В МЭА подчёркивают, что водород может сыграть важную роль в переходе на экологически чистую энергию с возможностью замены ископаемого топлива в отраслях, где представлено мало альтернативных вариантов источников энергии с низким уровнем выбросов. Речь идёт, например, о таких сферах деятельности, как дальнемагистральный транспорт и производство удобрений. Согласно статистике EPO, именно технологии по производству водорода получили наибольшее количество патентов от их общего числа.
Автопром и химическая отрасль — лидеры по разработке водородных технологий
Во всех сегментах производства и транспортировки водородного топлива большое внимание уделяется тому, чтобы в атмосферу не выделялись выбросы, либо чтобы это происходило в минимальном объеме, отмечается в исследовании. Таких патентов было выдано вдвое больше, чем для традиционных водородных технологий. Таким образом, их развитие смещается в сторону решений с низким уровнем выбросов, как, например, электролиз. Это — самый распространённый способ получения водорода из воды, то есть разложение воды под действием электрического тока.
Из всех направлений по разработке новых водородных технологий авторы исследования выделяют химическую отрасль и автопром, как наиболее динамично развивающиеся. Отмечается, что среди отраслей применения водорода автомобильный сектор долгое время был в центре внимания инноваций. И сегодня патентование в этой отрасли продолжает расти, в основном за счет Японии. Кроме того, автомобильные компании активны не только в области транспортных технологий.
В области инноваций при использовании водородных технологий доминирует европейская химическая промышленность, отмечают авторы исследования. Таким образом развивается новое направление в след за нефтехимической и газохимической промышленностью.
Инвестиции в водородные проекты
В период 2011–2020 годов государственные исследовательские учреждения, прежде всего французские и корейские институты и университеты, получили 13,5% всех международных патентов, с акцентом на методы производства водорода с низким уровнем выбросов.
В исследовании отмечается, что более половины из $10 млрд венчурных инвестиций в водородные проекты были направлены в стартапы с уже имеющимися патентами. Более 80% инвестиций привлекли стартапы, которые уже получили или находились в стадии получения патентов в таких областях, как электролиз, разработка топливных элементов и низкоэмиссионые способы извлечения водорода.
В 2020 году на технологии для решения климатических проблем приходилось почти 80% всех патентов, связанных с производством водорода, причем рост был обусловлен главным образом резким увеличением инноваций в электролизе. Наиболее инновационные регионы в настоящее время конкурируют за право проведения первого этапа промышленного внедрения, и данные свидетельствуют о том, что Европа приобретает преимущество в качестве места для инвестиций в новые мощности по производству электролизеров.
Ярким примером, по мнению авторов исследования, является недавний всплеск патентования на использование водорода в процессе обезуглероживания производства стали. Водородные инновации стали смещаться в сторону решения климатических проблем после заключения Парижского соглашения о радикальных решениях для быстрого сокращения выбросов.
Евросоюз, Япония и США — лидеры по числу патентов водородных технологий
С 2011 года по 2020 год страны ЕС получили 28% от всех международных комплексных патентов (international patent families — IPF) в области водородных технологий. Япония за тот же период оформила 24% от всех IPF по водородным технологиям. На третьем месте с 20% находятся США. Эта страна стала единственной, у которой за рассматриваемый период снизилось число оформленных патентов на новые водородные технологии. Также в число лидеров вошли такие страны, как Республика Корея (7% от общего числа международных патентов), Китай (4%), Великобритания (3%) и Канада (2%).
Из стран ЕС активнее всего новые водородные технологии разрабатывает Германия — 11% от общемирового числа полученных патентов. На втором месте идет Франция (8%), на третьем — Нидерланды (3%). Все остальные страны ЕС получили в общей сложности 8% IPF.
Использование потенциала водорода является ключевой частью стратегии Европы по достижению климатической нейтральности к 2050 году, сообщили в EPO. При этом внимание обращается на то, что если водород должен играть важную роль в сокращении выбросов CO2, то для этого необходимы инновации по целому ряду технологий.
Прогнозы по производству водорода до 2050 года
Водородный рынок включает в себя как сам водород, так и способы его производства, транспортировку и использование. Это большой зарождающийся рынок разнообразной продукции машиностроения, химии и новых материалов. Оценка его объемов на сегодня является приблизительной.
Согласно разработанному IEA сценарию Announced Pledges Scenario (APS), заложенный в водородных стратегиях государств объем годового производства должен вырасти в среднем до 150 млн т в 2035 году.
При этом, по прогнозу министерства энергетики РФ, к 2030 году общемировое потребление чистого водорода и водорода в смеси составит 156 млн т, что на 37 млн т превышает нынешний объем, оцениваемый в 119 млн тонн.
Согласно умеренному сценарию специалистов Центра EnergyNet, принятому в качестве базового, к 2025 году мировой рынок водородной энергетики должен достичь $26 млрд, при этом в период 2025–2040 годов цены на водородное топливо должны снижаться с $4 тыс. до уровня $2 тыс. за тонну. Роль водорода в мировом энергобалансе будет возрастать благодаря процессу декарбонизации и переходу к безуглеродной энергетике.
Масштабное производство чистого водорода намечено на 2030 годы
Несмотря на мировые тенденции перехода на возобновляемый водород, большая доля технологий производства водорода в ближайшее время будет основываться на производстве ископаемого водорода с улавливанием углекислого газа, отмечают аналитики группы «Деловой профиль». Этот факт находит подтверждение в действующих национальных водородных стратегиях.
Анализируя водородные стратегии, эксперты «Делового профиля» заключили, что начало масштабного производства чистого водорода в большинстве стран намечено на 2030 годы.
В переходный период, до 2050 годов, политика стран по применению водорода в качестве энергоносителя не направлена на единственное применение технологий «зелёного» производства водорода. По планам и перспективам большинство стран намерены реализовывать декарбонизацию промышленности в сочетании нескольких производственных процессов, в том числе используя технологии улавливания CO2, при добыче нефти, добыче газа, а также при переработке нефти и газа или применяя атомную энергетику.
Более 20 стран и объединений обнародовали свои стратегии, концепции, «дорожные карты» в сфере водородной энергетики. Эксперты группы «Деловой профиль» условно разделили их на три группы.
- Ориентированные на внутреннее производство и импорт водорода — страны Европейского союза (в частности, Германия), Япония, Республика Корея и другие.
- Ориентированные на внутреннее производство и экспорт водорода — Россия, Австралия, Чили и другие.
- Ориентированные на внутреннее производство и потребление водорода — Великобритания, Китай.
Япония строит сеть портов для приема танкеров с водородом
Японское правительство приступило к развитию портовых терминалов, способных принимать крупные судна с жидким водородом, сообщила японская газета Yomiuri Shimbun. Строительство инфраструктуры начато для обеспечения непрерывных поставок ресурса, который, как считают японские власти, может стать «топливом следующего поколения».
Кабинет министров Японии стремится достичь нулевых выбросов углекислого газа к 2050 году, а к 2030 году сократить выбросы на 46% относительно показателей 2013 года. Водород не выделяет парниковых газов при сгорании. Для промышленных целей в Японии ежегодно используется 2 млн т жидкого водорода, к 2050 году страна рассчитывает использовать до 20 млн т ежегодно.
Одной из задач обновления сети портов для приема танкеров с водородом является снижение стоимости ресурса. Сейчас, по данным Агентства природных ресурсов и энергетики Японии, кубометр жидкого водорода стоит 170 иен. К 2030 году правительство рассчитывает снизить стоимость энергоресурса до 30 иен, более чем на 80%. Наиболее современным водородным портом в Японии на данный момент является порт Кобе, наземный резервуар которого вмещает до 2500 куб. м ресурса.
В Японии будут производить водород на газоохлаждаемом реакторе с 2030 года
Агентство по атомной энергии Японии (JAEA) и Mitsubishi Heavy Industries в 2022 году запустили совместный проект по производству водорода с использованием действующего газоохлаждаемого реактора (начиная с 2030 года).
JAEA планирует направить заявку на производство водорода в Агентство по ядерному регулированию Японии (NRA) к декабрю 2024 года. Ведомство уже разработало технологические элементы для производства водорода, например, конструкцию парогенератора. Партнеры надеются, что NRA одобрит заявку к 2026 году.
Пока неизвестно, сможет ли NRA провести проверку безопасности производства водорода через два года. Регулятору потребовалось более шести лет на рассмотрение планов по повышению безопасности газоохлаждаемого реактора в Оараи после того, как JAEA в ноябре 2014 года подала заявку. Таким образом, высокотемпературный испытательный реактор запустили после модернизации 30 июля 2021 года. Мощность установки составила 30 МВт.
Национальная водородная стратегия Японии
В 2017 году в Японии разработали новаторскую национальную водородную стратегию, предусматривающую создание углеродно-нейтрального «водородного общества». В последнем отчете Renewable Energy Institute эта политика названа ошибочной, поскольку 70% 10-летнего бюджета «потрачено на плохие идеи».
Стратегия, которая должна быть направлена на обезуглероживание, на самом деле подталкивает Японию к увеличению выбросов и убивает зарождающуюся в стране «зеленую» водородную промышленность. Об этом сообщило New Atlas — американское агентство, специализирующееся на достижениях в области новых технологий. Тезисы отчета «Пересмотр водородной стратегии Японии: выход за рамки фантазии о водородном обществе» состоят из трёх основных частей.
Во-первых, Япония нацеливает водород не на те области, которые нужно. Водород, по мнению экспертов REI, лучше всего использовать там, где избежать вредных выбросов нельзя другим, более простым способом. Авиация, судоходство, тяжелый транспорт и сталелитейное производство — примеры областей, в которых водород выглядит конкурентоспособным решением. Стратегия Японии, в свою очередь, предлагает использование водорода в отрасли производства легковых автомобилей и внедрение комбинированных теплоэнергетических систем Ene-Farm на основе водорода для зданий, когда дешевле и энергоэффективнее использовать тепловые насосы.
Около 70% из 460 млрд японских иен ($3,5 млрд) основного государственного бюджета, выделяемого на водородные программы, направляются на развитие легковых автомобилей на топливных элементах, инфраструктуру для заправки водородом и топливные элементы для обогрева жилья. К 2030 году объем продаж бытовых топливных элементов достигнет одной пятой от цели стратегии. Автомобили на топливных элементах еще менее популярны; при нынешних темпах они достигнут примерно 1/40 своей цели продаж к 2030 году.
Во-вторых, Япония отдает предпочтение «грязному» водороду. Стратегия полностью опирается на «серый» водород как минимум до 2030 года, говорится в отчете. Он может быть произведен с использованием газообразного метана в «грязном» процессе Габера-Боша, который производит почти 6 т углекислого газа при получении тонны водорода, а также сжигает метан для получения тепла и способствует неорганизованным выбросам метана, которые примерно в 80 с лишним раз хуже для потепления атмосферы, чем двуокись углерода. Япония, по сути, стимулирует свой промышленный сектор к увеличению выбросов, что ведет к сокращению экспорта на глобальном рынке, так как высокая доля выбросов в производстве становится причиной повышенных налогов на полученную продукцию. Правительство Японии не разработало «дорожную карту» водородной стратегии, которая заставила бы предприятия навести здесь порядок, подчёркивается в отчёте.
В-третьих, сектор производства «зеленого» водорода в стране отстает. «Зеленый» водород в несколько раз дороже в производстве, чем «синий» или «серый». Только две японские компании планируют производить электролизеры, и одна из них довела производство до ограниченного объема. Стоимость оборудования в пересчете на киловатт примерно в шесть раз выше, чем у китайских конкурентов, и нет никаких признаков того, что Япония сможет сократить этот разрыв при нынешнем подходе. REI связывают отставание этого сектора с тем, что весь водород в стране рассматривается как «хороший». Возобновляемая энергия в Японии дорогая, поэтому производство «зеленого» водорода здесь не будет дешевым. В REI утверждают, что Японии нужно пересмотреть тезис о том, что в качестве источника чистой энергии подойдет любой тип водорода.
