Водородная стратегия Европы столкнулась с законами физики

Водород называют топливом будущего. Чтобы отказаться от российского газа и ускорить переход к экономике с нулевыми выбросами парниковых газов, Еврокомиссия установила в этом году новую амбициозную цель. К 2030 году страны ЕС должны производить ежегодно 10 млн тонн зеленого водорода и еще столько же импортировать. Часть ученых не разделяет амбиций властей Евросоюза и советует избирательно подходить к использованию топлива будущего. Виной всему — законы физики.

В этом году Евросоюз утвердил план REPowerEU. Его цели — ускорить энергопереход и быстрее отказаться от российского газа. Суть плана состоит в том, чтобы максимально перевести потребителей на электроэнергию из возобновляемых источников. А где это невозможно, использовать биогаз и зеленый водород, который будут получать электролизом. Для выполнения Водородной стратегии Еврокомиссия планирует привлечь 400 млрд евро.

«Каковы наши цели? Мы хотим производить 10 млн тонн возобновляемого водорода в ЕС к 2030 году. И также мы планируем импортировать другие 10 млн тонн. Этот водород должен достичь нашей промышленности. Вот почему мы определили несколько стратегических коридоров, которые нужны нам для транспортировки водорода», — заявила глава Еврокомиссии Урсула фон дер Ляйен на подписании соглашения между Португалией, Испанией и Францией о строительстве первого водородопровода H2Med стоимостью 2,5 млрд евро.

Тема водорода настолько овладела умами европейских политиков, что канцлер Германии Олаф Шольцы называет его газом будущего, ныне экс-министр энергетики Великобритании Джейкоб Рис-Могг — серебряной пулей, а Еврокомиссия раздает направо и налево гранты на разработку новых технологий по производству зеленого водорода и его использованию. Филипп Ягр из Института Жака-Делора отмечает, что многие идеи и проекты по использованию водорода не будут иметь смысла ни с экономической, ни с точки зрения климата. Однако ЕС поддерживает практически любое применение водорода, независимо от его перспектив.

Тем временем немецкий канцлер успел договориться со своим канадским коллегой о начале импорта водорода с 2025 года, а министр экономики страны Роберт Хабек ведет переговоры о проектах в странах Африки. Также привлекательными направлениями называют Австралию и Латинскую Америку.

Идея импорта водорода как способа декарбонизации крупных промышленно развитых экономик стала настолько соблазнительна, что Германия и Япония сделали ее центральной в своих стратегиях декарбонизации, замечает председатель и генеральный директор британского консалтингового агентства Liebreich Associates Михаэль Либрайх. Он считает, что политики не учитывают одного фактора — физических законов.

«Забавно. Любой инженер скажет вам, что водород не похож на СПГ. 30% энергии топлива теряется при сжижении (у СПГ — не более 10%), сам водород обладает 38% объемной плотности энергии сжиженного газа, у него 6-кратное выкипание, и его необходимо перевозить при -253 градусах по Цельсию. Транспортные расходы в 2−3 раза превышают стоимость производства», — пишет в Twitter Михаэль Либрайх.

Его расчеты подтверждает Австрийский институт технологии, который совместно с Frontier Economics провел исследование по водороду для министерства климата страны.

«По оптимистическому сценарию-2030, маршруты с транспортировкой судами (жидкого органического водорода, жидкого водорода, аммиака) будут обходиться около 7−8 евро за кг, тогда как затраты на европейские трубопроводные маршруты составят еще 4 евро за кг», — сообщает институт в Twitter.

«Замечу, что европейские розничные потребители платят сейчас за природный газ в эквиваленте 3,4 евро за кг», — замечает Михаэль Либрайх. Он указывает на то, что сравнимому по объему с танкером СПГ судну придется делать 2,5 рейса в точку назначения, чтобы перевезти водорода с тем же количеством энергии, что и СПГ.

«Но это только начало. Судно-перевозчик жидкого водорода неизбежно будет дороже, чем танкер СПГ. Его нагрузка будет на уровне -253 градусов вместо -162, и все трубы, клапаны, насосы и резервуары должны противостоять водородному охрупчиванию, — продолжает эксперт. — И поскольку жидкий водород холоднее и легче, чем СПГ, судно с жидким водородом будет иметь до девяти раз больше кипения в пути, если вы не добавите либо гораздо больше изоляции, либо сложную криогенную систему рециркуляции».

В Европе активно строят новые терминалы СПГ, а политики заявляют о том, что позже их перепрофилируют под водород.

«Это нонсенс. Вы можете повторно использовать доки и инфраструктуру, любые распределительные трубопроводы могут быть модернизированы, но 70% всего остального должно быть утилизировано. Таким образом, в то время как СПГ примерно удваивает стоимость газа, доставляемого по трубопроводу, транспортировка жидкого водорода будет стоить в четыре-шесть раз дороже, чем СПГ. Другими словами, вы не можете питать экономику на импортном жидком водороде, и это не из-за вещей, которые могут быть фиксированными — масштаб, технология, стоимость капитала и так далее — а из-за физики: объемной плотности, температуры сжижения и взаимодействия с другими материалами», — делает вывод Михаэль Либрайх.

Ученый полагает, что более удобным вариантом транспортировки водорода является аммиак. Однако и его экономика непривлекательна.

«Давайте посмотрим на аммиак, изготовленный из зеленого водорода. Это означает выработку энергии ветра и солнца, использование ее для производства водорода (КПД 80%), производство аммиака по технологии Габера-Боша (КПД 70%), его сжижение (эффективность 90%), отгрузку (эффективность 90%) и сжигание его для выработки электроэнергии (КПД 45%). Ваша сквозная эффективность будет удивительно низкой — 20%. Это означает, что полученная мощность будет стоить в пять раз дороже, чем первоначальная мощность, и это до учета капитала, вложенного во все эти этапы процесса и техническое обслуживание. Кроме того, при сгорании аммиака образуются оксиды азота — опасные для здоровья и мощные парниковые газы сами по себе», — продолжает Михаэль Либрайх.

Эксперт отмечает, что наиболее привлекательны трубопроводы, но возможность их использования крайне ограничена для предлагаемых направлений. В то же время непомерно высокая стоимость импорта на дальние расстояния означает, что энергоемкие отрасли неизбежно будут мигрировать в регионы с дешевой чистой энергией.

«Немыслимо, чтобы какая-либо страна импортировала железную руду из Австралии или Бразилии, водород — из Австралии, Персидского залива, Канады или Африки и производила сталь по конкурентоспособной на мировом уровне цене. Магическое мышление не будет защитой от деиндустриализации», — заключает Михаэль Либрайх.

Не воодушевлен эксперт и идеями использования водорода в качестве топлива для транспорта. Он приводит пример авиации.

«Водород имеет всего 25% плотности энергии керосина. Поэтому замена видов топлива приведет к тому что максимальная взлетная загрузка для дальнемагистрального самолета потребует больше места, чем весь стреловидный объем его фюзеляжа. При полетах на короткие расстояния топливный бак займет около трети фюзеляжа», — глава Liebreich Associates оценивает, что с учетом и более высоких затрат на сам самолет и его обслуживание авиабилеты вырастут в 2−3 раза: «Однако настоящим стоппером является доставка топлива в аэропорт. В трубопроводах его невозможно хранить с температурой — 253 градуса и придется доставлять автотранспортом. Для аэропорта „Хитроу“ это означало бы дополнительные 2300 передвижений жидкого водорода в день в Западном Лондоне. О последствиях для безопасности и дорожном движении говорить не приходится. Вариантом может быть сжижение водорода на месте. Но для этого потребуются мощности в 2,7 ГВт электроэнергии, по словам инженера и эксперта по аммиаку Оксфордского университета доктора Майка Мейсона. Примерно такова мощность новой атомной электростанции Hinkley C».