Рынок чистого водорода в США готовят к быстрому росту

Рынок чистого водорода в США готов к быстрому росту, утверждается в докладе Минэнерго «Пути к коммерческому взлету: чистый водород». Налоговые стимулы и регулятивные инструменты могут сделать производство чистого водорода экономически конкурентоспособным по сравнению с существующими технологиями в ближайшие 3-5 лет. Производство чистого водорода потенциально может увеличиться с менее чем 1 миллиона метрических тонн в год до 10 млн к 2030 году и до 50 млн к 2050 году.

Министерство энергетики США (DOE) выпустило три доклада в рамках программы «Пути к коммерческому взлету» с целью предоставить частному бизнесу информацию о перспективах инвестиций в безуглеродную электрогенерацию — атомную энергетику, зеленый водород и долговременное хранение электроэнергии. Данная статья посвящена докладу о перспективах чистого водорода.

Рынок чистого водорода в США готов к быстрому росту, ускоряемому финансированием по программе Hydrogen Hub, закону об инвестициях в инфраструктуру и создании рабочих мест (IIJA), налоговыми льготами в соответствии с Законом о снижении инфляции (IRA), включая налоговую льготу на производство водорода (hydrogen production tax credit, PTC), программу DOE Hydrogen Shot и цели по декарбонизации в государственном и частном секторах. В совокупности эти стимулы могут сделать производство чистого водорода экономически конкурентоспособным по сравнению с существующими технологиями в ближайшие 3-5 лет, говорится в докладе.

Водород может сыграть важную роль в обезуглероживании до 25% глобальных выбросов CO2, связанных с энергетикой, особенно в промышленном/химическом секторах и на транспорте большой грузоподъемности. 

Внедрение водорода – это возможность принести пользу сообществам по всей Америке, включая:

• качественные рабочие места; 
• преимущества для климата и снижение загрязнения воздуха. 

Производство чистого водорода для внутреннего потребления, говорится далее в докладе, потенциально может увеличиться с менее чем 1 миллиона метрических тонн в год до ~10 млн. тонн в год в 2030 году. Национальная стратегия и дорожная карта по чистому водороду предполагает к 2050 году производство 50 млн тонн в год чистого водорода. 

Для справки: мировой годовое производство водорода на сегодня оценивается около 75 млн тонн. Водород используется, в основном, для получения азотных удобрений и для очистки нефти от серы. Создание с нуля индустрии зеленого водорода в объеме, сопоставимом с мировым производством, не выглядит реалистичным.

В докладе Минэнерго не приводятся конкретные цифры производства в США водорода методом электролиза или с захоронением углекислого газа (CCS) при паровом риформинге. Причина «скромности» в том, что, по данным Википедии, суммарное мировое производство водорода методом электролиза около 100 тыс. тонн. Даже если весь электролитический водород производится в США, его выработка к 2030 году должна увеличиться в 100 раз!

К тому же если в качестве метода производства водорода будет доминировать электролиз воды, то к 2030 году для поддержки производства чистого водорода потребуется до 200 ГВт новых возобновляемых источников энергии, пишет Минэнерго.

С начала века в США построено примерно 290 ГВт солнечных и ветряных генерирующих мощностей. Построить еще 200 ГВт только для водорода – абсолютно нереально, поэтому DOE в докладе приводит варианты производства водорода из природного газа, но с CSS, что обходится дешевле электролиза. На риформинг с CCS к 2050 году может приходиться до 80% производимого водорода по сравнению с 50% в сценарии с высоким использованием ВИЭ.

Ситуация с производством водорода на сегодняшний день выглядит следующим образом.

Технологии производства водорода и учет налоговых стимулов PTC 

Варианты различных способов получения водорода в оптимистическом варианте выхода на коммерческий уровень и готовности (willingness) платить за него в разных применениях, приведены на рисунке.

Затраты по всей цепочке создания стоимости к 2030 году, если достижения в области технологий распределения и хранения будут коммерциализированы

Производители природного газа, по мнению DOE, будут согласны добавлять водород в свой товар при цене не выше $0,4-0,5/кг (то есть такого никогда не будет), а тяжелые грузовики согласны на $4-5/кг. 

Сейчас стоимость водорода из-под риформинга оценивается в $1-3/кг, а зеленого водорода – в $3-10/кг. Впрочем, Блумберг дает нижнюю оценку для зеленого водорода в Бразилии $2/кг вследствие дешевизны электроэнергии. 

На диаграмме желтый цвет соответствует СЭС, синий – наземным ВЭС.

Расчеты, проведенные в ИНЭИ РАН, дают такие цифры: при электроэнергии с СЭС килограмм водорода стоит $12, с ВЭС – $7,5. Водород после риформинга с захоронением СО2 стоил бы $1,6 за кг.

Все выкладки американского Минэнерго построены на предположении о значительном падении цен на оборудование и энергию для получения водорода. Например, капитальные затраты на щелочные электролизеры снизятся с $760-1000/кВт сегодня до $230-400 к 2030 году, а на мембранные с твердым электролитом (PEM) – с $975-1200/кВт до $380-450. 

Цена электроэнергии для электролизеров будет меньше $20/МВтч. Сейчас цена только генерации около $60, а с дистрибуцией и другими накрутками – до $100-140/МВтч. 

При реализации фантазий DOE о снижении стоимости оборудования и электроэнергии цена зеленого водорода может упасть до $1,50–2/кг к 2035 году. Продолжая фантазировать, г-жа Грэнхольм пишет: «Трубопроводы и хранилища в соляных пещерах станут важнейшими опорами водородной системы, обеспечивая недорогое распределение и хранение водорода в больших масштабах». Причем технология хранения водорода в соляных пещерах не подтверждена практикой, и таких пещер в США явно недостаточно для национальной водородной сети.

На сегодня в достаточной степени отработано для коммерческого использования получение водорода методом электролиза по щелочной (AWE) и мембранной (PEM) технологиям.

Четыре технологии электролизеров на различных стадиях коммерческой готовности

До сих пор не решена окончательно проблема транспортировки водорода. На небольшие расстояния (до 250 км) его предлагается транспортировать в сжатом виде на грузовиках с однотонным баллонами под давлением до 500 бар (если найдется достаточно желающих иметь за спиной огромный баллон под таким давлением). Транспортировка жидкого водорода по трубам при минус 253 °С – чистая фантастика. Смешивать для транспортировки водород с газом можно, но зачем? Плюсов никаких, кроме сокращения выбросов при сгорании на 10% при резком росте опасности взрывов и стоимости смеси. 

Авторы доклада благоразумно представили график вариантов транспортировки в качественном виде, «чтобы подчеркнуть неопределенность в методах распределения и вариабельность в каждом конкретном случае».

Поскольку единственная цель создания индустрии зеленого водорода – сокращение выбросов, приводим диалог со слушаний в Сенате США, чтобы освободить читателей от возможной абсолютизации святости теории AGW на Западе. 

Недавний допрос сенатором Джоном Кеннеди доктора Роберта Литтермана, председателя подкомитета по рыночным рискам, связанным с климатом, Комиссии по торговле товарными фьючерсами США, и д-р Дугласа Хольц-Икина, президента Американского форума действий, на слушаниях в Сенате США.

Сенатор Кеннеди: «Доктор Литтерман, сколько будет стоить сделать Соединенные Штаты Америки углеродно-нейтральными к 2050 году?»

Литтерман: «Не знаю, сэр».

Сенатор Кеннеди: «Значит, вы выступаете за то, чтобы мы делали эти вещи, но не знаете конечной цены?»

Литтерман: «Да, абсолютно, я, конечно, не знаю конечной стоимости, и она очень неопределенна. Это зависит от инноваций, это зависит от…»

Сенатор Кеннеди: «Я просто пытаюсь заложить здесь фундамент, чтобы понять ваши экспертные показания. Доктор Хольц-Икин, знаете ли вы, сколько будет стоить сделать Соединенные Штаты Америки углеродно-нейтральными к 2050 году?»

Хольц-Икин: «Зависит от того, как вы это сделаете. Если мы все это сделаем за счет федерального бюджета…»

Сенатор Кеннеди: «Государственные и частные доллары. В любом случае, это, в конечном счете, частные доллары».

Хольц-Икин: «Я согласен».

Сенатор Кеннеди: «Итак, сколько?»

Хольц-Икин: «Вы увидите 50 триллионов долларов».

Сенатор Кеннеди: «50 триллионов долларов?»

Хольц-Икин: «Да».

Сенатор Кеннеди: «Хорошо, спасибо. Если мы сделаем Соединенные Штаты Америки углеродно-нейтральными к 2050 году, потратив 50 триллионов долларов, за которые вы выступаете, я полагаю…»

Хольц-Икин: «Нет».

Сенатор Кеннеди: «Хорошо, вычеркните последнюю часть. Я не прав. Вы не пропагандируете это».

Хольц-Икин: «Если вы собираетесь что-то делать, делайте что-то умное: вот за что я выступаю».

Сенатор Кеннеди: «Если мы потратим 50 триллионов долларов на то, чтобы к 2050 году Соединенные Штаты Америки стали углеродно-нейтральными, насколько это снизит мировую температуру?»

Хольц-Икин: «Я не могу сказать, потому что не знаю, что сделают Китай, Индия и остальной мир».

Сенатор Кеннеди: «Вы слышали, чтобы кто-нибудь из администрации Байдена говорил, насколько это понизит мировую температуру?»

Хольц-Икин: «Нет».

Сенатор Кеннеди: «Кто-нибудь знает, насколько это понизит мировую температуру? [Пауза] Нет?»

Хольц-Икин: «Никто не может знать наверняка».

Сенатор Кеннеди: «Хорошо. Доктор Литтерман, если мы потратим 50 триллионов долларов или столько, сколько потребуется, чтобы к 2050 году сделать Соединенные Штаты Америки углеродно-нейтральными, насколько это снизит мировую температуру?»

Литтерман: «Сенатор, это зависит от остального мира. Мы должны работать с остальным миром. Мы в этом вместе. Это один мир. Мы не можем окружить Соединенные Штаты стеной и сказать…»

Сенатор Кеннеди: «Что, если мы потратим 50 триллионов долларов, Европа будет сотрудничать, большинство западных демократий будут сотрудничать, а Индия и Китай — нет? Насколько наши 50 триллионов долларов понизят мировую температуру?»

Литтерман: «Мы вместе, сенатор. Мы должны заставить мир работать вместе».

Сенатор Кеннеди: «Я понимаю. Насколько это понизит мировую температуру?»

Литтерман: «Если Китай и Индия не помогут? Я не знаю».

Литтерман и Хольц-Икин отвечают честно: никто не знает, насколько стопроцентное обезуглероживание США понизит температуру планеты Земля. Но потратить 50 триллионов долларов американских налогоплательщиков все равно кому-то очень хочется. 

В комментариях к статье читатели высказывают две гипотезы такого поведения экспертов: 1) массовое помешательство как следствие тотальной климатической истерии (для иллюстрации см. https://www.theguardian.com/environment/2023/mar/22/big-oil-companies-homicide-harvard-environmental-law-review), 2) попытка установления некими силами мирового господства через насильственное навязывание заведомо абсурдных требований (аналог ковидных ограничений).

В цитируемом тексте приводятся графики и расчеты, на основании которых автор делает вывод: даже если бы всем странам удалось достичь чистого нулевого уровня выбросов к 2050 году, чего они не сделают, влияние на глобальное потепление составило бы менее одной десятой градуса Цельсия. Даже если автор ошибся в 10 раз, все равно результат однозначен. 

Таким образом, у зеленых водородных проектов сомнительные перспективы.