Зеленый водород сталкивается с трудностями на пути к реализации своего энергетического потенциала

Вся металлическая инфраструктура городов связана с выбросами загрязняющих газов в атмосферу. Мосты, здания, автомобили и корабли — все это примеры сооружений, построенных из стали, при производстве которой выделяется большое количество углекислого газа (CO₂). Обеспокоенная этой ситуацией, инженер-химик Патрисия Метолина придумала решение, которое сделает сталелитейную промышленность более эффективной и менее загрязняющей окружающую среду: использовать так называемый «зеленый водород» в процессе переработки железной руды в сталь. Ее исследование, удостоенное премии за лучшую диссертацию Университета Сан-Паулу (USP), является одним из примеров того, как водород может сыграть стратегическую роль в энергетическом переходе, необходимом для борьбы с глобальным потеплением. «В случае Бразилии, у нас еще нет этой технологии, разрабатываемой на наших металлургических заводах. Но наши исследования показывают потенциал этого процесса. В Швеции, например, у них есть пилотный проект, и они смогли подтвердить, что он может быть использован в промышленности и коммерциализирован. Крупные металлургические компании вкладывают значительные средства в эту технологию, чтобы производить экологически чистую сталь и сократить выбросы CO₂», — говорит Патрисия. Учитывая этот потенциал, Министерство горной промышленности и энергетики (MME) и Энергетическая исследовательская компания (EPE) в начале этой недели запустили Бразильский портал водорода. Публичная онлайн-платформа призвана расширить стратегическую информацию о секторе водорода в Бразилии и привлечь новых инвесторов. Зеленый водород получают из возобновляемых источников энергии, таких как гидроэлектростанции, солнечная и ветровая энергия. Упрощенно говоря, этот процесс заключается в использовании электричества в резервуаре с водой (H₂O) для разделения молекул водорода (H₂) и кислорода (O₂). Полученный водород может быть преобразован в топливо для самолетов, судов и грузовиков; для производства аммиака (NH3), основного сырья для азотных удобрений, используемых в сельском хозяйстве; и для производства стали, как показывает исследование Патрисии Метолины. В сталелитейной промышленности все начинается с добычи железной руды из природных источников. Она может быть в форме гематита (Fe2O3) или магнетита (Fe3O4). Чтобы получить железо (Fe) из этого материала, необходимо удалить кислород из молекулы. Традиционно железная руда помещается в высокотемпературные печи, в которых используется кокс. Результатом является выброс большого количества CO₂. По данным Межправительственной группы экспертов по изменению климата (МГЭИК), металлургическая промышленность ответственна за около трети промышленных выбросов CO₂, а по данным Международного энергетического агентства (МЭА) — за примерно 7 % глобальных выбросов. Метод, исследуемый Патрисией, предполагает использование зеленого водорода в химической реакции, которая не требует кокса и плавления железной руды. Побочным продуктом процесса больше не является CO2, а только водяной пар. «Бразилия имеет ряд преимуществ, которые могут способствовать производству водорода, потому что в Европе он все еще очень дорогой. У них нет таких же природных условий, как солнечные панели и ветряные турбины, как у нас. Здесь мы могли бы производить водород, например, на северо-востоке, где есть ветряные электростанции и близлежащий металлургический завод, который мог бы потреблять этот водород и производить экологически чистую сталь», — считает Патрисия. По оценкам Hydrogen Council, консорциума транснациональных компаний, заинтересованных в расширении использования водорода, мировой спрос на водород к 2050 году должен вырасти в пять раз. По всему миру насчитывается более 1500 инициатив по производству чистого водорода, что в семь раз больше, чем три года назад. Из объявленных инвестиций Латинская Америка занимает второе место по объему: 107 млрд долларов США. И в этом плане тот факт, что Бразилия выделяется использованием возобновляемых источников энергии, повышает ожидания сектора в отношении производства «зеленого» водорода. В настоящее время странами с крупнейшими проектами по производству зеленого водорода в мире являются Германия, Саудовская Аравия, Австралия, Китай, Чили, Испания и Нидерланды. Бразильская ассоциация зеленой водородной промышленности (ABIHV) выделяет пять проектов, связанных с группой, которая имеет наибольший экономический потенциал. Ими руководят компании Fortescue, Casa dos Ventos, Atlas Agro, Voltalia и European Energy. Они включают производство азотных удобрений, аммиака и метанола. К 2026 году ожидается 63 миллиарда инвестиций для запуска проектов. Большая часть проектов сосредоточена в комплексе Песем в штате Сеара. Но есть и другие в Уберабе, штат Минас-Жерайс, и в порту Суапе, штат Пернамбуку. «Можно сказать, что ажиотаж вокруг зеленого водорода, аммиака и метанола прошел, и теперь у нас есть реальные, устоявшиеся проекты, которые работают над своими денежными потоками, организуют финансы, чтобы встать на ноги. Таким образом, сейчас мы находимся на этапе, когда можно отделить фиктивные проекты от реальных», — сказала Фернанда Дельгадо, директор ABIHV. «Мы начинаем создавать всю эту экосистему, в то время как компании принимают окончательное решение об инвестициях, и Бразилия должна начать производство аммиака и метанола примерно в 2029 или 2030 году», — добавила она. Несмотря на весь потенциал и прогресс в исследованиях, внедрение зеленого водорода все еще сталкивается с рядом проблем. Среди основных факторов специалисты отрасли обычно выделяют следующие: высокие производственные затраты из-за дорогостоящей инфраструктуры и оборудования (электролизеров); отсутствие логистической инфраструктуры для транспортировки и хранения; необходимость четкого нормативно-правового и налогового регулирования для привлечения инвестиций; зависимость от доступа к воде для электролиза. Проекты, разработанные Федеральным университетом Рио-де-Жанейро через Координацию программ последипломного образования и исследований в области инженерии (Coppe UFRJ), являются примером трудностей, с которыми страна сталкивается в этом секторе. В августе 2023 года на территории университета был открыт завод по производству зеленого водорода. Проект включал производство водорода путем электролиза воды с использованием фотоэлектрической энергии. А затем использование водорода в промышленных процессах, в велосипедах, работающих на H2, и в топливных элементах на твердом оксиде. Инициатива была реализована при финансовой поддержке Бразильско-германского сотрудничества в области устойчивого развития. В ней участвовали четыре лаборатории Coppe: Лаборатория устойчивого транспорта (LabTS), Лаборатория электроники мощности и среднего напряжения (LEMT), Центр катализа (Nucat) и Лаборатория водорода (LabH2). Два года спустя исследователи сталкиваются с трудностями в продвижении проектов. Профессор Андреа Сантос, координатор Лаборатории устойчивого транспорта (LabTS), объясняет, что проблемы начинаются еще на этапе производства сырья для производства водорода. «Наша первая партия водорода была не очень хорошего качества. Это был не чистый водород. В образцах было около 3% кислорода. Это не подходит для применения, особенно в сфере мобильности. Мне приходится собирать деминерализованную воду из лаборатории, чтобы заправлять электролизеры, потому что вода от Cedae [частная компания по водоснабжению в Рио-де-Жанейро] не подходит», — объясняет Андреа. Исследовательница объясняет, что существуют трудности с обслуживанием оборудования. Из девяти электролизеров, привезенных из Германии, два неисправны и должны быть отправлены обратно в европейскую страну, которая не хочет оплачивать их транспортировку. Без национальной промышленности, производящей такого рода оборудование, расходы на исследования становятся еще более ограниченными. Поэтому в год COP30, когда энергетический переход приобретает все большее значение в стране, профессор Coppe UFRJ надеется, что новые государственные и частные инвестиции позволят продвинуть исследования в области водорода. «Нам нужны средства для проведения технического обслуживания, публикации статей, содержания команды, работающей и эксплуатирующей завод пять раз в неделю. Действительно не хватает инвестиций в исследования, разработки, создание технических стандартов, сертификацию и адаптацию инфраструктуры», — оценила Андреа Сантос. «Существует понимание, что это все еще дорогая альтернатива, поэтому удобнее сохранить существующие загрязняющие технологии. Любая технология вначале будет стоить дороже. Но мы больше не можем использовать эту отмазку из-за срочной необходимости энергетического перехода. Если будут инвестиции, эта технология станет дешевле и более конкурентоспособной. В случае с Бразилией мы можем производить этот водород по более низкой цене», — заключила она.