В штате Одинокой звезды может появиться следующий крупный мировой водородный центр
Широко распространено мнение, что будущая низкоуглеродная водородная промышленность возникнет в промышленных кластерах. Особое внимание уделяется портам, где концентрация базовых отраслей промышленности, трубопроводов и судоходства будет способствовать крупномасштабному производству и эффективным поставкам. Планы крупных промышленных портов в Европе, таких как Антверпен и Роттердам, расширяются с учетом возможности морского хранения углекислого газа. В США регионом, который представляется наиболее подготовленным к широкому внедрению экологически чистого H2, является побережье Техасского залива с центром в Хьюстоне. Промышленный сектор Хьюстона включает в себя около 30% нефтеперерабатывающих мощностей США и более 40% нефтехимических мощностей США. На его промышленный сектор приходится 40% промышленных выбросов штата Техас.
Этот обширный промышленный ландшафт нефтепереработки, нефтехимии и смежных отраслей уже потребляет одну треть текущего производства водорода в США, почти весь который производится из природного газа методом парового риформинга метана (SMR). Почти 50 установок SMR, эксплуатируемых крупными торговыми производителями, такими как Air Liquide, Air Products и Praxair, расположены вдоль побережья Персидского залива. Они соединяются с более чем 900 милями специальных водородных трубопроводов, которые составляют более половины водородных трубопроводов в США и почти треть всех водородных трубопроводов в мире.
Этот крупный существующий рынок промышленного водорода расположен на региональной геологии, которая должна поддерживать хранение: соляные каверны для временного хранения газообразного водорода и подводные каверны для вечного хранения углекислого газа под Мексиканским заливом.
Эти благоприятные характеристики подтолкнули к серьезному рассмотрению вопроса о том, как может возникнуть «водородный хаб». Появилась возможность собрать все части, необходимые для создания экологически чистой системы H2, связанной с местной промышленностью, а также с национальными и глобальными экспортными рынками.
Но все части, необходимые для функционирования системы, пока остаются отдельными частями, большинство из которых находится на очень ранних стадиях развития. Возможность превращения серого водорода Хьюстона в голубой или зеленый водород будет зависеть от эффективной государственной политики.
Инновационная зона CCS
ExxonMobil Corp. всерьез задумалась о концепции центра для Хьюстона, где у компании есть крупный корпоративный кампус, большой нефтеперерабатывающий комплекс и более 12 000 сотрудников.
Весной прошлого года нефтяная компания объявила о своем намерении изучить жизнеспособность улавливания и хранения углерода (УХУ) в районе Хьюстона. Затем, в сентябре, к ней присоединилась рабочая группа из еще десяти компаний, которые выразили заинтересованность в совместной работе по поддержке крупномасштабной инфраструктуры УХУ.
Это впечатляющий список, включающий Calpine, Chevron, Dow, INEOS, Linde, LyondellBasell, Marathon Petroleum, NRG Energy, Phillips 66 и Valero Energy Corp. По данным ExxonMobil, на долю этих 11 компаний приходится почти 75% выбросов CO2 в промышленности и энергетике Хьюстона.
Хотя формальная структура еще не создана, ее обсуждение продолжается, и 11 компаний намерены сделать новые объявления в первом квартале 22-го года.
Вероятным лидером будет ExxonMobil Low Carbon Solutions, дочернее предприятие, запущенное в начале 2021 года для первоначального сосредоточения на проектах УХУ по всему миру, с проектами и партнерствами почти в дюжине стран. В рамках проекта в Персидском заливе компания сосредоточится на попытке улавливать выбросы промышленных предприятий вдоль Хьюстонского судоходного канала, который находится в нескольких милях от залива Галвестон.
Предложение компании станет самым крупным в мире проектом по УХУ, который к 2040 году будет хранить 50-100 миллиардов тонн углекислого газа в год в старых нефтяных и газовых пластах под морским дном Мексиканского залива.
Может показаться невероятным, что огромное количество углекислого газа может быть доставлено по трубопроводу к резервуарам, расположенным на глубине тысяч футов под морским дном, под непроницаемой породой, но технически это осуществимо. Действительно, по оценкам Министерства энергетики США (DOE), объем хранилищ вдоль побережья американского залива достаточен для хранения 500 миллиардов метрических тонн CO2. Это более 100 лет суммарных выбросов промышленности и энергетики США.
Проблема заключается в финансировании. Компания ExxonMobil считает, что для реализации проекта потребуется 100 миллиардов долларов. Компания предполагает нечто вроде коллективных усилий, когда правительство и промышленность будут сотрудничать в рамках подхода «инновационной зоны».
Мы предполагаем создание «зоны», подобно другим государственно-частным инициативам, созданным для содействия экономическому росту или решения других масштабных общественных проблем, — говорит Джо Бломмаерт, президент ExxonMobil Low Carbon Solutions.
Создать такую совместную инициативу будет непросто». ExxonMobil утверждает, что финансирование должно быть смешанным: государственным и частным, с субсидиями и стимулами государственного сектора в сочетании с поддержкой со стороны всех отраслей промышленности. Необходимо создать соответствующую нормативно-правовую базу для обеспечения инвестиций.
Но для того чтобы собрать все это воедино, признает ExxonMobil, вполне может потребоваться введение налога на выбросы углерода в той или иной форме. Компания публично заявила, что она выступает за установление рыночной цены на углерод, чтобы стимулировать инвестиции в крупномасштабную УХУ.
Запуск H2 в Техасском треугольнике
Другой взгляд на огромный водородный потенциал Хьюстона представлен в новом влиятельном отчете под названием «Хьюстонский регион: Становление глобального водородного хаба». В докладе, подготовленном общественной группой «Центр за будущее Хьюстона», излагается примерный путь к использованию многих элементов промышленного комплекса Хьюстона для создания жизнеспособной низкоуглеродной водородной экономики.
Почти все широко распространенное водородное оборудование на побережье Мексиканского залива было построено для нефтеперерабатывающей и нефтехимической промышленности региона. Чтобы расширить производство чистого водорода и включить его в энергетическую систему, в отчете Hydrogen Hub проблема рассматривается поэтапно, отдельно от проекта ExxonMobil.
Связанное с этим: Нефть оживилась после очередного сокращения запасов сырой нефти
«Для начала мы можем начать с малого, просто ввести водород в систему и использовать его», — говорит Энди Штайнхубл, председатель Центра будущего Хьюстона и член правления GHI (Green Hydrogen International).
Он объясняет, что инициатива по активизации чистого H2 должна осуществляться в секторе, где стоимость водорода может конкурировать с существующими видами топлива сейчас или в ближайшем будущем. В отчете Hydrogen Hub утверждается, что сравнительные экономические показатели говорят в пользу тяжелого грузового транспорта для этапа активации.
«Грузоперевозки — это «приложение-убийца», — говорит Штайнхубль, — он (водород) выгодно отличается от дизельного топлива по цене, инфраструктура в основном уже создана, а технология грузовиков почти готова», — добавляет он.
Он отмечает, что базовая технология быстро развивается, поскольку производители автомобилей, такие как Hyundai, Toyota и Nikola, продолжают работу над электрифицированными грузовиками на топливных элементах, которые могут сравниться по крутящему моменту и мощности с дизельными двигателями. Они намерены поставлять тяжелые грузовики грузоотправителям, которые будут все больше стремиться к ограничению выбросов.
Чтобы запустить этот ранний рынок H2 в Техасе, Штайнхабль рассматривает коридор I-45 Хьюстон-Даллас.
«Мы могли бы буквально завтра запустить систему, — говорит он, — с заправочной станцией в порту Хьюстона, еще одной — в складском районе Далласа, и грузовиками, совершающими безостановочное 3,5-часовое путешествие между ними по шоссе 45».
На самом деле он видит, что треугольник водородных грузовиков становится вполне осуществимым. I-45 будет первой ногой или стороной треугольника. К нему можно добавить I-35 от Далласа до Сан-Антонио и I-10 от Сан-Антонио до Хьюстона. Все эти расстояния одинаковы и не потребуют остановки грузовиков для заправки. Местное сообщение было бы также возможно в плотном скоплении промышленных предприятий, нефтеперерабатывающих заводов и частных портов вдоль Хьюстонского судоходного канала.
Все это может начаться с пилотных проектов, требующих скромных первоначальных инвестиций.
«Несколько заправочных станций, несколько грузовиков, удлинить трубопровод или переоборудовать грузовик для доставки H2, и поехали», — говорит Штайнхубл.
Тем не менее, это потребует значительной координации и развития цепочки создания стоимости».
Нам нужно будет создать коалицию соответствующих игроков по всей цепочке создания стоимости — грузоотправителей, логистических компаний, производителя водорода, оператора заправочных станций (возможно, Shell), производителя грузовиков, местного порта и правительства».
«Нам нужно будет определить места и масштабы эксперимента — сколько грузовиков, точки заправки, откуда и куда поступает топливо и т.д.», — говорит он. «Затем обеспечить финансирование и приступить к реализации».
Этот зарождающийся рынок, скорее всего, начнет с серого водорода, который уже в изобилии поставляется в регион и производится из недорогого природного газа из бассейна Пермиан в Западном Техасе. Действительно, размер существующей системы H2 в районе Хьюстона настолько велик, что пилотный проект по перевозке водорода на грузовиках практически не добавит дополнительных выбросов углерода.
Штайнхубль совершенно уверен, что грузовики на топливных элементах, работающие на таком топливе, могли бы конкурировать с дизельным топливом.
Причина, по которой грузоперевозки являются «убийственным приложением», заключается в том, что здесь нет проблемы стоимости поставок по сравнению с альтернативными видами топлива. Также нет проблемы доступности поставок. Просто нужно выстроить в ряд все последующие части», — говорит он.
Что касается «поставок», то инфраструктура уже почти создана. И технология грузоперевозок H2 уже существует. Нам просто нужно производить грузовики, а для этого нужен заказчик».
«Поэтому необходимо создать новую цепочку, совершенно новый набор взаимосвязей от конца до конца. Ни одна деталь не движется без других — нам нужно стимулировать их двигаться вместе».
Конечно, в дополнение к внедрению водорода в грузовики, расширение производства чистого водорода потребует улавливания, утилизации и хранения углерода (CCUS). Это тоже потребует специальной финансовой поддержки и стимулов, чтобы стать частью цепочки создания стоимости.
Техасская энергетическая компания Denbury Inc., которая специализируется на улавливании углерода для повышения нефтеотдачи пластов, управляет обширной сетью трубопроводов CO2 к востоку от города Хьюстон. Эта система Denbury может сыграть решающую роль.
Глобальный водородный хаб
Если пилотный проект по использованию тяжелых грузовиков может быть запущен относительно быстро с помощью существующей в регионе водородной инфраструктуры, то для более широкого применения чистого водорода потребуется гораздо больше работы. Среди часто перечисляемых потенциальных водородных рынков, таких как промышленное тепло, производство электроэнергии или отопление зданий, сейчас нет явного победителя. Затраты все еще слишком высоки.
Штайнхубль указывает на трудности для такой отрасли, как производство стали. Молекула водорода настолько мала, что металлургия нынешних процессов несовместима с ней; переход на водородное топливо потребует перепроектирования заводов.
Сейчас необходима государственная поддержка. Министерство энергетики выделило 8 миллиардов долларов на создание четырех водородных центров, и Хьюстон намерен быть выбран в качестве одного из них в 2022 году. Существует также налоговый кредит 45Q, который компании и коммунальные службы могут применять для проектов по улавливанию углерода, но сторонники говорят, что его необходимо расширить.
В Техасе не хватает стимулов для развития экологически чистого топлива, и сторонникам крупномасштабных водородных проектов остается только надеяться на такую поддержку, как в ЕС и Великобритании с их углеродными налогами и прямыми субсидиями, или в Калифорнии с ее стандартом низкоуглеродного топлива.
Тем не менее, у Техаса есть важные преимущества, которые помогут. Важным примером для пилота грузовых автомобилей является порт Лос-Анджелеса, в котором сейчас задействовано 10 грузовиков на водородных топливных элементах, а в 22-м году откроются три заправочные станции. Такой пилотный проект, вероятно, потребует меньше стимулов для запуска и запуска в Хьюстоне, учитывая его водородные преимущества и плотную структуру тяжелых грузовых перевозок.
Также возможен довольно быстрый запуск пилотных проектов по экологически чистому водороду. Здесь у Техаса есть по крайней мере одно уникальное преимущество, учитывая значительные требования к энергопотреблению при электролизе. Техас — крупнейший штат США по производству энергии ветра и имеет быстрорастущий парк солнечных батарей. На рынке электроэнергии штата наблюдается многочасовой избыток электроэнергии по низким ценам из-за того, что в его генерации преобладает ветровая энергия.
Это преимущество для зеленого H2 должно расти по мере увеличения проникновения возобновляемых источников энергии в штате, в то время как затраты на электролиз и эффективность производства улучшаются. Например, первые рыночные возможности для зеленого H2 можно найти в программах по обезуглероживанию автобусного транспорта.
Между тем, рост предложения недорогой возобновляемой электроэнергии может быть только на пользу пилотных проектов по сезонному хранению энергии, учитывая большой потенциал региона для долгосрочного хранения водорода. Его выгодное географическое положение позволяет иметь несколько уникальных с геологической точки зрения соляных пещер, которые могут быть использованы для хранения H2. Местные компании уже занимаются созданием таких соляных пещер.
Эти пилотные проекты могут заложить основу для фазы расширения, когда от побережья Мексиканского залива до Пермского моря будет проложено больше трубопроводов, отправляющих CO2 и получающих дешевый природный газ. Это поможет стимулировать производство большего количества голубого H2 для экспортных рынков. Вероятный кандидат — удовлетворить растущий спрос в Калифорнии, где государственная политика потребует еще большего его количества.
И, поскольку здесь будет крупный порт США, в игру вступит растущий спрос в Европе. А на местном уровне Хьюстон может стремиться к развитию новых отраслей промышленности, нуждающихся в водороде поблизости, таких как производство низкоуглеродистой стали на побережье Мексиканского залива.
Steinhubl предвидит интегрированную сине-зеленую водородную систему с более широким применением зеленого водорода со временем. Но все это дешево не обойдется. В отчете Hydrogen Hub рекомендуются четыре ключевые инициативы по запуску синего и зеленого H2 (см. Отчет, стр. 9):
По оценкам отчета, на эти пилотные проекты и инициативы в течение 10 лет потребуется 565 миллионов долларов США в виде стимулов и расходов.
Что происходит в Хьюстоне…
Новая инициатива Министерства энергетики США «Earthshot», запущенная в 21 году с первым компонентом «Hydrogen Shot», направлена на снижение стоимости чистого водорода на 80% до 1 доллара за кг к началу 2030-х годов.
То, что происходит в Хьюстоне с его значительными ресурсами, связанными с водородом, несомненно, сыграет важную роль в этих усилиях. Такая положительная ценовая тенденция создаст положительную обратную связь, позволяя расширить водородную экономику с большим потенциалом экспортных поступлений, что, в свою очередь, откроет новые возможности для местного экономического развития.
Несомненно, именно это побуждает деловых и гражданских лидеров Хьюстона серьезно взглянуть на низкоуглеродный водород. Пилотные проекты из отчета Hydrogen Hub, реализуемые одновременно с огромным проектом CCS консорциума из 11 компаний, могут помочь преобразовать экономику старого нефтяного города в пост-углеродную эпоху.
«Теперь мы смотрим в 2050 год», — говорит Штайнхубль.