По словам Пей, испытания HYBRIT в Лулео прошли настолько успешно, что компания SSAB решила перенести срок вывода своих доменных печей из эксплуатации с 2045 на 2030 год. В настоящее время HYBRIT строит первый полноценный завод в Елливаре, городе в 200 км к северу от Лулео, и опубликовала результаты своих исследований, надеясь дать толчок развитию всей отрасли. В получасе езды от Лулео стартап из Стокгольма под названием H2 Green Steel заложил основу для еще более крупного завода и заявляет, что уже продал 1,5 миллиона тонн своей продукции заранее.

Поскольку плавильные печи работают десятилетиями, аналитики в области энергетики говорят, что сталелитейная промышленность должна немедленно прекратить строительство новых доменных печей и вместо этого начать вводить в эксплуатацию установки прямого восстановления с водородным качеством, если страны хотят выполнить цели Парижского соглашения. Даже если большинство из них с самого начала используют природный газ, они могут постепенно сокращать свой углеродный след по мере улучшения поставок водорода в течение следующих трех десятилетий.

«В углеродном бюджете нет места для новых доменных печей», — говорит Ребекка Делл, директор отраслевых программ Фонда ClimateWorks, организации, предоставляющей гранты в Сан-Франциско, Калифорния.

По данным неправительственной организации Global Energy Monitor, многие производители стали выбирают путь прямого восстановления, хотя в Китае и Индии все еще планируются новые доменные печи. Но задача настолько сложна, что некоторые организации, в том числе BloombergNEF, предсказывают, что некоторые доменные печи все еще будут работать к середине века и что для сокращения выбросов необходимо будет внедрить улавливание углерода.

В принципе, производство стали может быть даже полностью электрифицировано, что избавит от необходимости производить водород, что, в свою очередь, может еще больше повысить эффективность, говорит Делл. Оксид железа можно разрушить непосредственно с помощью электролиза. Такие стартапы, как Boston Metal в Вобурне, штат Массачусетс, пытаются извлечь выгоду из этого для производства стали. Однако на данный момент водород по-прежнему лидирует. «Основное преимущество водородной концепции заключается в том, что для достижения действительно чистого производства стали требуется меньше новых технологий», — говорит Делл.

Мост из водорода

В долгосрочной перспективе самый большой вклад водорода в замедление глобального потепления может заключаться в том, что он устраняет разрыв между различными секторами — электроэнергией, строительством, производством и транспортом — что сделает более дешевым полное использование CO2 вместе.₂— нейтральным, а не каждый сектор пытается самостоятельно обезуглерожиться, говорит Кристиан Брейер, аналитик энергетических систем из Технологического университета Лаппеенранта-Лахти в Финляндии.

Ключевым узлом в этой сетевой системе будет производство электроэнергии. Здесь водород может помочь устранить известный недостаток возобновляемой энергии: хотя его много, он неравномерно распределяется в течение дня и года и часто непредсказуем. Это затрудняет для различных регионов планирование на длительные периоды времени без них.

Например, исследователи, работающие над моделированием, чтобы сбалансировать спрос и предложение в будущих энергосистемах, должны планировать, как обеспечить электроснабжение, когда в холодную и темную зиму в Европе нет ветра в течение недели. У ученых есть название для этого явления: Dunkelflaute, немецкое слово, которое также используется в английском языке и описывает это безветренное темное состояние.

Аккумуляторы помогают сбалансировать спрос и предложение от часа к часу, но когда ветровая и солнечная энергия составляют более 80% электроэнергии в сети, некоторые исследования показывают, что обеспечение устойчивости сетей к депрессивным состояниям становится чрезвычайно дорогим. Одним из возможных решений является строительство достаточного количества дополнительных ветряных турбин, чтобы питать электросеть даже в самые тихие зимы, а затем использовать их для производства водорода большую часть года. Затем этот водород можно было бы продавать промышленным потребителям — сталелитейным заводам или в качестве жидкого топлива для транспорта, доставки и экспорта.

В особенно неблагоприятные времена года водород можно использовать для выработки электроэнергии, сжигая его на электростанциях, подобных тем, которые работают на природном газе. Однако это было бы очень неэффективно: сеть вернула бы только треть или меньше электроэнергии, первоначально использованной для производства водорода.

Неясно, является ли это наиболее рентабельным способом обезуглероживания последних 20 процентов электроэнергии, особенно по сравнению со строительством атомных электростанций или расширением геотермальной энергетики. Оптимальное сочетание, вероятно, будет варьироваться от страны к стране. Об этом свидетельствуют региональные исследования, проведенные такими организациями, как Международная организация ООН по возобновляемым источникам энергии.

мифы и заблуждения

Хотя водород имеет бесчисленное множество применений, это не всегда лучшее решение. Аккумуляторы уже в значительной степени выиграли гонку в легковых автомобилях, поскольку они предлагают более эффективное и экономичное решение, чем ношение водородного бака и обратное преобразование энергии в электричество.

Еще одна область, где использование водорода вряд ли имеет смысл, — отопление дома. Если это серый водород, полученный из природного газа, то он просто способствует глобальному потеплению, говорит Ребекка Ланн, инженер-строитель из Университета Стратклайда в Глазго, Великобритания. Она и другие отметили проблему использования водорода для обогрева домов в исследовании Британского национального центра инженерной политики (NEPC), опубликованном в сентябре.

Но даже если водород экологически чистый, то есть произведен с использованием электричества из возобновляемых источников, использование этого электричества непосредственно для обогрева домов, например, с тепловыми насосами, достигающими эффективности более 100 процентов, в шесть раз эффективнее. с помощью поглощают тепло извне.

Чтобы сократить выбросы как можно быстрее, политика должна в первую очередь сосредоточиться на улучшении теплоизоляции домов, что может снизить потребность в тепловой энергии независимо от ее источника, говорит Нилай Шах, профессор инженерии технологических систем в Имперском колледже Лондона, который руководит исследованием NEPC. проведенный.

Будущее водорода

Инвестиции в CO₂-бедный водород уже резко подорожал в последние годы, но события этого года спровоцировали настоящий бум.

В США, например, Закон о снижении инфляции ввел налоговую льготу в размере трех долларов за каждый килограмм зеленого водорода в дополнение к ряду других мер и субсидий на газ. В Европе нападение России на Украину вызвало новое чувство безотлагательности. В марте Европейская комиссия поставила цель сократить 10 миллионов тонн H₂ произвести и импортировать еще десять миллионов тонн. Многие другие крупные экономики разработали национальные стратегии наращивания водородного потенциала.

«Все изменилось — теперь все уравнение другое», — говорит экономист RMI Патрик Моллой. В частности, налоговые льготы в США снизили стоимость зеленого водорода до стоимости серого водорода примерно в доллар за килограмм или меньше, в зависимости от местоположения (см. «Стоимость чистого водорода»). Согласно расчетам RMI, сталь на основе водорода, аммиак и жидкое топливо уже конкурентоспособны со своими аналогами на ископаемом топливе.

Без субсидий продукты, изготовленные из чистого водорода, все равно были бы дороже, чем их загрязняющие окружающую среду аналоги. HYBRIT и H2 Green Steel, например, не указывают, насколько высокими могут быть их производственные затраты. Одна из возможностей заключается в том, что правительства предпримут действия по закупке зеленой стали, как обещал президент США Джо Байден в соответствии с положением о закупке чистой стали от декабря 2021 года.

МЭА предполагает, что к 2030 году мировой спрос на водород может увеличиться на 20–30 процентов. Запланированные до сих пор низкоуглеродные водородные проекты смогут покрыть только около четверти этого объема. Это говорит о том, что планы по расширению производства водорода еще недостаточно амбициозны: чтобы вывести мир на путь к нулевым выбросам к середине века, потребуется произвести к 2030 году около 180 миллионов тонн водорода, половина из которых будет низкоэмиссионной. .

Однако экономист Алексей Татаренко отмечает, что к 2030 году глобальное производство зеленого водорода не исключено. «Мы должны быть чрезвычайно амбициозны», — говорит он.

«Это изменение вполне соответствует нашим техническим и экономическим возможностям как в странах с высоким уровнем дохода, так и в странах с развивающейся экономикой».Ребекка Делл, директор отраслевых программ ClimateWorks Foundation

Другие эксперты предупреждают, что субсидирование водорода может привести к тому, что незеленый вариант также будет субсидироваться, а выбросы CO₂Поэтому выбросы трагически растут, а не падают. Спорная мера, рассматриваемая в настоящее время Европейской комиссией, смягчит определение ЕС зеленого водорода, позволив частично производить его с использованием электроэнергии, вырабатываемой из ископаемого топлива.

Переход экономики на водород также будет иметь социальные последствия. Даже при субсидиях и крупных инвестициях тяжелая промышленность в некоторых регионах все еще будет в невыгодном положении. По словам Ребекки Делл из ClimateWorks, поскольку водород дороже и его технически труднее транспортировать, чем уголь, такие отрасли, как сталелитейная, могут быть вынуждены переместиться ближе к местам, где водород можно производить дешево. «Эти места могли бы быть и в других странах».

Она добавляет, что хотя эти и другие вопросы политики замедлили темпы перехода, неразрешимых проблем больше нет. «Это изменение вполне соответствует нашим технологическим и экономическим возможностям как в странах с высоким уровнем дохода, так и в странах с развивающейся экономикой», — говорит Делл.