Wodór rośnie w transformacji energetycznej, ale może być wyprzedany

Co wiedzieliśmy wcześniej.

Następujące aspekty wodoru zostały zbadane wcześniej.

Rystad Energy przewidział dwa lata temu, że ciekły wodór znajdzie miejsce na stole 2050, ale będzie odpowiadał tylko za 7% całkowitej potrzebnej czystej energii. Te 7% to nisza czystego paliwa dla lotnictwa, statków oceanicznych oraz przemysłu cementowego i stalowego.

Ciekły wodór ma dwie duże zalety: po pierwsze, energia jest zawarta w gęstej postaci. Po drugie, spala się w powietrzu i wodzie bez emisji dwutlenku węgla.

Wodór dobrze nadaje się do produkcji przez duże koncerny naftowe i gazowe, ponieważ one już wiedzą, jak produkować i dystrybuować inny gaz – gaz ziemny – i mają głębokie kieszenie.

Co wiemy teraz.

DNV w swoim raporcie rocznym¹ pod koniec 2022 roku szacowano, że ciekły wodór zaspokoi jedynie 5% (a nie 7%) zapotrzebowania na czystą energię do 2050 roku.

Jak napisał Bloomberg Green, istnieją powody, dla których wodór nie wszedł jeszcze do głównego nurtu, tak jak wiatr i słońce. Jednym z nich są koszty: ekologiczna produkcja poprzez elektrolizę wody jest kosztowna, a elektroliza jest technologią nieefektywną.

Po drugie, niebieski wodór nie jest przyjazny dla klimatu. Chociaż jest tańszy niż zielony wodór, niebieski wodór wymaga energii do produkcji i rozkładu metanu na wodór i CO2, a CO2 musi być usuwany, zwykle przez CCS (wychwytywanie i składowanie dwutlenku węgla). Oba końce łańcucha produkcji wodoru utrudniają „czyste” w tej wodorowej alternatywie.

Po trzecie, większość maszyn i gałęzi przemysłu nie jest przystosowana do wykorzystywania wodoru. Przygotowanie konwencjonalnego samochodu do spalania wodoru zamiast benzyny lub przystosowanie maszyn w warsztacie przemysłowym do spalania wodoru zamiast gazu ziemnego wiąże się z dodatkowymi kosztami.

Wodór jest naturalnym rozwiązaniem dla firm naftowych i gazowych ze względu na ich ogromne doświadczenie w gazie ziemnym, ale także dlatego, że osiągnęły ogromne zyski w 2022 r. i mogą sobie pozwolić na podjęcie ryzyka w nowych przedsięwzięciach.

Ponure prognozy kosztów wodoru.

Niedawny artykuł zawiera fragmenty prognoz dotyczących transformacji energetycznej DNV¹ 2023. Główne punkty to:

· Osiągnięcie 5% światowego zapotrzebowania na czystą energię do 2050 r. będzie kosztować ponad 7 bilionów dolarów na produkcję, w tym nowe terminale amoniaku i rurociągi.

· Większość wodoru zostanie wykorzystana w produkcji.

· Wodór i amoniak razem będą stanowić około połowy światowych paliw wykorzystywanych w żegludze, co stanowi jedną z kategorii, które trudno zredukować.

· Ponad 50% światowych rurociągów wodorowych zostanie przekształconych z rurociągów gazu ziemnego.

· Ameryka Łacińska i Bliski Wschód oraz Afryka Północna staną się eksporterami wodoru lub amoniaku, ponieważ dysponują dużymi obszarami dostępnymi dla energii odnawialnej, takiej jak wiatr i słońce, w celu wytwarzania wodoru przez elektrolizę.

· W Europie duże kraje, takie jak Niemcy, Francja i Hiszpania, będą miały do ​​2030 r. cele 4-6.5 Gw krajowej produkcji wodoru.

· Zjednoczone Królestwo ze swoją rozległą siecią gazociągów będzie mogło przejść z gazu ziemnego na wodór.

· Plany UE obejmują 6 Gw mocy elektrolizerów do 2024 r., a do 40 r. 2030 Gw.

Czy wodór jest wyprzedany?

Czy zatem wodór jest wyprzedany? Mimo że paliwo wodorowe wywołuje więcej emocji niż energia słoneczna lub wiatrowa, 7% całkowitej prognozy czystej energii dla wodoru w 2050 r. to dość mały procent całości. Dodając do tego przewidywane nadmierne koszty wprowadzenia wodoru do sieci, kuszące jest przyznanie, że wodór jest wyprzedany jako czyste paliwo srebrnej kulki na rok 2050.

Przyjrzyjmy się działaniom związanym z wodorem w kilku krajach, z których część dotyczy przemysłu naftowego i gazowego.

Plany wodorowe w Unii Europejskiej (UE) a USA

Całkowita światowa produkcja wodoru wynosi obecnie około 90 milionów ton rocznie. IEA (Międzynarodowa Agencja Energetyczna) przewiduje, że do 180 roku będzie musiało wzrosnąć do 2030 milionów ton rocznie, aby osiągnąć zerową emisję dwutlenku węgla netto do 2050 roku.

Prawie całość z około 10 milionów ton wodoru produkowanego obecnie w USA jest wykorzystywana przez przemysł do rafinacji ropy naftowej, obróbki metali, produkcji nawozów i przetwarzania żywności.

Ale większość dzisiejszej produkcji, 99%, to niebieski wodór, który nie jest wolny od węgla, jak opisano wcześniej. Zielony wodór jest wytwarzany przez elektrolizę wody i jest w dużej mierze pozbawiony węgla, jeśli jest zasilany energią elektryczną ze źródeł odnawialnych.

UE szybko przystosowała się do elektrolizy zielonego wodoru, w dużej mierze bezemisyjnego. Jednak UE bardzo wolno reaguje na ogromne inwestycje w wodór, jakie zapewnia amerykańska ustawa o redukcji inflacji (IRA), która przeznacza aż 369 miliardów dolarów na programy zielonej energii.

Artykuł mówi, że na całym świecie rozpoczęto budowę tylko 1% planowanych projektów wodorowych o mocy 1 Tw (Terrawatt). Około jedna czwarta z tego, 269 Gw (gigawatów), będzie dostępna online do 2030 r. Wzrost będzie odczuwalny jako rewolucja, ponieważ dzisiejsza produkcja wodoru wynosi zaledwie 0.45 Gw.

Przewiduje również, że koszt zielonego wodoru spadnie z obecnych 6-8 euro/kg do poniżej 3 euro/kg do 2050 roku.

Huby wodorowe w USA

Oprócz typowych zalet koncentracji infrastruktury, koncepcja hubów wodorowych ma na celu zrównoważenie niebezpieczeństw i kosztów związanych z transportem wodoru, który jest wysoce łatwopalny, na duże odległości.

Kongres USA przeznaczył 8 miliardów dolarów z ustawy o infrastrukturze z 2021 roku dla DOE (Department of Energy) na wsparcie co najmniej czterech projektów demonstracyjnych z udziałem producentów wodoru, użytkowników końcowych i łączącej ich infrastruktury. DOE sfinansowało już oszałamiające 400 projektów wodorowych przez uniwersytety, laboratoria krajowe i przemysł, a nowe centra będą opierać się na tych informacjach.

Wnioski o pełne finansowanie miały być złożone w kwietniu 2023 r. Zgłosiły się cztery prywatne sojusze, a także wiele rządów stanowych sprzymierzonych z przemysłem, a niektóre sprzymierzone z innymi państwami. Początkowe finansowanie DOE ma nie przekroczyć 1.25 miliarda dolarów na hub, co jest ogromną kwotą. Oczekują, że wybiorą 6-10 regionalnych centrów z łącznym finansowaniem w wysokości 6-7 miliardów dolarów.

Jeden węzeł nazywa się Hub HyVelocity skupione wzdłuż wybrzeża Zatoki Meksykańskiej i zorganizowane przez firmę Chevron
CVX
oraz kilku prywatnych partnerów, w tym ExxonMobil
XOM
i Mitsubishi. Będą wykorzystywać sieć 48 centrów produkcji wodoru (największych na świecie) oraz 1,000 mil dedykowanych rurociągów wodorowych wzdłuż wybrzeży Luizjany i Teksasu.

Jednym z celów jest rozwiązanie wyzwania DOE, zwanego Hydrogen Shot, polegającego na wyprodukowaniu 1 kg wodoru przy emisji mniej niż 2 kg dwutlenku węgla. Kolejnym celem jest obniżenie kosztów wodoru o 80% — do 1 USD/kg w ciągu 10 lat.

Programy takie jak powyższe przyciągnęły uwagę przemysłu w całych Stanach Zjednoczonych Ulgi podatkowe oferowane przez IRA mogą wygenerować 100 miliardów dolarów w produkcji czystego wodoru – oprócz 8 miliardów dolarów, które Kongres przywłaszczył z ustawy o infrastrukturze.

Inne węzły wodorowe, które należy obserwować, zostały bardzo krótko podsumowane przez Reuters Events². Ich lista obejmuje:

Transpermski i Horyzontowy Hub Czystego Wodoru: ma silne powiązania z ropą i gazem w Zachodnim Teksasie.

HyBuild Los Angeles

Projekt HyGrid

Hub wodoru HALO: Stany Arkansas, Luizjana i Oklahoma mają długą historię produkcji i transportu ropy naftowej i gazu płynnego.

Zaawansowane centrum magazynowania czystej energii

Południowo-zachodnia sieć innowacji czystego wodoru

Południowo-wschodni hub wodorowy

Większość z tych projektów obejmuje zakłady energetyczne lub projekty non-profit sponsorowane przez miasto lub państwo, a wiele z nich ma wsparcie uniwersyteckie.

Do konkursu DOE na projekty wpłynęło 79 wniosków², ale tylko 33 z nich zostały zaproszone do złożenia formalnych wniosków do kwietnia 2023 r. Ostateczny wybór mniej niż 10 centrów nastąpi w drugiej połowie 2023 r.

Oczywiste jest, że interesariusze w całym kraju uchwycili wizję wodoru. Stany Zjednoczone zobowiązały się do przyszłości wodoru i chcą przewodzić światu w tej transformacji.

W kolejnym artykule opiszemy działania poszczególnych koncernów naftowych i gazowych w zakresie produkcji wodoru.

Takeaways

Wizja wodoru jest ambitna — ponieważ jest trudny w produkcji, niebezpieczny w przechowywaniu i transporcie oraz drogi.

Niskoemisyjna wersja wodoru nazywana jest zielonym wodorem, który jest drogi, ponieważ jest to nieefektywny proces oparty na elektrolizie wody. Zasadniczo cała obecna produkcja wodoru to niebieski wodór, ale ma to wady związane z wysoką zawartością węgla na początku i na końcu procesu wytwarzania.

Ale wodór nie jest srebrną kulą. Przemysł wodorowy może ugryźć 5-7% trudnych do zmniejszenia emisji światowej energii do 2050 r., ale największa część całkowitej emisji nadal pozostaje: 93-95%.

Referencje.

1. DNV, Perspektywy transformacji energetycznej na rok 2022, Październik 13, 2022.

2. Reuters Wydarzenia: Wodorowe Stany Ameryki, Hydrogen_Hubs_Whitepaper_5 kwietnia 2023 r. pd