использование может оставаться экономически целесообразным, поскольку это позволяет избежать чрезмерных капиталовложений в локальную инфраструктуру.
Существенно повысить конкурентоспособность «зеленого» водорода может подключение к национальной электросети. Если предприятие имеет доступ к недорогой возобновляемой электроэнергии из сети, например, по цене 50 евро за МВт·ч, стоимость производства водорода на месте составит 4,64 евро за килограмм. Этот показатель сопоставим с ценой на «серый» водород. Интеграция с энергосистемой позволяет избежать масштабных инвестиций в собственные солнечные электростанции и системы хранения, повышая гибкость и надежность снабжения. Даже при высоких ценах на электроэнергию из сети такое решение остается более выгодным, чем полная автономность.
Снижение капитальных затрат на сами электролизеры – установки для производства водорода методом электролиза воды – также способствует удешевлению конечного продукта, но не является решающим фактором. Расчеты показывают, что уменьшение стоимости электролизера почти на 30% снижает итоговую цену «зеленого» водорода примерно на 1 евро за килограмм. Это улучшает экономику проекта, но не позволяет полностью устранить разрыв в стоимости по сравнению с традиционным ископаемым водородом. Таким образом, для достижения паритета цен необходим комплексный подход, включающий технологические усовершенствования, снижение затрат на оборудование и поддерживающие регуляторные механизмы.