, ,

Зеленият водород в отоплението: решение или безсмислена инвестиция?

Какво е зеленият водород? 

В последните години водородът набира популярност като потенциален източник на зелена енергия и ключов елемент в плановете за декарбонизация на енергийния и транспортния сектор – двата най-трудни за декарбонизация сектори заради високите си нетни емисии. Интересът към водорода е повишен, тъй като той има потенциала да замести енергията, получена от изкопаемите горива, като същевременно намалява емисиите на въглероден диоксид. 

Важно е да се уточни, че водородът би могъл да бъде няколко вида, в зависмост от начина, по който е получен. Прието е да се използват цветове, за да се разграничава методът на производство – най-разпространен е сивият водород, където водородът се произвежда от изкопаем газ. От газ се произвежда и синият водород, но в процеса на производство се улавят въглеродните емисии; въпреки това обаче, полученият водород все пак не е въглеродно неутрален, тъй като няма как да се избегне изпускането на емисии, “улавянето” също е енергоемко. Отделно съществуват кафяв/черен водород (произведен от въглища), розов водород (от ядрена енергия); зеленият водород обаче е този, който действително е този, при чието производство няма изпускане на парникови газове в атмосферата. Зеленият водород се произвежда от възобновяеми енергийни източници – вятърна или слънчева енергия – чрез електролиза. Дори зеленият водород обаче не е напълно зелен, тъй като трябва да се вземат предвид емисиите от производството и оперирането на ВЕИ оборудването. Така например зеленият водород, произведен от слънчева енергия има по-голям въглероден отпечатък от този, произведен от вятърна енергия.  В момента много малка част от водородът, който се използва в света, е зелен, a 95% e от изкопаеми горива. 

Това е и част от причината, поради която е трудно да се допусне, че водородът е тази панацея, която много правителства и индустрии (включително газовото лоби), се надяват. В момента търсенето на водород е такова, че дори и най-добрият сценарий при изпълнение на всички съществуващи проекти ще покрие само 9 % от съществуващото търсене до 2030 г., и то при 100% капацитет на електролизерите.

Разбира се, важно е да се отбележи, че има индустрии, в които неговата употреба ще е задължителна – това са трудните за декарбонизация индустрии, например промишлеността, рафинериите. Но поради нуждата да се концентрира производството за задоволяването на тези индустрии и трудното и скъпо производство на зелен водород, е необходимо да се приоритизира, като използването на водорода в отоплението се оказва един от най-неефективните начини за употребата му (Фиг. 1). Според сценария на Международната агенция по енергетика (МАЕ) за достигане на въглеродна неутралност до 2050 г., по-малко от 2% от сектор отопление ще разчита на зелен водород.

Фиг. 1 – Стълба на чистия водород, Liebreich Associates

Защо да не го използваме в отоплението? 

Един от основните аргументи против използването на зелен водород в отоплението е свързан не само с ефективноста или цената, но и с количеството зелен водород, с което разполагаме. На този етап е ясно, че са налични индустрии, които са тежки за декарбонизация, например химическата промишленост или стоманената. На тях със сигурност ще им се наложи да заместят енергийния си източник със зелен водород при декарбонизация. Това обаче ще бъде един изключително енергийно интензивен процес, който ще изисква сериозно количество зелен водород, като в най-добрите сценарии се очаква, че нивото на производство на зелен водород ще се равнява на нивото на търсенето му през 2030 г. Това прави използването на зелен водород в сектор отопление конкурентно на употребата в промишлеността и се получава едно противопоставяне на сектор, който няма друг вариант за декарбонизация и сектор, който всъщност има множество алтернативи – централно отопление от ВЕИ или пък индивидуални термопомпи например.

Против широкото разпространение на водорода за отопление има и още един довод – въпросът за неговата безопасност. Водородът е опасен за боравене поради летливостта му и съответно високата му възпламеняемост. Според Food and Water Watch, вече има случаи на експлозии на тръби, по които преминава водород. 

Този фактор изисква сериозно замисляне при използването му масово и в домакинствата, в една по-слабо контролируема среда. 

Ефективно ли е? 

Зеленият водород не е оптимален за употреба в отоплението и поради ниската си ефективност. Това е породено главно от факта, че той не е първичен източник. Ако се използва енергията директно от ВЕИ, домът получава 100% от нея; при зеления водород обаче, енергията от ВЕИ се използва първоначално за производството му и чак след това зеленият водород се използва в дома. Естествено, това води до намалена ефективност – зеленият водород се произвежда чрез електролиза и е вторичен източник. За да се произведе необходимото количество водород, се очаква, че ще е нужно увеличение от 150% на производството на първична енергия и съответно разширяване на ВЕИ инфраструктурата. 

Според Комисията по климатичните промени във Великобритания, предвид необходимостта да се увеличи изграждането на ВЕИ мощности много бързо, за да се отговори на нуждата от възобновяема енергия и заместването на мръсна енергия, зеленият водород отново се показва като неефективно решение. Анализи показват, че е необходима пет пъти повече вятърна или слънчева енергия, за да се отоплява един дом със зелен водород, в сравнение с отоплението от ефективна термопомпа. В допълнение на това, при производството на зелен водород при електролиза е силно вероятно да има и загуба на енергия по време на самия процес.  

Поради тези причини, енергийната ефективност на зеления водород е едва 46%; тоест, за всеки 100 kWh използвана енергия от ВЕИ, топлината произведена е 46 kWh – това идва от загуби при производството, съхранението и транспортирането. 

Фиг. 2. Относителна ефективност в отоплението, Комисия по климатичните промени във Великобритания. 

Колко ще ни струва зеленият водород?

Сериозното оскъпяване при използването конкретно на зелен водород идва още при самото му производство. Поради производството чрез електролиза и следователно намалената ефективност, това води до нуждата от изключително голямо количество електричество. Комбинацията от цена на електричество плюс количество води до удвояване или дори утрояване на цената му. 

Скъпото производство не е единственият проблем при масовата употреба на зелен водород. Според доклад на Агора, цената за употреба на водород в дома би се увеличила двойно, единствено, поради разходите за пренос, съхранение и дистрибуция, дори да приемем, че самото производство е на конкурентна цена. 

Трябва да се вземе предвид и цената на изграждането на самата инфраструктура, нужна за дистрибуцията на зелен водород. Ще се изисква сериозна инвестиция в изграждането на такава инфраструктура, чиято възвръщаемост е под въпрос, а освен това идва и с известно количество риск поради новостта си. 

Трансформацията на вече съществуващата газова инфраструктура към въглеродна такава ще изисква голяма промяна в енергийната инфраструктура в Европа, като това ще изисква голяма инвестиция от страна на Европейския съюз, както и на потребителите. Отгоре на цената за инсталация на водородни котли в домовете, ще е нужно да се изградят електролизери, нови тръби, както и помпи в домовете. Изчислено е, че тази мащабна инвестиция в Европа ще струва около €240 милиарда. 

Като се вземе предвид това, в контекста на България е още по-необходимо да си зададем въпроса дали има смисъл да се гледа към зеления водород конкретно за отопление. До голяма степен, именно държави като Великобритания с вече изградена газова инфраструктура към индивидуалните потребители искат да заменят газови котли с водородни. Извън факта, че водещите специалисти казват, че това не е толкова лесно технически, в България ситуацията е още по-негативна за водорода поради липсата на широкоразпространена и изградена газова инфраструктура към индивидуалните потребители. При нас водородната инфраструктура би изисквала не само подобрение или промяна във вече съществуваща газова инфраструктура, но и да изградим изцяло нова такава в почти цялата страна. Това означава, че в България това ще е още по-скъп процес.

При наличието на многократно по-евтини алтернативи и предвид тенденцията цената на енергията произведена от възобновяеми енергийни източници да намалява все повече, е важно да се зададе въпросът дали въобще е необходима такава рискова инвестиция с крайно неясен резултат.  

Вариант ли е газът? 

Разширяването на газопреносната мрежа към индивидуалните потребители никога не е било решение, подкрепяно от “За Земята”, особено в настоящата ситуация. Цената на газа през януари 2023 г. oбявена от Булгаргаз и утвърдена от КЕВР е 179 лв./MWh; за сравнение, през януари 2021 г., преди да скочат цените на газа поради проблеми с доставките и заплахата от война, цената на газа е само 26 лв./MWh, увеличение от 7 пъти. В този смисъл, ясно е, че финансово е нерентабилно да се увеличава нивото на газификация за индивидуалните потребители в България. 

За да се спестят разходи и емисии от отоплението на газ, някои стратегии включват смесването на зелен водород с газ. Спестяванията, обаче, се оказват незначителни – ако се направи микс от 20% зелен водород и 80% газ, то спестяванията се равняват само на 7% от емисиите в сравнение с използването единствено на газ, при това със значително увеличение в сметките. 

В комбинация с много малките спестявания на емисии, високата цена на зеления водород, както и високата цена на газа, за която не се очаква, че ще падне до нивото преди скока преди отоплителния сезон 2021-2022 г., няма логика това да е ефективно по отношение на цената решение, а напротив – би оскъпило вече високите цени. Към това оскъпяване трябва да се има предвид и фактът, че газовите котли не могат просто да бъдат използвани за микс от зелен водород и газ, а ще трябва да бъдат сменени с нови на водород.

Това обезсмисля и твърдението, че зеленият водород може толкова лесно да подпомогне поетапното изключване на газа от енергийния микс по отношение на отоплението. 

Защо термопомпите са по-добър вариант?

Електрификацията поетапно се превръща в предпочитан вариант за отопление на индивидуални домове като според експерти термопомпата е оптималното решение заради високата си ефективност, която поради ниската консумация на електроенергия, води и до ниска оперативна цена. 

Употребата на термопомпи би довела до минимум 2.50 пъти повече произведена отоплителна енергия в сравнение с водородни котли. Причината ефективността на термопомпата да надхвърля 100% е поради начина, по който се придобива енергията – термопомпата прехвърля вече съществуваща енергия от едно място на друго, например топлината от земята към дома, вместо топлината да се произвежда чрез изгаряне. 

Макар и първоначалната инвестиция (CAPEX – капиталови разходи) в термопомпата все още да е сравнително висока, тя се балансира през жизнения цикъл, поради факта, че това е еднократна инвестиция. За сметка на това, при използването на зелен водород трябва да се има предвид, че първо се инвестира в котела, а после и многократно в самото водородно гориво. Отделен е въпросът, че както вече уточнихме, в случая на България трябва на първо място да се инвестира и в изграждането на самата мрежа. В България нивото на газификация на индивидуалните потребители е ниско, едва 4%, което значи, че ще е необходима и сериозна инвестиция в присъединяването към мрежата, дори след като тя бъде изградена. 

Фиг. 3. Общи разходи за притежаване и употреба на различни технологии за отопление за периода 2030-2040 г., Cambridge Econometrics

За сметка на това, термопомпите, макар и със сериозна първоначална инвестиция, е изчислено, че могат да доведат до спестявания от €20,000 на домакинствата в периода на 2030-те г., дори в сгради с ниска енергийна ефективност. Когато тя бъде подобрена обаче, това може да доведе до спестявания от около €30,000 в целия жизнен цикъл на термопомпата от около 15-20 години. Според анализ на ICCT, при всички сценарии, които те разглеждат в сравнението между син водород, зелен водород и термопомпа, резултатът е, че използването на термопомпа струва минимум 50% по-малко от всички водородни варианти. 

Факт е, че цената на възобновяема енергия ще намалява, което е логично да намали и цените на зеления водород. Това обаче същевременно с това ще доведе и до еквивалентно намаляване на цените на енергия за отопление директно от ВЕИ; анализ изчислява, че дори да няма такова намаление, а цените на ВЕИ да са 50% по-високи през 2050 г., термопомпата все още ще бъде по-евтино решение. 

Библиография

  1.  National Grid, The hydrogen colour spectrum
  2.  Royal Society of Chemistry, The many greenhouse gas footprints of green hydrogen, 2022
  3.  IRENA, Hydrogen from renewable power: Technology outlook for the energy transition, 2018
  4.  International Energy Agency, Global Hydrogen Review, 2021
  5.  International Energy Agency, Net Zero 2050 Report, 2021
  6. Food and Water Watch, The Dirty Side of “Green” Hydrogen, 2022
  7.  IEA, ibid.
  8. The CCC, Hydrogen in a low carbon economy, November 2018
  9. Agora, Heat decarbonisation, energy efficiency, and sector integration, 2017-18
  10. LETI, Hydrogen: A decarbonisation route for heat in buildings?, 2021
  11. Wired, Inside the race to use hydrogen to heat our homes, 2021
  12. Agora Energiewende, 12 Insights on Hydrogen, November 2021
  13.  LETI, ibid.
  14. Fraunhofer: Hydrogen sourcing strategies and cross-sectoral flexibility trade-offs in net-neutral energy scenarios for Europe, 2022
  15. LETI, ibid.
  16. Meeting UK heat demands in zero emission renewable energy systems using storage and interconnectors, 2021
  17. The CCC (ibid)
  18. Tsiropoulos I., Nijs W., Tarvydas D., Ruiz Castello P., Towards net-zero emissions in the EU energy system by 2050 – Insights from scenarios in line with the 2030 and 2050 ambitions of the European Green Deal
  19. Euractiv, Heating homes with hydrogen fails on economic and climate merit: report
  20.  ICCT, Hydrogen for heating? Decarbonization options for households in the European Union in 2050, 2021

 

by