Форма воды. Водородное топливо будет дешевле бензина

Водород — новый энергоноситель мировой экономики. Доля водородного топлива в транспортном секторе достигнет 25% к концу XXI века. Если до 2030 года нефтяные цены не упадут до $30-40 за баррель, то водород будет вполне конкурентоспособной альтернативой бензину

Водород становится все привлекательнее для инвесторов, поскольку он не просто отвечает современным экологическим требованиям, но вообще является источником энергии с нулевой эмиссией. Многие экспертные организации, компании и целые страны начинают всерьез рассматривать его в качестве долгосрочной альтернативы ископаемым топливам. Сфера применения водорода очень широка: от генерации электричества до транспорта, отопления и промышленных процессов. Международное энергетическое агентство (МЭА) считает, что доля водородного топлива в транспортном секторе достигнет 25% к концу XXI века.

По оценкам Hydrogen council, мировой рынок водорода может составить порядка $2,5 трлн к 2050 году. В натуральном выражении в мировом энергобалансе доля водорода может достигнуть порядка 18% от конечного спроса на энергию, что позволит сократить выбросы СО2 на 6 гигатонн в год. При этом в транспортном секторе к 2050 году доля водородных автомобилей составит от 15% до 20% (количество легковых автомобилей на водородном топливе составит около 400 млн, грузовых — 15-20 млн и около 5 млн автобусов). Для достижения этих показателей потребуется $20-25 млрд инвестиций ежегодно до 2030 года. Для сравнения: инвестиции в нефтегазовую отрасль даже в период кризиса составили около $60 млрд.

Около 20 стран, включая Японию, Южную Корею, Германию, Китай и США (в первую очередь — штат Калифорния), активно развивают сейчас рынок энергетического водорода, выстраивая партнерские связи между государственным и частным секторами. Уже работает целый ряд таких партнерств: H2Mobility Germany, H2Korea, the California Fuel Cell Partnership, and the Scandinavia Hydrogen Highway Partnership.

В мае 1937 года в Гинденбурге произошла катастрофа пассажирского водородного дирижабля, и после этого водород как топливо фактически стал изгоем для транспортного сектора. Однако технический прогресс начала XXI века вдохнул жизнь в идею использования водорода для автомобилей.

Снижение стоимости и широкое внедрение ветровых и солнечных электростанций дают возможность генерировать водород с крайне низким углеродным следом. А успех в области транспортировки сжиженного природного газа доказал, что газы могут поставляться безопасно в больших объемах и по всему миру.

Технологические достижения в области производства топливных элементов привели к тому, что водород может использоваться в батареях топливных элементов для крупной и малой энергетики, отопления и, конечно, транспорта. За последние 15 лет стоимость водородного топливного элемента снизилась с $275 до $55/кВт — более чем в 5 раз. В планах департамента энергетики США — снизить стоимость топливного элемента до $40/кВт к 2020 году, а целевым показателем для достижения конкурентоспособности с традиционным ДВС является отметка в $30/кВт. Главная привлекательность водорода заключается в том, что при сжигании в чистом виде единственным его побочным продуктом является вода.

Китай планирует установить до 1000 водородных заправочных станций (ВЗС) к 2030 году, обслуживающих более 1 млн водородных автомобилей (FCEV). К 2025 году он также рассчитывает превратить город Ухань (Wuhan) в ведущий водородный хаб страны. На первом этапе до 2020 года там планируется построить 20 ВЗС, обслуживающих около 3000 водородомобилей. К 2025 году в городе будут сосредоточены крупнейшие предприятия в сфере производства топливных элементов и более 100 предприятий, связанных с водородной энергетикой. Количество ВЗС возрастет до 30-100 единиц. Объем инвестиций оценивается примерно в $1,7 млрд.

В Корее, по данным Hydrogen Analysis Resource Center, в 2018 году действовало всего 12 ВЗС. Однако благодаря небольшой территории страны и правильному расположению ВЗС, водители могут пересечь всю страну на водородном автомобиле. Корейское Министерство промышленности, торговли и энергетики объявило о планах на $2,3 млрд, чтобы обеспечить 16 000 транспортных средств на водороде и построить 310 заправочных станций по всей стране к 2022 году. В соответствии с пятилетним планом ожидается, что предприятия получат государственную поддержку в разработке стеков топливных элементов и контейнеров для хранения топливных элементов, а также налоговых льгот для водителей водородомобилей.

Япония чрезвычайно активно занялась продвижением водородомобилей. Япония является одним из лидеров в области инвестиций в господдержку, регулирование и инфраструктуру для обеспечения перехода на водородную энергетику. Главная задача состоит в том, чтобы улучшить качество воздуха, значительно сократить выбросы от транспортного и промышленного секторов, уменьшить зависимость от импортируемых ископаемых видов топлива. Именно эта страна выпустила первый серийный автомобиль — Toyota Mirai. В середине 2018 года, по данным Hydrogen Analysis Resource Center, в Японии насчитывалось 94 ВЗС (Рис. 1), тогда как в Германии, которая находится на втором месте по количеству ВЗС — 44.

Как указано в Strategic Roadmap for Hydrogen and Fuel Cells, Министерство энергетики, торговли и промышленности Японии (METI) координирует долгосрочную стратегию, направленную на ускоренное внедрение водородомобилей, автобусов на водородных топливных элементах и установок для производства энергии на водороде. METI ожидает, что годовое потребление водорода в Японии вырастет с 4000 тонн в 2020 году до 300 000 тонн к 2030 году и 5-10 млн тонн к 2050 году. Согласно Strategic Roadmap for Hydrogen and Fuel Cells, количество автомобилей на водороде должно достигнуть: к 2020 году 40 000 штук, к 2025 году — 180 000 и около 800 000 к 2030 году. Одновременно предполагается и развитие заправочных станций до 160 штук к 2020 году и около 320 штук к 2025 году с нынешних 90 штук. Ожидается, что по меньшей мере 1200 автобусов на топливных элементах будут эксплуатироваться на дорогах к 2030 году.

Что касается цен на водород на заправке, METI ожидает, что владельцы водородомобилей смогут покупать импортный водород примерно за $3 за 1 кг водорода к 2030 году (эквивалент $0,8/л бензина), а к 2050 году цена снизится до $2 за 1 кг водорода ($0,5/л бензина). Цены на ВЗС для импортируемого водорода в Японии на текущий момент составляют около $10 за 1 кг водорода ($2,6/л бензина). Таким образом, если до 2030 года нефтяные цены не упадут до $30-40/баррель, то водородное топливо будет вполне конкурентоспособно.

Япония рассматривает возможность перехода к водороду за счет импортных поставок из Брунея, Африки и Австралии. С этой целью японские компании, такие как Chiyoda Corporation, Kawasaki Heavy Industries, Iwatani, J-POWER и Marubeni, инвестируют в проекты по производству водорода в Австралии и Брунее.

В Австралии японские компании сотрудничают с AGL Energy и Shell, чтобы создать цепочку поставок сжиженного водорода в Японию (проект HESC) стоимостью $375 млн. Согласно проекту, водород будет производиться из синтетического газа, который будет получен при помощи газификации бурого угля, для обеспечения экологических стандартов будут применяться технологии улавливания и хранения углерода (CCS). Также проект предусматривает создание танкера для транспортировки жидкого водорода. Проект «уголь-в-жидкость» нацелен на коммерческий запуск к 2030 году. Планируемый объем производства водорода пока небольшой, он составит 0,25 т/сутки.

Наличие обширных пустых участков земли для строительства объектов возобновляемой энергетики, удачное географическое расположение, позволяющее генерировать большой объем солнечной и ветровой энергии и высоких инвестиций в пиковое производство возобновляемой энергии дают Австралии значительный потенциал для производства водорода.

В Южной Австралии французская компания Neoen, работающая в сфере возобновляемой энергетики, недавно объявил о планах по созданию водородного суперцентра в Crystal Brook для экспорта возобновляемого водорода в Азию. Водородный электролизер мощностью 50 МВт будет питаться от ветровой и солнечной установок общей мощностью 300 МВт, так же будет построен накопитель в 400 МВт/ч. Планируется, что производство водорода может достигнуть 20-25 тонн в сутки. Neoen уже сотрудничает с Siemens и Hyundai, чтобы построить электролизер малой мощности в 1,25 МВт.

Европейские страны тоже развивают водородную энергетику, в частности и водородный транспорт, в европейских городах сейчас эксплуатируется 91 водородный автобус, тогда как 5 лет назад их было только 30. Стоит отметить, что опыт эксплуатации весьма успешен. Так, по данным партнерства FCH JU (Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking), которая обеспечивает поддержку 67 водородным автобусам в Европе, интерес со стороны транспортных компаний есть и уже в ближайшие годы их парк должен вырасти до 500 единиц.

Идет развитие и легкового транспорта на водороде. Например, в пилотном проекте HyFIVE пять ведущих производителей автомобилей и другие партнеры эксплуатируют 185 автомобилей на водородных топливных элементах по всей Европе, а также строят заправочные станции. Аналогичным образом, в рамках проекта H2ME планируется строительство 29 ВЗС — в основном в Германии, и эксплуатация 200 автомобилей и 125 фургонов. Недавно под эгидой проекта была открыта первая ВЗС в Дании, и планируется производить водород путем электролиза воды, используя электроэнергию, произведенную из ВИЭ.

Развитие проектов HyFIVE и H2ME позволит водителям водородомобилей беспрепятственно путешествовать из Швеции в Италию или из Великобритании в Австрию, не беспокоясь о заправке.

Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking финансирует пилотные проекты (например, Don Quichote и HyBalance) по производству водорода как путем электролиза воды на базе ветровой и солнечных электростанций, так и опробует новые технологии термолиза воды в рамках проекта Hydrosol, и новые технологии фотоэлектролиза (проекты ARTIPHYCTION и PECDEMO). Объем инвестиций со стороны FCH JU только в перечисленные проекты достиг около 30 млн евро.

В целом сейчас, по данным Hydrogen Europe, на территории Европы осуществляется более 200 проектов в области водородной энергетики.

В США локомотивом продвижения водородомобилей является штат Калифорния. Благодаря инициативам штата к 2020 году количество ВЗС достигнет 62 единиц. На сегодняшний день количество FCEV практически достигло 5000 штук — самое большой водородный автопарк в мире (Рис. 2), а количество действующих ВЗС составило 36 единиц. При этом правительство штата ставит перед собой крайне амбициозную цель: к 2030 году количество автомобилей должно достигнуть 1 млн, а ВЗС — 1000 единиц.

Итак, применение водорода в качестве топлива пока еще не получило широкого распространения, однако многие страны и компании делают на него большую ставку, поскольку данный энергетический ресурс в сочетании с ВИЭ позволяет производить энергию с нулевыми выбросами. При этом значительное распространение этого энергоносителя ожидается именно в транспортном секторе.

На сегодняшний день лидером по количеству водородных автомобилей являются США, а по объему заправочной инфраструктуры — Япония. Крупные инвестиции делаются в Европе, главным образом в Германии и Скандинавии, и в Китае.

Отдельно стоит отметить интерес инвесторов к Австралии как к потенциальному поставщику водорода. На текущий момент, если инвестиции оправдают себя, Австралия может стать крупнейшим экспортером не только СПГ, но и водорода.

России, стране с огромными территориями, гигантскими запасами природного газа (из которого также можно производить дополнительный «зелёный» энергетический водород) и большим потенциалом по ВИЭ, тоже стоит обратить свой взгляд на этот сегмент бизнеса уже сегодня, а не быть среди догоняющих в будущем.