Топливо на основе водорода следует использовать в первую очередь в таких секторах, как авиация или промышленные процессы, которые не могут быть электрифицированы. Его производство пока еще слишком неэффективно, слишком дорого, а доступность слишком неопределенна. В результате оно не может заменить ископаемое топливо на широком фронте — например, в автомобилях или для отопления зданий. Об этом говорится в новом исследовании Потсдамского института исследований воздействия на климат (PIK). Для большинства секторов прямое использование электроэнергии более рентабельно. Если опираться в первую очередь на водородные виды топлива вместо электрификации и сохранять технологии сжигания, то это может угрожать продлением зависимости от ископаемых видов энергии.
«Топливо на основе водорода является впечатляюще универсальным энергоносителем — но также впечатляют его стоимость и связанные с ним риски», — говорит Фалько Юккердт из PIK, ведущий автор исследования. «Такие виды топлива как универсальное решение проблемы воздействия на климат — это несколько ложное обещание. Нельзя ожидать, что они смогут заменить ископаемое топливо в широком масштабе. Это может сделать только прямая электрификация. Топливо на основе водорода, вероятно, будет очень дефицитным и неконкурентоспособным еще как минимум десятилетие».
Юккердт продолжает: «Опора на их широкомасштабное использование может в конечном итоге даже продлить нашу зависимость от ископаемого топлива. Если мы будем придерживаться старых технологий сжигания топлива, надеясь, что они будут работать на водородном топливе, а затем новые виды топлива окажутся слишком дорогими и дефицитными, мы будем вынуждены продолжать использовать нефть и газ. Это ставит под угрозу краткосрочные и долгосрочные климатические цели».
«Поэтому мы должны отдать приоритет ценным видам топлива на основе водорода для тех областей применения, для которых они незаменимы. Дальние перелеты, части химического производства, производство стали и, возможно, некоторые высокотемпературные промышленные процессы», — говорит Юккердт. «Это сектора и области применения, которые мы вряд ли сможем электрифицировать напрямую». Исследователи определили то, что они называют «порядком удовлетворения спроса на водород и синтетические виды топлива»: приоритетность того, куда в первую очередь следует направить эти новые виды топлива.
Так называемый «зеленый» водород производится в процессе, называемом электролизом. Чтобы расщепить стабильные молекулы воды H2O на водород и кислород, необходимо много электроэнергии. Затем водород может быть использован для синтеза углеводородов путем добавления углерода из CO2. Получаемое в результате топливо, генерируемое электроэнергией, или синтетическое топливо, легче хранить и транспортировать, чем электроэнергию или чистый водород. «Очень важно, что эти виды топлива могут использоваться в обычных процессах сгорания и в двигателях, непосредственно заменяя ископаемое топливо», — говорит Гуннар Людерер, соавтор исследования. «Однако, учитывая их ограниченную доступность, было бы неправильно полагать, что таким образом можно полностью заменить ископаемое топливо».
«В настоящее время мы далеки от 100-процентного использования электроэнергии из возобновляемых источников, поэтому очень важно эффективное использование этой чистой энергии. Однако если вместо прямой электрификации мы будем использовать водородное топливо, нам потребуется в два-четырнадцать раз больше электроэнергии, в зависимости от области применения и задействованных технологий», — говорит соавтор исследования Ромен Сакки из Института Пауля Шеррера. «Потери эффективности происходят как в процессе производства топлива на основе водорода, так и в процессе его потребления — двигатель внутреннего сгорания тратит гораздо больше энергии, чем электрический.»
К сожалению, если бы топливо на основе водорода производилось с использованием нынешней структуры электроэнергии, оно бы увеличило, а не уменьшило выбросы парниковых газов. «При той структуре электроэнергии, которая сложилась в Германии в 2018 году, использование водородного топлива в легковых и грузовых автомобилях или самолетах привело бы к увеличению выбросов парниковых газов примерно в три-четыре раза по сравнению с использованием ископаемого топлива», — сказал Сакки. В отличие от этого, электромобили или грузовики, работающие на электрической энергии, производят выбросы парниковых газов, которые уже сравнимы или ниже, чем выбросы дизельных или бензиновых автомобилей в большинстве стран, использующих сегодняшнюю структуру электроэнергии. Исследователи показали это на основе анализа жизненного цикла, который также включает выбросы, связанные с производством батарей.
«Только для действительно возобновляемых систем электроснабжения водородное топливо становится эффективным средством, помогающим стабилизировать наш климат», — говорит соавтор исследования Джордан Эвералл. «Поэтому топливо на основе водорода явно требует развития дополнительных мощностей по производству энергии из возобновляемых источников».
Даже при условии 100-процентного использования электроэнергии из возобновляемых источников, стоимость предотвращения выброса тонны CO2 с помощью водородного топлива в настоящее время составляет 800 евро для жидкого топлива и 1200 евро для газообразного топлива, подсчитали исследователи. Это значительно выше, чем, например, текущие цены на CO2 в европейской системе торговли выбросами, которые составляют чуть менее 50 евро за тонну. Благодаря техническому прогрессу, вызванному ростом цен на выбросы CO2, масштабным субсидиям и инвестициям в водородную и смежные отрасли, эти затраты на предотвращение выбросов CO2 могут снизиться до 20 евро для жидкого топлива и 270 евро для газообразного топлива к 2050 году.
Поэтому при росте цен на CO2 топливо на основе водорода может стать конкурентоспособным по стоимости лишь к 2040 году. Однако, учитывая срочность сокращения выбросов парниковых газов для стабилизации нашего климата, 2040 год будет слишком поздним для всех тех секторов, где возможна прямая электрификация.
«Несмотря на неопределенность относительно будущих затрат, топливо на основе водорода имеет потенциал стать хеджирующей технологией для замены ископаемого топлива, которое все еще будет существовать примерно в 2040-50 годах. Однако реализация зависит от крупномасштабной политической поддержки в течение примерно двух десятилетий, прежде чем бизнес-модели можно будет закрепить только за счет роста цен на CO2 », — говорит Фалько Юккердт. «Общая политическая стратегия может опираться на два столпа: во-первых, на широкую поддержку технологий, включая прямую электрификацию, для стимулирования инноваций и первых шагов роста. Во-вторых, на существенном ценообразовании на CO2 и реформе энергетического налога, которые вместе создают равные условия для всех технологий — и, таким образом, разумный баланс между прямой и косвенной электрификацией».
«Долгосрочная перспектива по использованию топлива на основе водорода является многообещающей, — говорит Гуннар Людерер. По его словам, используя огромный потенциал ветровой и солнечной энергии в странах Южного пояса, можно наладить глобальную торговлю топливом на основе водорода и решить проблему нехватки возобновляемых источников энергии в густонаселенных странах, таких как Япония или Европа. «Однако, учитывая международные и национальные климатические цели, требующие немедленного сокращения выбросов, прямая электрификация должна быть первым приоритетом уже сегодня, чтобы обеспечить безопасное будущее для всех», — сказал Людерер.
Источник: https://www.solarserver.de/2021/05/07/studie-wasserstoffbasierte-brennstoffe-sind-falsches-versprechen/