Эксперты в области энергетики объясняют, почему Южная Африка пока не готова к производству «зеленого» водорода, который считается чистым топливом, и какие сложности стоят на пути реализации амбициозных планов страны в этой сфере. Несмотря на оптимистичные прогнозы, создание полноценной индустрии «зеленого» водорода – это не только вопрос производства, но и сложная комплексная задача, требующая синхронного развития инфраструктуры и технологий.
Ежедневно миллионы двигателей и заводов сжигают ископаемое топливо, выделяя углекислый газ – парниковый газ, который удерживает тепло в атмосфере Земли и способствует изменению климата. «Зеленый» водород, производимый с использованием солнечной и ветровой энергии для расщепления воды на водород и кислород, представляется чистым топливом, не загрязняющим окружающую среду и производящим только воду в качестве отходов. Многие страны, включая Южную Африку, рассматривают «зеленый» водород как жизненно важный инструмент для борьбы с изменением климата. ЮАР планирует использовать «зеленый» водород в различных сферах: от производства удобрений для сельского хозяйства до питания заводов и тяжелых грузовиков.
Однако, как отмечают эксперты, в то время как правительства во всем мире продвигают «зеленый» водород в качестве решения для чистой энергии, упускается из виду важнейшая реальность: производство «зеленого» водорода – это лишь одна часть сложной головоломки. Успех проектов по производству «зеленого» водорода зависит от одновременного развития инфраструктуры, которая будет транспортировать «зеленый» водород в промышленность. Также потребуется, чтобы отрасли промышленности внедрили новые технологии или переоборудовали существующее оборудование, чтобы они могли перейти с использования ископаемого топлива на использование «зеленого» водорода. Кроме того, для производства одного килограмма «зеленого» водорода требуется до 30 литров пресной воды. Это означает, что в засушливых районах, где планируется размещение центров производства «зеленого» водорода, потребуются опреснительные или водоочистные сооружения.
Подобный проект можно сравнить со строительством новой железнодорожной системы, где нельзя построить станцию без прокладки путей и обеспечения наличия поездов.
Авторы статьи – инженеры-химики с более чем пятидесятилетним совокупным опытом работы в нефтехимической промышленности – провели исследование, посвященное анализу рисков, связанных с созданием индустрии «зеленого» водорода в Южной Африке, от реализации проектов до готовности рынка.
Они изучили исторические данные пионерных энергетических установок по всему миру и рассмотрели некоторые проблемы, с которыми сталкиваются мегапроекты (стоимостью более 1 миллиарда долларов). Сравнив различные способы использования «зеленого» водорода путем измерения количества выбросов CO₂, предотвращаемых на каждую тонну использованного водорода, они определили наиболее эффективные области применения. Результаты оценки рисков оказались поразительными: проекты, которые спешат использовать новые технологии в массовом масштабе, как правило, удваивают или утраивают свои затраты по сравнению с первоначальными оценками. И более половины этих проектов не достигают своих производственных целей в первые шесть месяцев.
Анализ рисков также показывает, что средства, необходимые для строительства производственных предприятий по всему миру, включая Южную Африку, – это лишь малая часть того, что потребуется для создания функционирующей экономики «зеленого» водорода. Правительству придется учитывать эти риски, иначе результатом станут «застрявшие активы»: дорогостоящие объекты, которые не могут быть полностью использованы из-за отсутствия вспомогательной инфраструктуры.
Среди основных рисков – сложности транспортировки водорода. Его можно перемещать только по дорогостоящим специализированным трубопроводам или путем сжатия под экстремальным давлением. Другие способы транспортировки включают его предварительное преобразование в другие химические вещества, такие как аммиак, или перевод в жидкую форму при -253°C. До 48% энергии может быть потеряно только при транспортировке из-за сжатия, сжижения, преобразования в носители (например, аммиак или метанол), а также неэффективности трубопроводов или транспортировки, что требует значительных затрат энергии. Большинство существующих газопроводов не могут работать с чистым водородом без существенных изменений. Эти технические сложности означают, что новая инфраструктура должна быть построена практически с нуля.
Даже если эти препятствия будут преодолены, возникает следующая проблема: «зеленому» водороду нужны потребители с оборудованием, приспособленным для его использования. Например, сталелитейная промышленность рассматривает возможность отказа от загрязняющих окружающую среду печей в пользу производства стали с использованием «зеленого» водорода. Это практически не приведет к выбросам углекислого газа, но потребует совершенно новой инфраструктуры. Другой пример – заправочные станции. Для преобразования обычной заправочной станции, чтобы она могла обслуживать водородные транспортные средства, потребуются либо массивные холодильные установки и криогенные резервуары для хранения (которые хранят сжиженный газ при температуре ниже -250°C), либо резервуары высокого давления и компрессоры. Водородная заправочная станция будет больше похожа на небольшой химический завод, чем на обычную станцию технического обслуживания.
Стратегия правительства Южной Африки в области «зеленого» водорода предусматривает проведение 24 технико-экономических обоснований, чтобы выяснить, как «зеленый» водород может производиться и использоваться местной промышленностью. Есть также планы по его экспорту. Однако стоимость производства и транспортировки «зеленого» водорода в пять раз превышает стоимость альтернативы ископаемому топливу. Водород также очень сложно транспортировать через океан. Это означает, что в краткосрочной и среднесрочной перспективе нет шансов на крупный экспорт «зеленого» водорода. Эти факторы создают риски для потенциальной индустрии «зеленого» водорода, которые затруднят привлечение финансирования для проектов. Производственные мощности стоимостью в миллиарды долларов не могут быть оправданы, если системы транспортировки и конечные пользователи не готовы и не ждут. Также стоит учитывать, что во многих случаях солнечная или ветровая энергия дешевле и эффективнее, чем «зеленый» водород. Например, «зеленый» водород – это дорогой и неэффективный способ питания автомобилей по сравнению с электромобилями на батареях или отопления домов по сравнению с электрическим отоплением с использованием тепловых насосов.
Исследование показывает, что правительству Южной Африки следует сначала сосредоточиться на отраслях, которым будет легко перейти от ископаемого топлива к «зеленому» водороду. Например, «зеленый» водород можно производить и преобразовывать в «зеленый» аммиак в одном месте, без необходимости в новых трубопроводах. «Зеленый» аммиак можно использовать для производства сельскохозяйственных удобрений, которые транспортируются в виде твердых гранул, поэтому для перемещения и продажи мешков с «зелеными» удобрениями не требуется никакой дополнительной инфраструктуры. Однако более высокая стоимость удобрений на основе «зеленого» аммиака станет проблемой для местных продаж, поскольку азотные удобрения используются для основных сельскохозяйственных культур, таких как кукуруза, и, соответственно, рост цен на удобрения отразится на ценах на продукты питания. Переход к «зеленому» водороду требует тщательной координации по всей цепочке поставок. Вместо подхода «построим, а там посмотрим» необходимо одновременно создавать инфраструктуру производства, транспортировки и использования. По мере того как страны стремятся к достижению климатических целей, политикам необходимо обсудить всю инфраструктуру, необходимую для индустрии «зеленого» водорода. Без скоординированного развития по всей цепочке создания стоимости переход к чистой энергии может быть отложен.
