нашите сайтове - сп. Мениджър сп. Обекти Мениджър на годината Новите родители Зеленият кръг

Готови ли сме за водородната революция - митове и реалности за най-чистото гориво 

Снимки: Guliver/Getty Images

Aко съдим по многобройните оптимистични заглавия в медиите, светът прави решителни крачки към бъдещето, в което водородът (H2) ще замести въглерода в световната енергетика. Според тази визия лекият газ ще ни помогне да се освободим от парниковите емисии и да избегнем най-лошите последствия от промените в климата. Ситуацията предизвиква дежавю, защото оптимистични заглавия за водорода имаше и преди 20 години. Решителната разлика между тогава и сега е, че днес значими части от света са ангажирани с „декарбонизиране“ на икономиката. Амбициозни планове, свързани с водорода, имат ЕС, САЩ, Япония, Канада, Обединеното кралство, Австралия, Саудитска Арабия и Китай. По данни на организацията Hydrogen Council към момента с хоризонт до 2030 г. са планирани 228 големи „водородни“ проекта с общи капиталови разходи от 300 млрд. долара. Този факт в комбинация с технологичния прогрес и с намалените цени на възобновяемите източници на енергия (ВЕИ) съществено подобрява перспективите на водорода. Нека да видим какви са неговите предимства и недостатъци.

 

Неустоимата привлекателност на водорода не е трудна за разбиране 

Той е най-разпространеното вещество във Вселената (и на Земята) и носи повече енергия от всяко друго гориво. Неговата специфична енергия (съотношение енергия/тегло) е три пъти по-голяма от тази на природния газ и над 200 пъти по-голяма от тази на литиево-йонните батерии. При изгарянето си H2 отделя само водна пара и нито молекула въглероден двуокис. Иначе казано, ако водородът не съществуваше, щяхме да го измислим и романтизираме като идеалната чиста енергия. 

Разбира се, както често се случва, дяволът е в детайлите. Основните пречки пред победата на водородната революция са в методите за производство, транспортиране и в крайна сметка – в цената на H2. За практически нужди можем да използваме една полезна аналогия и да си представяме водорода като чиста алтернатива на природния газ с някои особености. 

Водородът не е първичен източник, а е носител на енергия, подобно на електричеството. Това означава, че за неговото производство трябва да бъде вложена някаква друга енергия. За разлика от изкопаемите горива, които могат да бъдат „добивани“, находищата на чист H2 са рядкост. Той трябва да бъде произведен от суровините, в които е заключен – от изкопаеми горива или от вода, чрез електролиза. Идеалният случай е, когато енергията за електролизата идва от ВЕИ. В този случай става дума за 
т.нар. „зелен водород”, към който са отправени всички надежди за декарбонизация. Проблемът е, че „зелени“ са едва 4% от общо произвежданите 70 млн. метрични тона водород годишно. Останалите количества са „кафяв“ (произвеждан от въглища), „сив“ (от природен газ) и „син“ водород (от природен газ с улавяне на отделения въглерод). При всички тези процеси се отделят парникови емисии. 

 

Затова всички планове за H2 икономика предвиждат мащабни инвестиции в създаването на ВЕИ специално за производството на водород чрез електролиза

Идеята е споменатият по-горе процент да бъде обърнат в полза на зеления водород в рамките на едно десетилетие, като едновременно с това производството на H2 бъде увеличено драматично. За целта водородната стратегия на ЕС предвижда 430 млрд. долара инвестиции в зелен H2, както и инсталирането на 40 гигавата електролизери на своя територия до 2030 г. За сравнение в момента инсталираната мощност в цял свят е 250 мегавата. Тези амбициозни планове са голямо предизвикателство сами по себе си. Изграждането на огромни полета от вятърни и фотоволтаични централи за производство на водород трябва да става паралелно с изграждането на ВЕИ за производство на електричество. Предизвикателство може да бъде и наличието на достатъчно свободни земи и вода. В своя публикация New Scientist дава впечатляваща представа за необходимите ресурси – в момента за производството на един метричен тон водород чрез електролиза са необходими 10 хил. литра вода и 50 мегаватчаса електричество.

 

Всичко това означава, че водород ще бъде произвеждан там, където има най-добри условия за това, и след това ще бъде придвижван до местата за потребление 

С някои специфики H2 може да бъде транспортиран подобно на природния газ. Той може да бъде сгъстен (компресиран) и втечнен за по-лесна логистика. Някои от предизвикателствата при това са, че водородът намалява здравината на металите, лесно се самозапалва и може да предизвиква взривове в затворени помещения. Всички тези проблеми имат своите технологични решения. В резултат от всичко споменато обаче преносът на H2 е по-скъп и по-сложен в сравнение с природния газ. Показателен е примерът на Япония, която залага на втечнения водород.

През лятото на настоящата година страната ще стартира първата в света верига за доставки на втечнен водород по море. Енергийният носител ще бъде внасян от Австралия с помощта на първия в света танкер за втечнен водород, създаден от Kawasaki Heavy Industries. Това решение обаче изисква огромни капиталови инвестиции и в обозримото бъдеще вероятно ще има смисъл само за богати страни, които внасят над 90% от енергийните си източници и имат удобни морски маршрути (какъвто е специфичният случай с Япония).

 

Колко ще струва горивото на бъдещето

В крайна сметка всички пречки пред водорода могат да бъдат сведени в една или друга степен до неговата цена. Факт е, че зеленият H2 е все още твърде скъп (3,50 до 6 евро на килограм), за да бъде конкурентоспособен на останалите енергийни носители. Тази цена обаче е двойно по-ниска в сравнение със ситуацията преди 10 години, като според някои прогнози може да спадне с още 60% до 2030 г. Основен фактор в този процес са намаляващите цени на ВЕИ. Според дългосрочната прогноза на BloombergNEF цената на зеления H2 до 2050 г. ще падне до под 1 долар на килограм.

Със сигурност, ако амбициозните планове за енергиен преход бъдат осъществени, уравненията ще се променят драматично в полза на H2 в рамките на едно десетилетие. Водородната стратегия на ЕС предвижда мащабни инвестиции и субсидии в търсенето и предлагането на водород, както и за изследвания и разработка на нови технологии в тази област. Всичко това генерално ще разреши проблема с цената, както и всички останали предизвикателства пред водородната икономика.

H2 ще бъде зелена алтернатива на природния газ във важни приложения като производството на топлина за индустриални цели. Например зеленият водород има всички необходими качества, за да декарбонизира „мръсна“ индустрия като металургията. В същото време водородът има бляскаво бъдеще във всички видове транспорт, при които теглото на батериите е сериозен проблем. Такива са, да речем, тежкотоварните камиони, корабите и най-вече големите пътнически самолети. Влакове, задвижвани от водородни горивни клетки, могат да заместят всички останали в експлоатация дизелови локомотиви, особено по жп линиите, чиято електрификация не е рентабилна.
След всичко казано дотук, можем уверено да твърдим, че този път водородът има големи шансове да постигне своя потенциал като „гориво на бъдещето".

В голямата схема на нещата той ще изпълни ролята на „мостова технология", която ще спечели време, за да могат ВЕИ окончателно да изместят изкопаемите източници на енергия. 

 

Батерии или горивни клетки?

Най-сериозен е въпросът за икономическата конкурентоспособност на водорода в транспорта. Горивните клетки осъществяват процес, който е огледален на електролизата, т.е. превръщат водорода в електричество и водна пара. За тях като алтернатива на двигателите с вътрешно горене се говори още от петролните кризи през 70-те години. Т.нар. FCEV (електрическо превозно средство с горивна клетка) автомобили имат своите предимства в сравнение с електромобилите с батерия (BEV). Горивните клетки осигуряват повече енергия от единица маса, а зареждането с H2 е толкова бързо, колкото и с бензин. Водородът обаче трябва да бъде компресиран/втечнен, транспортиран, зареден и накрая превърнат обратно в електричество от горивните клетки. Докато електричеството просто се пренася по електропроводи и се зарежда от зарядните устройства в батериите на някоя Tesla Model 3, Volkswagen ID.3 или друг „обикновен електромобил”. Всичко това води до сериозни разлики в енергийната ефективност по цялата верига „от източника до колелата”. По данни на Volkswagen при BEV тази ефективност е 70–90%, докато при FCEV е 25–35%. В по-практични измерения това означава, че една водородна кола изразходва 2–3 пъти повече електричество, за да измине еднакво разстояние с една кола на батерии. Изводът е, че в близкото бъдеще водородът няма да може да конкурира електричеството при масовите автомобили.

Къде сме ние?

България е включила водорода в своите програмни документи. Според текущия вариант на Националния план за възстановяване и устойчивост страната ни ще инвестира в производство и инфраструктура за пренос на зелен водород. Основният акцент ще бъде върху замяната на горивната база на ТЕЦ-овете на въглища. Общата предвидена сума за това е над 550 млн. лева, а периодът за изпълнение е до 2025–2026 г. Освен това документът предвижда създаването на национална пътна карта за развитие на производството и доставката на водород. От своя страна Националният енергиен и климатичен план на България предвижда плавен ръст в производството и потреблението на водород до 2030 г. Документът предвижда, че в този срок в страната ще бъдат инсталирани електролизери за производство на зелен водород с мощност до 480 мегавата. Очаква се потреблението на водород да бъде най-голямо в индустрията и транспорта, следвани от сградите и производството на електричество. „Високият” сценарий в транспорта предвижда въвеждане в експлоатация на над 5700 камиона и 40 хил. автомобила, задвижвани с водород. 

Автор: Начо Стригулев
още от Лица