Какво е зелен водород и защо ни е необходим

Моментът е подходящ да се възползваме от потенциала на водорода да играе ключова роля в справянето с критичните енергийни предизвикателства. Неотдавнашните успехи на технологиите за възобновяема енергия и електрическите превозни средства показаха, че политиката и технологичните иновации имат силата да изградят глобални индустрии за чиста енергия.

Водородът се очертава като една от водещите опции за съхранение на енергия от възобновяеми източници с горива на основата на водород, които потенциално пренасят енергия от възобновяеми източници на големи разстояния – от региони с изобилие от енергийни ресурси до гладни за енергия райони на хиляди километри.

Зеленият водород е включен в редица ангажименти за намаляване на емисиите на Конференцията на ООН за климата, COP26, като средство за декарбонизиране на тежката промишленост, товарния транспорт на дълги разстояния, корабоплаването и авиацията. И правителствата, и промишлеността са признали водорода като важен стълб на нулева нетна икономика.

Зеленият водороден катапулт, инициатива на Обединените нации за намаляване на цената на зеления водород, обяви, че почти удвоява целта си за екологични електролизатори от 25 гигавата, определени миналата година, на 45 гигавата до 2027 г. Европейската комисия прие набор от законодателни предложения за декарбонизиране на газовия пазар на ЕС чрез улесняване на навлизането на възобновяеми и нисковъглеродни газове, включително водород, и за гарантиране на енергийна сигурност за всички граждани в Европа. Обединените арабски емирства също повишават амбицията си, като новата водородна стратегия на страната има за цел да задържи една четвърт от световния нисковъглероден пазар на водород до 2030 г., а Япония наскоро обяви, че ще инвестира 3,4 милиарда долара от своя фонд за зелени иновации за ускоряване на научноизследователската и развойна дейност и насърчаване на използването на водород през следващите 10 години.

Може да срещнете термините „сиво“, „синьо“, „зелено“, които се свързват, когато описвате водородните технологии. Всичко се свежда до начина на производство. Водородът отделя само вода при изгаряне, но създаването му може да бъде въглеродно интензивно. В зависимост от производствените методи водородът може да бъде сив, син или зелен – а понякога дори розов, жълт или тюркоазен. Зеленият водород обаче е единственият вид, произведен по климатично неутрален начин, което го прави изключително важно да се достигне нетно нула до 2050 г.

Помолихме д-р Емануеле Тайби, ръководител на Стратегиите за трансформация на енергийния сектор, Международната агенция за възобновяема енергия (IRENA), да обясни какво представлява зеленият водород и как може да проправи пътя към нулеви нетни емисии. Понастоящем той работи в Центъра за иновации и технологии IRENA в Бон, Германия, където отговаря за подпомагането на страните членки при разработването на стратегии за трансформация на енергийния сектор и в момента управлява работата по гъвкавостта на енергийната система, водорода и съхранението като ключови средства за енергиен преход. Д-р Тайби също е съкуратор на платформата за стратегическо разузнаване на Световния икономически форум, където неговият екип разработи картата на трансформацията на водорода.

Зелени водородни технологии

Какво ви мотивира да развиете своята експертиза в енергийните технологии и как работата ви в IRENA допринася за това?

Беше по време на магистърската ми теза. Направих стаж в италианската Национална агенция за енергетика и околна среда (ENEA), където научих за устойчивото развитие и енергията и връзката между двете. Написах дипломната си работа по управленско инженерство за това и реших, че това е областта, в която искам да съсредоточа професионалния си живот. Бързо напред почти 20 години опит в енергетиката и международното сътрудничество, докторска степен по енергийни технологии и време, прекарано в частния сектор, изследователски и междуправителствени агенции, в момента ръководя екипа за трансформация на енергийния сектор в IRENA от 2017 г.

Моята работа в IRENA е да допринеса, с моя екип и в тясно сътрудничество с колеги от цялата агенция и външни партньори като Световния икономически форум, в подкрепа на нашите 166 страни членки в енергийния преход, с акцент върху доставките на възобновяема електроенергия и използване за декарбонизиране на енергийния сектор чрез зелени електрони, както и зелени молекули като водород и неговите производни.

Какво е зелен водород? Как се различава от традиционния "сив" водород и син водород с интензивни емисии?

Водородът е най-простият и най-малък елемент в периодичната таблица. Без значение как се произвежда, завършва със същата молекула без въглерод. Пътищата за производството му обаче са много разнообразни, както и емисиите на парникови газове като въглероден диоксид (CO2) и метан (CH4).

Зеленият водород се определя като водород, произведен чрез разделяне на водата на водород и кислород с помощта на възобновяема електроенергия. Това е много различен път в сравнение със сивото и синьото.

Сивият водород традиционно се произвежда от метан (CH4), разделен с пара на CO2 – основният виновник за изменението на климата – и H2, водород. Сивият водород все повече се произвежда и от въглища, със значително по-високи емисии на CO2 на единица произведен водород, толкова много, че често се нарича кафяв или черен водород вместо сив. Произвежда се в индустриален мащаб днес, като свързаните с него емисии са сравними с комбинираните емисии на Обединеното кралство и Индонезия. Той няма стойност на енергиен преход, точно обратното.

Синият водород следва същия процес като сивия, с допълнителните технологии, необходими за улавяне на CO2, произведен при отделянето на водород от метан (или от въглища) и съхраняването му за дългосрочен план. Това не е един цвят, а по-скоро много широка градация, тъй като не могат да бъдат уловени 100 процента от произведения CO2 и не всички средства за съхранението му са еднакво ефективни в дългосрочен план. Основният момент е, че чрез улавяне на голяма част от CO2 въздействието върху климата от производството на водород може да бъде значително намалено.

Има технологии (напр. пиролиза на метан), които обещават високи нива на улавяне (90-95 процента) и ефективно дългосрочно съхранение на CO2 в твърда форма, потенциално толкова по-добри от синьото, че заслужават собствен цвят в " водородна таксономия дъга", тюркоазен водород. Пиролизата на метан обаче все още е на пилотен етап, докато зеленият водород бързо се увеличава въз основа на две ключови технологии - възобновяема енергия (по-специално от слънчева фотоволтаична енергия и вятър, но не само) и електролиза.

За разлика от възобновяемата енергия, която днес е най-евтиният източник на електроенергия в повечето страни и региони, електролизата за производство на зелен водород трябва значително да се разшири и да намали разходите си поне три пъти през следващите десетилетие или две. Въпреки това, за разлика от CCS и метановата пиролиза, електролизата е достъпна в търговската мрежа днес и може да бъде закупена отмножество международни доставчици в момента.

Зелени водородни енергийни решения

Какви са предимствата на решенията за енергиен преход към „зелена“ водородна икономика? Как бихме могли да преминем към зелена водородна икономика от мястото, където сме в момента със сивия водород?

Зеленият водород е важна част от енергийния преход. Това не е следващата непосредствена стъпка, тъй като първо трябва да ускорим допълнително внедряването на възобновяема електроенергия, за да декарбонизираме съществуващите енергийни системи, да ускорим електрификацията на енергийния сектор, за да използваме евтина възобновяема електроенергия, преди най-накрая да декарбонизираме сектори, които са трудни за електрифициране – като тежката промишленост, корабоплаването и авиацията – чрез зелен водород.

Важно е да се отбележи, че днес произвеждаме значително количество сив водород с високи емисии на CO2 (и метан): приоритет би бил да започнем да декарбонизираме съществуващото търсене на водород, например чрез замяна на амоняка от природен газ със зелен амоняк.

Скорошни проучвания предизвикаха дебат относно концепцията за синия водород като преходно гориво, докато зеленият водород стане конкурентен по отношение на разходите. Как зеленият водород ще стане конкурентен по отношение на разходите спрямо синия водород? Какъв вид стратегически инвестиции трябва да има в процеса на технологично развитие?

Първата стъпка е да се даде сигнал за синия водород да замени сивия, тъй като без цена за емисиите на CO2, няма бизнес случай за компаниите да инвестират в сложна и скъпа система за улавяне на въглероден диоксид (CCS) и геоложки съхранение на CO2. След като рамката е такава, че нисковъглеродният водород (син, зелен, тюркоазен) е конкурентен на сивия водород, тогава въпросът става: трябва ли да инвестираме в CCS, ако рискът е да имаме блокирани активи и колко скоро зеленият ще стане по-евтин от син.

Разбира се, отговорът ще се различава в зависимост от региона. В свят с нулева нетност, цел, към която все повече и повече страни се ангажират, оставащите емисии от син водород ще трябва да бъдат компенсирани с отрицателни емисии. Това ще има цена. Успоредно с това, цените на газа са много нестабилни напоследък, оставяйки цената на синия водород силно свързана с цената на газа и е изложена не само на несигурността на цената на CO2, но и на нестабилността на цената на природния газ.

За зеления водород обаче може да станем свидетели на подобна история като тази на слънчевата фотоволтаична енергия. Той е капиталоемък, следователно трябва да намалим инвестиционните разходи, както и разходите за инвестиция, чрез увеличаване на производството на възобновяеми технологии и електролизери, като същевременно създаваме нискорисково извличане, за да намалим цената на капитала за инвестиции в зелен водород. Това ще доведе до стабилна, намаляваща цена на зеления водород, за разлика от променливата и потенциално нарастваща цена на синия водород.

Технологиите за възобновяема енергия достигнаха ниво на зрялост още днес, което позволява конкурентно производство на електроенергия от възобновяеми източници по целия свят, предпоставка за конкурентно производство на зелен водород. Електролизаторите обаче все още се използват в много малък мащаб, като се нуждаят от мащабиране с три порядъка през следващите три десетилетия, за да намалят разходите си три пъти.

Днес проектите за екологичен водород са на път да намалят наполовина цената на електролизера преди 2030 г. Това, съчетано с големи проекти, разположени там, където са най-добрите възобновяеми ресурси, може да доведе до конкурентен екологичен водород, който да бъде достъпен в мащаб през следващия {{1 }} години. Това не оставя много време за синия водород – все още на пилотен етап днес – за мащабиране от пилотен до търговски мащаб, разгръщане на сложни проекти (напр. дългосрочно геоложко съхранение на CO2) в търговски мащаб и конкурентна цена и възстановяване на инвестициите, направени в следващите 10-15 години.

Няколко правителства вече са включили технологиите за водородно гориво в своите национални стратегии. Предвид нарастващите изисквания за преход към декарбонизация на икономиката и позволяващи технологии с по-високи нива на улавяне на въглерод, какъв ще бъде вашият съвет към политиците и лицата, вземащи решения, които оценяват плюсовете и минусите на зеления водород?

Ще ни трябва зелен водород, за да достигнем нетни нулеви емисии, по-специално за промишлеността, корабоплаването и авиацията. Но най-спешно се нуждаем от:

1) енергийна ефективност;

2) електрификация;

3) ускорен растеж на производството на възобновяема енергия.

След като това бъде постигнато, ни остава около. 40 процента от търсенето да бъде декарбонизирано и това е мястото, където се нуждаем от зелен водород, модерна биоенергия и директно използване на възобновяеми източници. След като увеличим още повече възобновяемата енергия, за да декарбонизираме електроенергията, ще бъдем в състояние да разширим допълнително капацитета за възобновяема енергия, за да произвеждаме конкурентоспособен зелен водород и да декарбонизираме трудни за намаляване на емисиите сектори с минимални допълнителни разходи.

Къде виждате енергийните технологии, свързани с водорода, да се развият до 2030 г.? Можем ли да очакваме търговски превозни средства, задвижвани с водород?

Виждаме възможност за бързо усвояване на зеления водород през следващото десетилетие, където вече съществува търсене на водород: декарбонизиране на амоняк, желязо и други съществуващи стоки. Много промишлени процеси, които използват водород, могат да заменят сивото със зелено или синьо, при условие че CO2 има адекватна цена или са въведени други механизми за декарбонизация на тези сектори.

За корабоплаването и авиацията ситуацията е малко по-различна. Дроп-ин горива, базирани на зелен водород, но по същество идентични с реактивното гориво и метанола, произведени от нефт, могат да се използват в съществуващи самолети и кораби, с минимални или никакви корекции. Тези горива обаче съдържат CO2, който трябва да бъде уловен отнякъде и добавен към водорода, за да бъде освободен отново по време на изгаряне: това намалява, но не решава проблема с емисиите на CO2. Синтетичните горива могат да бъдат внедрени преди 2030 г., ако са налице правилните стимули, които да оправдаят допълнителните разходи за намалени (не елиминирани) емисии.

През следващите години корабите могат да преминат към зелен амоняк, гориво, произведено от зелен водород и азот от въздуха, което не съдържа CO2, но ще са необходими инвестиции за подмяна на двигатели и резервоари, а зеленият амоняк в момента е много по-скъп от мазут.

Водородните (или амонячните) самолети са по-далеч и това ще бъдат по същество нови самолети, които трябва да бъдат проектирани, построени и продадени на авиокомпаниите, за да заменят съществуващите самолети, задвижвани с реактивно гориво – очевидно неосъществимо до 2030 г.: в този смисъл зеленият реактивен самолет гориво – произведено с комбинация от зелен водород и устойчива биоенергия – е решение, което може да бъде внедрено в близко бъдеще.

В заключение, основните действия за ускоряване на декарбонизацията от сега до 2030 г. са 1) енергийна ефективност 2) електрификация с възобновяеми източници 3) бързо ускоряване на производството на енергия от възобновяеми източници (което допълнително ще намали и без това ниската цена на електроенергия от възобновяеми източници) 4) увеличаване на мащаба на устойчивото , модерна биоенергия, необходима - наред с други - за производство на зелени горива, които изискват CO2 5) декарбонизация на сивия водород със зелен водород, което би довело до мащаб и би намалило разходите за електролиза, правейки зеления водород конкурентен и готов за по-нататъшно разширяване през 2030 г. към целта за достигане на нетни нулеви емисии до 2050 г.

Световният икономически форум е дългогодишен поддръжник на програмата за чист водород от 2017 г. насам, като помогна - наред с другото - за създаването на Hydrogen Council, създаването на водородно предизвикателство за иновации в партньорство с Mission Innovation и създаването, заедно с Комисията за енергийни преходи от платформата Mission Possible за подпомагане на прехода на трудни за намаляване сектори към нетни нулеви емисии до 2050 г. Прочетете повече за инициативата за ускоряване на чистия водород тук.