Водород: может ли самый легкий газ сделать тяжелую промышленность зеленой?

На берегу Рейна на северо-западе Германии находится завод Thyssenkrupp в Дуйсбурге, крупнейший металлургический комбинат в Европе. Крупногабаритный цех производит около 11 миллионов тонн стали в год, а также примерно 20 миллионов тонн углекислого газа, что составляет около 2,5% выбросов CO2 в стране.

Поскольку страны ЕС взяли на себя обязательство сократить выбросы парниковых газов на 55% к 2030 году, таким компаниям, как Thyssenkrupp, необходимо быстро декарбонизировать. Его план в конечном итоге перевести печи Дуйсбурга на водород – один из самых амбициозных в тяжелой промышленности.

В таких секторах, как сталелитейная, цементная и нефтехимическая, во время производства требуется очень высокая температура, есть огромный углеродный след. По данным Всемирной ассоциации производителей стали, на сталь приходится 7–9% всех прямых выбросов от ископаемого топлива, при этом каждая произведенная тонна дает в среднем 1,83 тонны CO2. На цемент приходится около 8 процентов всех мировых выбросов.

Производители тяжелой продукции, особенно в Европе, с учетом ее экологических норм, более продвинуты, чем большинство других, в области декарбонизации. Но это еще не все. В то время как большинство европейских сталелитейных групп рассматривают водород как путь к производству так называемой низкоуглеродистой стали, китайские конкуренты больше сосредоточились на сочетании традиционного производства стали с технологиями улавливания и хранения углерода.

Круговая диаграмма, показывающая общие выбросы CO2 в промышленности по секторам, 2017 год. Крупнейшими источниками выбросов были металлургия (24%), за ними следуют цемент (18%) и химикаты (12%).

Недоброжелатели говорят, что газ – это лишь одно из ряда решений для декарбонизации производственных процессов, и что широкое использование чистого или «зеленого» водорода будет ограничиваться инфраструктурой и необходимыми объемами возобновляемой энергии. Однако эксперты говорят, что у правительств и компаний может быть небольшой выбор, кроме как преодолеть эти препятствия, если тяжелая промышленность хочет сократить свои выбросы.

«Есть много проблем с водородом, включая увеличение объемов, которые нам нужны, но это не имеет значения, это просто необходимо», – сказал Хулио Фридманн, старший научный сотрудник Центра глобальной энергетической политики Колумбийского университета SIPA. .

Арнд Кёфлер, технический директор Thyssenkrupp, сказал, что для достижения жестких целей Европы по выбросам «вы должны определить большие возможности, где и как уменьшить выбросы углекислого газа». Он считает, что масштабы выбросов в Дуйсбурге предлагают прекрасную возможность для использования водорода.

Диаграмма, показывающая производство цемента и выбросы по странам

Компания проводит испытания по использованию водорода в качестве восстановителя в традиционных доменных печах, что теоретически может обеспечить экономию CO2 до 20 процентов. Но для того, чтобы значительно сократить выбросы, требуются более радикальные изменения в технологии и использование природного газа или водорода вместо кокса для отделения кислорода от железной руды – для производства так называемого железа прямого восстановления (DRI).

Thyssenkrupp планирует запустить и запустить свой первый завод DRI к 2025 году, первоначально производя 400 000 тонн в год «экологически чистой» стали, изготовленной с использованием водорода или природного газа, и 3 миллиона тонн к 2030 году. Компания стремится заменить все свои доменные печи. к 2050 году.

Основные препятствия остаются, в том числе получение достаточного количества водорода и стоимость – счет за перевод Дуйсбурга для работы на водороде оценивается в 10 миллиардов евро.

Создание инфраструктуры водородного хаба также потребует государственной поддержки. Однако размеры Дуйсбурга могут сделать его ядром водородной экономики с трубопроводами, по которым газ поступает в другие отрасли, включая производителей химикатов. В национальной стратегии правительства Германии по водороду, опубликованной в прошлом году, делается четкий акцент на «зеленом» водороде, получаемом путем использования электричества из возобновляемых источников энергии для электролиза водорода из воды.

Адитья Миттал, исполнительный директор ArcelorMittal, сказал на этой неделе, что еще «слишком рано говорить» о том, что зеленый водород будет введен в эксплуатацию. Компания проводит ряд испытаний по декарбонизации, в том числе испытание способности водорода восстанавливать железную руду на своем предприятии в Гамбурге.

«Впереди долгий путь», – сказал Миттал. «Мы еще не подошли к концу».

Для преобразования 100 миллионов тонн стали, производимой в ЕС в год с использованием углерода, потребуется около 400 тераватт-часов электроэнергии в год, что эквивалентно 15 процентам от общего текущего потребления на континенте. Все это должно происходить из возобновляемых источников.

Коксовый завод немецкого промышленного конгломерата Thyssenkrupp в Дуйсбурге, западная Германия. Кокс, полученный из угля, используется для производства стали путем отделения кислорода от железной руды. © AFP через Getty Images

Брайан Аранья, вице-президент и глава отдела стратегии ArcelorMittal, сказал, что «кажется очень маловероятным, что в ближайшее время у нас появится такой водород на основе новой возобновляемой энергетики».

Аналогичные проблемы беспокоят руководителей цементной промышленности, где CO2 образуется в результате как химических, так и термических процессов горения, задействованных в производстве. Большинство крупных групп в этом секторе изучают возможности улавливания и хранения водорода и углерода.

Hanson UK, британское подразделение HeidelbergCement Group, объединилось с исследователями из Университета Суонси для экспериментов с использованием зеленого водорода для замены природного газа в горелках на своем заводе в Порт-Талботе, южный Уэльс. В рамках финансируемого государством проекта на цементном заводе компании в Рибблсдейле в Ланкашире проводятся испытания использования водородного топлива и топлива из биомассы в цементной печи.

График производителей цемента

По словам Иэна Уолпола, менеджера по экологической устойчивости Hanson UK, демонстрация должна доказать, «можем ли мы производить продукт, который все еще является цементом», используя водород.

Химические компании также изучают возможность использования водорода для работы своих заводов. У них уже есть значительный опыт работы с газом, который является побочным продуктом некоторых производственных процессов.

Ineos, производящая 300 000 тонн водорода в год, считает, что это будет «один элемент» процессов декарбонизации. Частная химическая группа планирует создать центр поставки чистого водорода на своем заводе в Рафнесе, Норвегия, построив электролизер мощностью 20 МВт.

Климатическая столица

Там, где изменение климата встречается с бизнесом, рынками и политикой. Ознакомьтесь с репортажем FT здесь

Гейр Туфт, главный исполнительный директор Ineos, дочерняя компания Inovyn, предупреждает, что, учитывая количество необходимого газа, для прогресса потребуется время.

«Вокруг водородных проектов ведется много маркетинговых мероприятий. Мы должны быть реалистами – мы находимся там, где ветряная промышленность была 20-30 лет назад с точки зрения развертывания ».

И точно так же, как развитие морской ветроэнергетики было начато за счет схем субсидирования, производство водорода в сталелитейной и цементной промышленности потребует государственной поддержки, считают эксперты.

«В ближайшем будущем мы ожидаем, что для декарбонизации цемента и стали потребуется механизм субсидий», – сказал Аарон Гоутер из британского правительственного комитета по изменению климата.

Высокая цена углерода является ключевым фактором. Недавнее исследование BloombergNEF показало, что водород, производимый из возобновляемых источников энергии, может быть конкурентоспособным по стоимости с углем для производства стали к 2050 году, если к коксующемуся углю будет применяться цена углерода в размере 50 долларов за тонну CO2.

Серия FT: Водород – Фантазия или топливо будущего?

Может ли газ, давно объявленный альтернативой ископаемому топливу, действительно помочь решить самые грязные энергетические проблемы в мире?

В конечном итоге правительства должны будут помочь создать необходимую инфраструктуру для водородной экономики. План правительства Великобритании по борьбе с изменением климата обещает инвестиции в размере более 1 миллиарда фунтов стерлингов для поддержки водородных проектов и создания систем улавливания, использования и хранения углерода в четырех промышленных кластерах.

По словам Фридмана, именно здесь необходимо сосредоточить внимание на декарбонизации. Он считает, что Европа опережает большинство других стран в том, что касается промышленных узлов, обеспечивающих необходимые линии электропередачи, системы транспортировки CO2 и системы распределения водорода.

«Это сложно и дорого, но это работа. Либо правительства в Европе платят за эту инфраструктуру, либо создают стимулы для этого частному сектору ».

Цвета водородной радуги

© Кристофер Ферлонг / Getty Images

Зеленый водород Изготовлен с использованием чистого электричества из возобновляемых источников энергии для электролиза воды (H2O), отделяя атом водорода в ней от его молекулярного двойного кислорода. В настоящее время очень дорого.


Голубой водород Производится с использованием природного газа, но с улавливанием и хранением или повторным использованием выбросов углерода. Незначительные объемы в производстве из-за отсутствия проектов по улавливанию.


Серый водород Это наиболее распространенная форма производства водорода. Он поступает из природного газа путем паровой конверсии метана, но без улавливания выбросов.


Коричневый водород Самый дешевый способ получения водорода, но также и самый опасный для окружающей среды из-за использования энергетического угля в производственном процессе.


Бирюзовый водород Использует процесс, называемый пиролизом метана, для производства водорода и твердого углерода. Не доказано в масштабе. Опасения по поводу утечки метана.

Следовать @ftclimate в инстаграмм

By admin

Leave a Reply

Your email address will not be published. Required fields are marked *