В США и Канаде просят денег на водородную энергетику

Практически одновременно в США и ведущей промышленной канадской провинции Альберта вышли документы, посвященные водородной энергетике. Разные по формату, они близки по сути: если правительство и общество хочет иметь энергетику на основе водорода, пусть выделяет деньги.

Зеленый водород «нежизнеспособен»

Американский Hydrogen Program Plan, подготовлен Минэнерго страны (https://www.energy.gov/articles/energy-department-releases-its-hydrogen-program-plan), сообщается в преамбуле, в соответствии с разделом 515 казначейских и общегосударственных ассигнований Закона о бюджете на 2001 финансовый год. Подготовленный план не первый, в документе упоминаются планы 2002, 2004 и 2006 годов.

Американцы подошли к своему новому плану по-деловому, главное в нем – готовая схема, по которой можно распределять деньги, если они будут выделены. Вот предлагаемая структура создаваемого водородного подразделения при Департаменте энергетики.

В тексте доклада подробно описано, где водород может применяться и каких целевых показателей надо достигнуть, чтобы он там применялся. Например, для грузовиков на топливных элементах типа PEMFC (Polymer electrolyte membrane fuel cells), работающих при 80°C, целевые показатели выглядят так: $80/кВт стоимость топливных элементов, 25 тыс. часов – их рабочий ресурс.

На сегодня подтвержденный ресурс топливных элементов – 2,5 тыс. часов. О стоимости можно судить по такой информации: в 2005 году стоимость топливных элементов составляла $110/кВт, а Минэнерго США планировало снизить ее до $30/кВт к 2020 году. В 2020 году Минэнерго снова планирует ее снизить, но уже до $80/кВт. Для сравнения, стоимость батареи топливных элементов Toyota Mirai в 2016 году составила $183/кВт.

Стоимость топливных элементов – цифра достаточно условная, она во многом зависит от технологии и количества выпускаемых элементов, но разрозненные цифры говорят за то, что стоимость элементов, где катализатором служит платина, не хочет снижаться. Показательно, что в американском плане эти цифры не указаны, как, впрочем, и другие. Авторы предпочли заменить конкретные цифры красивыми общими картинками.

Процитируем основную идею документа: «Водород — это универсальное топливо, которое открывает путь к устойчивому долгосрочному экономическому росту. Его применение повысит эффективность многих секторов экономики и поддержит продолжающийся в Америке производственный ренессанс. Водород может служить в качестве топлива для устойчивого развития транспорта, в качестве сырья для производства электроэнергии и тепла для домов. Кроме того, безуглеродный водород можно было бы даже экспортировать на рынки, которые ищут безуглеродную энергию».

Слова про «производственный ренессанс» оставим на совести авторов, показательнее, что последним пассажем Минэнерго США присоединило свою страну к быстро растущей группе мечтающих продать кому-нибудь свой водород, в ней уже Россия, Саудовская Аравия и другие страны Персидского залива.

Каким образом применение водорода будет стимулировать «экономический рост» и «повысит эффективность экономики», в документе не сказано ни слова, как, впрочем, и во всех остальных подобных бумагах. Зато «этот всеобъемлющий документ представляет собой обязательство Министерства энергетики США разработать технологии, которые позволят осуществить водородный переход в Соединенных Штатах». То есть технологий перехода еще нет, но, согласно документу, у правительственной Loan Program Office (LPO) есть возможность получить $20 млрд под проекты энергетической инфраструктуры США, и Минэнерго надеется на сотрудничество с этой структурой.

В плане Минэнерго США признается, что без всяких антиуглеродных программ источники питания на водороде нашли свои ниши. Тысячи топливных элементов используются в вилочных погрузчиках и в резервных блоках электропитания по всей Америке, например, в ДАТА-центрах, где недопустимы перебои с питанием, а емкости аккумуляторов не хватает или они слишком дороги. Для любителей экзотики выпускаются автомобили на водороде за десятки тысяч долларов. В США, утверждается в документе, примерно 45 водородных заправок и еще около сотни специально для погрузчиков.

Последнее реальное применение топливных элементов – для питания аппаратуры беспилотников (водород и топливные элементы легче и мощнее аккумуляторов).

Но если государство платит деньги, почему бы не попробовать выжать еще пару-тройку процентов эффективности? За 20 лет, утверждают в Минэнерго, с помощью финансируемых министерством НИОКР удалось снизить стоимость транспортных топливных элементов на 60% и увеличили их срок службы в четыре раза. Нынешний энтузиазм вокруг водорода любопытно сравнить с энтузиазмом, описанным в работе ИМИ 2005 года, где продвигается та же идея: вот-вот и все вокруг будет на водороде.

Сейчас в США производится около 10 млн тонн водорода в год. Потребность может вырасти до 41 млн тонн в год, «при условии успеха НИОКР в ключевых областях, таких как разработка недорогих электролизеров», и даже до 60 млн тонн в год, если на водороде будут ходить океанские лайнеры. Но на перспективу разработки «дешевых» электролизеров эксперты смотрят скептически хотя бы потому, что для электролиза нужна не просто вода, а чистая дистиллированная вода, без примесей растворимых солей. При стоимости электроэнергии 0,19 доллара (пример из источника) дистилляция тонны воды будет стоить 135,14 доллара. Для получения тонны водорода требуется около 18 тонн воды, так что только вода обойдется примерно в 2,4 доллара на 1 кг водорода, поэтому эксперты, похоже, единодушны в том, что получение зеленого водорода «нежизнеспособно» без значительной государственной поддержки.

В документе сделан вывод, что для использования на транспорте стоимость производства водорода должна составлять не более $2/кг плюс еще $2/кг на доставку и дистрибьюцию. Для индустрии водород должен стоить не более $1/кг. Зеленый водород с его ценой $5-6/кг, таким образом, исключается, а превращать газ в водород, чтобы потом сжигать его в двигателях и турбинах, возможно только ради идеи «декарбонизации», когда углерод, получаемый из газа в процессе отделения от него водорода, будет закачиваться в землю.

Общество должно принять более высокие затраты на топливо

Целевая группа по водороду Industrial Heartland при поддержке правительства Альберты опубликовала отчет Transition Accelerator о перспективах перехода к водородной энергетике (https://transitionaccelerator.ca/building-a-transition-pathway-to-a-vibrant-hydrogen-economy/). Отчет был выпущен за несколько дней до обнародования нового климатического плана Канады, нацеленного на чистые нулевые выбросы к 2050 году, что подчеркивает его актуальность.

В отличие от американского Hydrogen Program Plan составители канадского документа старались максимально конкретизировать свои оценки и предложения в соответствии с принципами технико-экономического анализа. Например, они составили схему оптимальных маршрутов транспортировки голубого водорода и схемы энергетических систем страны, пригодные для дальнейшей детализации.

В Альберте, центре канадской нефтедобычи, природный газ стоит от $1 до $5/GJ и широко используется в промышленность (цемент, удобрения, нефтеносные пески, производство электроэнергии и т.д.), для отопления помещений и нагрева воды для жилых и коммерческих зданий. Стоимость водорода авторы оценили в $10-$14/GJ. Из чего сделали логичный вывод: успешный переход на водород в качестве топлива для отопления с нулевым уровнем выбросов потребует от общества принятия либо более высоких затрат на топливо для отопления (частично компенсируемых повышением тепловой эффективности топлива), либо снижения цен на водород с учетом масштабов внедрения и технологических инноваций (апеллирование к «технологическим инновациям» – родовая черта всех нереальных проектов).

Заставить канадцев сразу платить за топливо в несколько раз больше авторы не надеются, поэтому предлагают вводить водород в экономику постепенно. Например, смешивать водород с газом для уменьшения выбросов парниковых газов. Перевести на водород транспорт, двигающийся по определенным маршрутам (автобусы, грузовики, поезда), когда число водородных заправок можно свести к нескольким единицам.

Поскольку затраты на модернизацию дизельных транспортных средств для работы на водороде ниже, чем затраты на транспорт с топливными элементами, в докладе предлагается начать водородизацию именно с дизелей.

Логично предлагается начать внедрение водорода с небольших демонстрационных проектов, необходимых для изучения потенциала «пригодности к эксплуатации» новых транспортных средств на водороде в реальных условиях, говорится в документе. Выводы, полученные в ходе этих испытаний, должны быть обнародованы (включая прозрачное обсуждение «за» и «против») для оценки – и, если это оправдано, – укрепления уверенности в жизнеспособности этих механизмов для конкретных подсекторов. Когда будут получены доказательства «пригодности к службе», потребуется общественная и политическая поддержка для развертывания достаточного количества комплексов водородной транспортной инфраструктуры и работающих на водороде автомобилей.

Канадский документ, похоже, единственный, в котором прямо не призывается к силовому и политическому давлению для внедрения водорода, наоборот: «При построении надежного и убедительного пути перехода к новой, более устойчивой энергетической системе важно понимать, что энергетические системы определяются спросом. Мы должны сначала понять спрос, а затем спроектировать предложение, чтобы удовлетворить этот спрос». Увы, спроса пока нет. Ни текущий ($30/ тСО2-экв), ни планируемый ($50/ тСО2-экв) углеродный налог не могут, говорится в докладе, обеспечить инвестиционной привлекательности проектов по переходу энергетики даже на голубой водород.

(Маленькое отступление, в Европе производители солнечной и ветровой энергии апеллируют к «скрытому спросу», значит, «открытый спрос» обнаружить не удалось).

Эксперты начинают все громче заявлять о том, что внедрение углеродобесия сомнительно в рыночной ситуации. Джефф Тафф, руководитель консалтинговой компании Deloitte, говорит: «Сценарий, в котором страны гонятся за экономическими преимуществами, подорвет способность мира справиться с глобальным потеплением. <…> Опасность состоит в том, что международное соперничество – возможно, из-за популизма или растущего общественного давления – приведет к потоку капитала туда, где он может быть использован наиболее выгодно, а не там, где он окажет наибольшее влияние». То есть нормальное для рыночной экономики желание получать прибыль, а не следовать идеологическим догмам, названо «популизмом». Тридцать лет назад одна такая глобальная «догма» скончалась как раз в результате «популизма».

В канадском докладе, так же, как и в американском, присутствует обязательная фраза: «Исследуйте новые рынки для экспорта голубого/зеленого H2 (США [Калифорния], Япония, Южная Корея, Германия)». Почему-то все считают, что проще продать водород за границу, чем заставлять доплачивать за него собственное население и бизнес.

Избыток дешевой энергии – основа промышленного развития страны. Победа Англии над Голландией в результате войн XVII-XVIII веков приписывается тому обстоятельству, что в Англии было много угля, который по воде дешево доставлялся в центры роста промышленности, чего не было в Голландии. Лишенная дешевого угля, Голландия проиграла в развитии промышленности, а затем и по остальным направлениям. Введение идеологического углеродного налога повысит стоимость энергии для активных стран-участниц Парижского соглашения, и может привести к тому, что центр мирового экономического развития сместится из этих стран в другие места планеты, где считают, что «не важно какого цвета кошка, лишь бы она ловила мышей».

Scroll Up