Водородная энергетика... Реальна ли «аммиачная революция»?

Австралия хочет заменить русский газ зеленым аммиаком...

Новая концепция зеленой энергетики предлагает получать водород в Австралии, где солнечное электричество почти ничего не стоит, делать из него аммиак и миллионами тонн поставлять в Европу — на замену российскому газу. 

Аммиак, до этого шедший в основном на производство  удобрений, теперь рассматривают как замену российскому газу

https://naked-science.ru/artic...

Сам водород по техническим причинам перевозить бессмысленно, но аммиак можно экспортировать на тысячи километров, причем не очень дорого. Соглашение между ЕС и австралийцами уже подписано, однако остаются вопросы. Реализуема она технически или перед нами еще одно «водородное шоссе в никуда», как во времена Буша-младшего? 

Financial Times опубликовала материал, где прямо в заголовке сообщает: европейцы заменят русский газ австралийским аммиаком. Для этого Евросоюзу придется покупать у Австралии три десятка миллионов тонн аммиака в год.

Слева Патрик Ламмерс из европейской энергетической компании E.ON, справа от него Эндрю Форрест из австралийской компании Fortescue Future Industries. Мужчины жмут друг другу руки после подписания документа, в котором планируется поставлять десятки миллионов тонн зеленого аммиака в год / ©Financial Times

Аммиак — формула NH3 — ценен, как легко догадаться, именно атомами водорода, которые в нем содержатся. Литр сжиженного аммиака почти на 18% состоит из водорода и при сгорании дает 3,2 киловатт-часа энергии. Это в два с половиной раза больше, чем у жидкого водорода, хотя в водороде нет «балласта» в виде азота.

Дело в том, что этот азот эффективно связывает водород: позволяет «упаковать» его крайне компактно. Поэтому плотность чистого жидкого водорода — менее 71 килограмма на кубометр, а жидкого аммиака — более 681 килограмма на кубометр. Разница по плотности в девять с половиной раз означает, что в кубометре сжиженного аммиака водорода много больше, чем в кубометре такого же водорода.

К тому же аммиак становится жидким при минус 33 градусах, а водород — при минус 253. Огромный вес баллонов для температур в минус четверть тысячи градусов означает, что фактическое количество энергии на единицу объема при перевозке для аммиака выше в несколько раз. Да, у литра сжиженного природного газа энергии при сгорании выделяется 6,17 киловатт-часа. 

Но природный газ на Западе сейчас в дефиците, а вот в переходе на водород те страны сейчас очень заинтересованы...

Аммиак — по сути, лучшее «транспортное средство» для водорода, и в этом качестве у него практически нет альтернатив. К тому же в западном мире ценят, что он не выбрасывает при сгорании углекислый газ. Так что же, вот и нашлось идеальное решение для борьбы с газовой зависимостью европейцев от Кремля?

Пожалуй, стоит обратить внимание на детали.

Отчего это австралийцы такие скромные?

Австралийские аммиачные поставки будущего (пять миллионов тонн водорода) при сгорании должны дать примерно 180 миллионов киловатт-часов тепловой энергии. Столько могли бы дать 17 миллиардов кубических метров газа. Для сравнения: в прошлом году ЕС импортировал из России 145 миллиардов кубометров газа. Встает вопрос: а почему австралийцы так скромны? Отчего бы им не нацелиться на большее — на замещение сразу всего российского метана?

Ответ — в цифрах и фактах. Они таковы: чтобы сделать килограмм зеленого аммиака, требуется потратить на производство водорода 8,85 киловатт-часа. А потом этот водород надо связать азотом из воздуха. Иначе аммиака (NH3) просто не получится. На эту часть, известную как процесс Габера, уходит еще 5,53 киловатт-часа. Всего — 14,38 киловатт-часа на килограмм продукта.

Вот только килограмм аммиака при сгорании дает всего 5,17 киловатт-часа. Выходит, при его производстве 64% всей энергии исчезают в никуда, а точнее, греют воздух. Внося свой, хотя и крохотный, вклад в глобальное потепление.

Одной солнечной энергией здесь не обойтись: даже в Австралии солнечные электростанции не работают ночью. Неясно только, что будет делать недешевое оборудование по производству аммиака безветренными ночами. 

Получается, австралийцам надо потратить порядка 400 миллиардов киловатт-часов, чтобы произвести аммиак, заменяющий 17 миллиардов тонн российского газа. А если бы они захотели заместить все 145 миллиардов тонн российского газового экспорта, прошлось бы потратить на получение «зеленого аммиака»… три с половиной триллиона киловатт-часов.

Становится понятно, почему австралийцы так внезапно увлеклись скромностью. Эта страна производит 240 миллиардов киловатт-часов в год. А три с половиной триллиона киловатт-часов в год — примерная выработка электроэнергии США. Или почти половина китайской электрогенерации.

Даже для реализации уже оговоренных с европейцами поставок Австралии нужно нарастить свою генерацию в 2,75 раза. Построить с нуля едва ли не пару собственных энергетик. Согласно Financial Times, для этого австралийцы планируют запустить 200 гигаватт солнечных и ветровых электростанций с необычно низкой ценой в 50 миллиардов долларов (0,25 миллиарда долларов за гигаватт).

Скажем сразу: это невозможно. 

СЭС или ВЭС нигде в мире не удается строить дешевле, чем за миллиард долларов за гигаватт. Как правило, цена в полтора раза выше.

 Учитывая резкий рост цен на материалы, из которых делают фотоэлементы и ветряки, — экономическая война между Россией и Западом делает этот рост неизбежным, — реальная стоимость запланированных электростанций будет скорее в районе 300-400 миллиардов долларов. Но никак не 50 миллиардов.

Тем интереснее заявленная в статье цель европейцев: к 2030-му получать 30 миллионов тонн зеленого водорода в год (эквивалент 100 миллиардов кубов российского газа). Это потребует 2,4 триллиона киловатт-часов электроэнергии от ВЭС и СЭС. То есть вдвое больше, чем годовая выработка электроэнергии, например, в России.

Осуществим ли европейский план?

Насколько это реально экономически — подсчитать несложно. Зеленый водород даже в условиях недорогой электроэнергии стоит 2,2 доллара за килограмм. В Австралии электричество от солнца может быть довольно недорогим: на севере страны немало пустынь. Сам водород, конечно, оттуда возить никто не будет — это безумно дорого. Но в оболочке аммиака — почему нет?

А вот почему: зеленый аммиак даже при ценах 2020 года и в условиях инсоляции Австралии стоил более 65 центов за килограмм. При сгорании он дает 5,17 киловатт-часа.

Стоимость получения зеленого водорода, из которого делают зеленый аммиак, в долларах на килограмм. Легко видеть, что солнечная Австралия действительно в благоприятных условиях в этом смысле, пусть и не в самых благоприятных в мире

Кубометр газа при сгорании дает 10,5 киловатт-часа, то есть будет дешевле зеленого аммиака при цене в 130 центов и ниже. На первый взгляд, зеленый аммиак неплох. Ведь ныне природный газ в Европе стоит больше 150 центов, а то и более 200 за кубический метр.

Однако еще в 2019 году типичная оптовая цена газа в Европе была ниже 20 центов за кубический метр. Вся экономика там многими годами ориентировалась именно на такую стоимость. И, если честно, это довольно дорого. В России, напомним, природный газ в розницу не стоит и 10 центов за кубометр.

Даже в США оптовая цена газа в начале марта 2022-го — ближе к 15 центам за кубометр. Достаточно очевидно, что природный газ в Европе не всегда будет стоить столько, сколько сегодня. А значит, в длительной перспективе зеленый аммиак станет в шесть-семь раз дороже природного газа, даже без учета цены перевозки.

Кстати, она тут тоже весьма важный фактор. Аммиак на единицу объема содержит примерно вдвое меньше энергии, чем сжиженный газ. А на килограмм массы — почти в три раза меньше. Значит, возить его будет намного дороже, чем СПГ: энергия, которую увезет танкер одинаковых размеров с аммиаком, будет кратно меньше, чем если бы он возил природный газ.

Современное производство аммиака, основанное на природном газе, очень энергоемко, едва ли не десяток киловатт-часов первичной энергии на килограмм NH3. Однако зеленый аммиак нужно получать из электролизного водорода. поэтому его энергоемкость растет выше 14 киловатт-часов на килограмм

Между тем транспортировка в цене сжиженного природного газа играет огромную роль. Казалось бы, от Америки до Евросоюза считаные тысячи километров, в разы ближе, чем до Австралии. Но на пути от Штатов до Европы сжиженный газ успевает дорожать кратно. Ясно, что австралийский аммиак, намного менее энергетически «плотный», чем метан, вздорожает еще сильнее. Шестьдесят пять центов за килограмм в стране кенгуру для европейского потребителя могут обернуться долларами за килограмм.

При любых реалистичных оценках «зеленый аммиак» достанется Европе многократно дороже, чем природный газ.

Чем зеленый аммиак напоминает «мошенничество Джорджа Буша»...

Наконец, еще один момент. Мы не просто так ставим «зеленый аммиак» в кавычки. При сгорании он не выделяет СО2. Здесь его сторонники правы. Зато, в отличие от теоретической схемы, где горение аммиака может давать чистый азот, в реальности оно часто создает закись азота (а равно и иные его оксиды). Смех этот газ вызывает только у тех, кто его вдыхает, а вот зеленым от него совсем не смешно. Ведь парниковый эффект от закиси азота на единицу массы в 300 раз сильнее, чем у углекислого газа.

Следовательно, продукты его сгорания надо как-то улавливать. Один вопрос: как? Ведь это реально сделать только на большой электростанции, где легко размещается очень громоздкая система разделения газов. Но зеленым аммиаком собираются замещать не топливо на ТЭС. Это просто не имеет смысла: 64% электроэнергии при синтезе зеленого аммиака и так уходят в трубу. Если пускать оставшееся через ТЭС, итоговый КПД (от СЭС и ВЭС в Австралии до электросети в Европе) будет 20%, на уровне XIX века.

Джордж Буш у водородной заправки: в годы своего президентства он активно продвигал так называемую водородную экономику. Правда, без каких-либо практических успехов, в основном в пиар-формате

Поэтому «зеленый аммиак» в Европе планировали использовать для получения тепла. Например, в специальных двигателях или даже домах европейцев зимой это в теории возможно: определенные виды камер сгорания действительно делают горение аммиака в воздухе вполне реальным. Но вот вопрос: а как будет выглядеть блок улавливания веселящего (и сильно парникового) газа в каждом таком доме? Ответ неизвестен: пока что в публичном пространстве этот вопрос и не начали задавать.

Получается, продукт, который кратно дороже привычного европейской экономике газа, требует полного улавливания продуктов сгорания — и требует его в 300 раз сильнее, чем все тот же природный газ. Система улавливания явно увеличит стоимость полученной от нового носителя энергии. Но и тогда использовать аммиак можно будет лишь на крупных заводах, например делающих цемент: в домах просто не разместить громоздкую улавливающую установку. То есть от замены российского газа на австралийский цены на цемент вырастут, а вот тепла в домах европейцев так и не прибавится.

Это плохое решение. Приняв его, экономика ЕС потеряет конкурентоспособность с американской, не говоря уже о китайской.

Вряд ли европейцы считают достаточно плохо, чтобы реализовать эти проекты в металле. Скорее речь идет о типичной выдаче желаемого за действительное — как во время того, что западная пресса называет «мошенничество Джорджа Буша».

В 2003 году этот президент США объявил о миллиардных вложениях в «водородную экономику». Процитируем все те же западные СМИ: «При этом он забыл сказать, что строительство инфраструктуры для водородной экономики займет десятки лет и будет стоить триллионы долларов».

Если заменить в этой фразе «водород» на «зеленый аммиак», она по-прежнему останется верной. Цена перехода на новую упаковку для все той же неработающей — из-за крайней дороговизны — водородной экономики не стала ниже, чем была во времена «мошенничества Буша». Следовательно, у нее точно так же нет перспектив воплотиться в жизнь.

Что на самом деле стоило бы сделать для замены российского газа?

Технически есть два пути, которые могли бы дать ЕС лучшее решение. Во-первых, европейцы могли бы построить высокотемпературный атомный реактор, греющий через теплообменники воду более чем до 800 градусов. В присутствии катализаторов вода при этом распадается на водород и кислород. Водород можно было бы пускать на производство хоть аммиака, хоть метана (тоже синтетического), да хоть и сжигать его в ТЭС рядом с такими реакторами для покрытия пиковых нагрузок.

В любом случае этот водород будет стоить дороже, чем природный метан, но разница в цене — всего полтора-два раза. Совсем не те несколько раз, которые принесет «зеленый аммиак».

Этот путь для западных стран нереален...

Ибо , это цена страха, аналогично тому, как  АЭС , и "мирный атом" в целом оказались жертвой массовой культуры, радиофобии и "зелёных убийц будущего"...

В России же всё с точностью ..., "до наоборот"...

Действующая энергетическая стратегия России предполагает наращивание экспорта водорода с 0,2 млн тонн в 2024 году до 2 млн тонн уже к 2035 году. Согласно плану, в середине XXI века продажа водорода на внешних рынках должны приносить стране около 100 млрд долларов ежегодно. Это позволит не только сократить зависимость РФ от экспорта не возобновляемых ресурсов, но и обеспечить ее доминирование на рынке новой энергетики.

Планы по строительству Пенжинской ПЭС существуют уже свыше 100 лет. 

Суть ПЭС в том, что в море устанавливается дамба, в неё монтируются турбины. 

Во время прилива уровень воды с одной стороны дамбы повышается и гидроагрегат вращается, вырабатывая ток. Во время отлива происходит обратная ситуация – вода вытекает назад и снова вращает турбины.

Рассматривается два основных проекта: Северный створ (21 ГВт) и Южный створ (87 ГВт). Даже для самого скромного проекта (Северного створа) стоимость строительства оценивается в 60 млрд долл., что всего в 20 раз больше стоимости Крымского моста. Эти миллиарды можно было бы вложить и потом вернуть за счёт продажи электричества, но вот продавать его в «дыре» некому. 

Оказывается, в Пенжинской губе можно производить водород в мировых масштабах! А всё из-за того, что во время прилива вода в этой губе поднимается на 9 метров, а иногда и до 13 метров! Площадь акватории Пенжинской губы – 21 000 квадратных километров (сравнима с площадью Крыма). Учёные подсчитали, что через вход в губу каждые сутки перемещается до 500 кубических километров воды!

Для сравнения: река Волга такое количество воды переносит за два года, а река Дон – за 25 лет. Даже самая мощная река мира – Амазонка – способна перенести 500 «кубокилометров» воды лишь за 25 дней.

Но не всё так печально, есть идея – как Пенжинской ПЭС окупить себя. Ведь можно продавать не саму электроэнергию, а водород, созданный с её помощью. На водород сегодня переводится автотехника, это, пожалуй, самый экологически чистый вид топлива. Крайнюю нужду в нём испытывают ближайшие соседи Камчатки – страны АТР. На водороде могут не только ездить автомобили, но и летать самолёты и ракеты, отапливаться дома и работать заводы.

Единственная проблема – добывать водород очень дорого: требуется много электроэнергии. Но если появится Пенжинская ПЭС, то можно построить прямо в губе завод по извлечению водорода из воды, сжижать водород и газовозами поставлять его по всему миру. Так камчатская ПЭС может стать планетарной батарейкой.