Колко зелен водород и възобновяема енергия ще са необходими за декарбонизиране на корабоплаването по целия свят?

Водородът отдавна се рекламира като ключ към декарбонизирането на корабоплаването, с нарастващ брой поръчки за плавателни съдове, способни да работят с H2 или негови производни като амоняк и метанол. Амонякът, когато се изгори, произвежда нулеви въглеродни емисии, докато изгарянето на метанол, произведен с уловен въглероден диоксид, може да бъде въглеродно неутрален, като не отделя повече CO2, отколкото се използва за производството му.  Ако водородът, използван за производството на тези химикали, е зелен, тогава морският сектор може да достигне нетни нулеви емисии. Това може да се случи само ако корабоплаването премине към тези по-чисти горива.

Но като се има предвид, че глобалната флотилия от кораби вече използва стотици милиони тонове изкопаеми горива всяка година, колко водород ще трябва да се произведе, за да се декарбонизира корабоплаването? И колко гигавата възобновяеми енергийни източници ще трябва да бъдат инсталирани, за да захранват тази мащабна индуструя?

Колко тона водород?

Според сценария на Международната агенция по енергетика за декарбонизация до 2050 г., корабоплаването ще трябва да консумира годишно 233 милиона тона чист амоняк, 13 милиона тона метанол и 15 милиона тона водород, директно използван като гориво. Общо това би означавало, че около 59,5 милиона тона H2 ще се консумират годишно до 2050 г. за производство на горива или за директна употреба, изчислява изданието Hydrogen Insight.

Международната агенция за възобновяема енергия (IRENA) прогнозира подобен мащаб на водородни суровини в собствения си модел, за да може светът да достигне нетна нула, като изчислява, че около 60 милиона тона зелен H2 годишно ще са необходими като суровина за корабните горива до средата на века.

Въпреки това, намаляването на емисиите от корабоплаването в краткосрочен план също се очаква да изисква огромни количества водород - и с по-малко време за изграждане на инфраструктура.

МАЕ изчислява в сввой скорошен доклад -  Ролята на е-горивата в декарбонизирането на транспорта - че около 70 милиона тона амоняк или метанол - изискващи между 12,6 милиона и 14 милиона тона H2 - ще бъдат необходими. Това е само, за да се състави 10% дял на чистите горива в морския сектор до 2030 г. Това е 3,5 пъти повече от текущия търгуван обем на амоняк или два пъти повече от търгувания обем на метанол. Агенцията за морска сертификация DNV очаква още по-малък дял на зелените горива до 2030 г.

В последната си прогноза за мореплаването до 2050 г. агенцията оценява търсенето на 17 милиона тона петролен еквивалент за въглеродно неутрални горива - т.е. тези, произведени с помощта на чист H2 и уловен CO2 - до 2030 г. Въпреки че това е само 6% от 280 милиона тона нефтен еквивалент горива, изразходвани от корабоплаването днес.

Тъй като един тон мазут има същата енергия като 2,2-2,3 тона метанол или амоняк, Hydrogen Insight изчислява, че най-малко 6,7 милиона тона водородна суровина ще са необходими за тези горива.

Въпреки това, Айрик Овръм (Eirik Ovrum), главен консултант на DNV по морска екологична технология, отбелязва, че цифрата от 17 милиона тона петролен еквивалент представлява горна граница, „но потенциално може да бъде много по-малко“.

„Не можем да дадем еднозначен отговор колко е-горива смятаме, че ще се използват в корабоплаването през 2030 г., несигурността просто е твърде голяма“, смята той.

Какво означава това за възобновяемата електроенергия назад по веригата?

МАЕ изчисли в скорошен доклад, че за 10% дял на зелените горива в корабоплаването до 2030 г. ще са необходими допълнителни 600 TWh възобновяема електроенергия. Колосалните количества ще отидат за захранване на производството на водород.

Агенцията изчислява, че това, комбинирано с 1500 TWh за е-горива, които съставляват 10% дял от авиационното гориво, ще бъде еквивалентно на 23% от мащаба на капацитета за чиста електроенергия, който предвижда да бъде инсталиран между 2022 и 2030 г. Сценарий STEPS – тоест случаят при обичайни бизнес практики.

Овръм изчислява, че производството на 17 милиона тона петролен еквивалент зелени горива, базирани на водород, ще изисква около 500 TWh електроенергия. А това от своя страна ще изисква 230 GW инсталиране на вятърен и слънчев капацитет. Той даде за пример и Норвегия, която произвежда около 140 TWh годишно енергия.

Означава ли това, че изграждането на вятърни и слънчеви активи назад по веригата може да представлява потенциално пречка за намаляване на емисиите при корабите?

„Възобновяемата електроенергия е търсена стока от други сектори, освен корабоплаването, производството на електроенергия трябва да се увеличи в много различни страни“, предупреждава Овръм. „Това може да доведе до по-малко предлагане от търсенето или може би до по-високи цени в краткосрочен план. А това и да рефлектира върху намаленото търсене“, добави той.

Ръководителят на отдела за иновации и крайни приложения на IRENA обаче, Франсиско Бошел, е по-оптимистично настроен, отбелязвайки, че 1200 GW капацитет от възобновяема енергия за захранване на електролизатори до 2050 г. ще изисква 46 GW нови вятърни и слънчеви мощности. Те трябва да се изграждат всяка година дотогава.

„Това със сигурност е амбициозно, но осъществимо усилие, като се има предвид, че само през 2023 г. бяха разгърнати повече от 500 GW слънчеви фотоволтаични и вятърни мощности и този годишен темп се очаква да нарасне, благодарение на обещанията за утрояване на възобновяемите източници, направени на COP28“, припомни той.

„Разгръщането на възобновяема енергия не е тясно място за енергийния преход. Знаем, че възобновяемият потенциал е повече от достатъчен, за да задоволи това търсене, и същото може да се каже за материалите, необходими за изграждането на тази инфраструктура.

Въпреки това Бошел предупреждава, че все още ще има предизвикателства около „бързото създаване на благоприятни рамки за изграждане на капацитет за възобновяема електроенергия, източник на въглерод за електронни горива [т.е. метанол] и изграждане на инфраструктура за управление и търговия с тези е-горива ”.

„Нуждаем се от навременна мобилизация на финансиране, нарастващи и диверсифицирани вериги за доставки – включително снабдяване с материали, рафиниране, производствен капацитет и умения между другото – и разработване на необходимата инфраструктура, за да процъфтяват тези горива.“

Ами електролизьорите?

Въпреки че различните анализатори са разделени относно това дали възобновяемите енергийни източници ще представляват пречка, те са съгласни, че ще трябва да бъдат инсталирани стотици гигаватове електролизьори.

IEA изчислява, че ще са необходими 130 GW капацитет на електролизера, за да се произведе достатъчно H2 за амоняк. Това ще се използва за покриване на 10% от морските горива. В същото време това количество нараства до 150 GW, ако ще се произвежда и зелен метанол.

Агенцията изчислява, че има 175 GW достатъчно напреднали проекти за електролизьори, планирани до 2030 г. Много от тях също ще трябва да задоволят широкомащабно търсене не само за изместване на сивия водород в съществуващите сектори, но и за производство на е-горива за авиацията и индустрията. Въпреки това, ако се броят концепциите в ранен етап, плановете за електролизатата вече нарастват до 420 GW.

Междувременно DNV казва, че има повече от 2200 съществуващи и планирани проекта, произвеждащи въглеродно неутрални горива - макар и без да уточнява колко от тях използват зелен водород или биогорива или колко зависят от улавянето на въглерод за чист H2. Прогнозата е, че могат да се доставят между 45 милиона до 63 милиона тона петролен еквивалент на пазара до 2030 г.

Повечето от тези проследени проекти обаче не са стигнали до окончателно инвестиционно решение или започнало строителство. Норвежката фирма предупреждава в своята прогноза за 2050 г., че сроковете за изпълнение на проекти за екологичен водород с повече от 1 GW капацитет за електролиза могат да варират от шест до десет години. А това означава, че „само няколко проекта, които все още не са обявени, ще бъдат оперативни преди 2030 г.“. Освен това много от тези проекти не са специално посветени на доставките на морския сектор.

Докато DNV отбелязва, че „ако всички произведени въглеродно неутрални горива през 2030 г. в крайна сметка бъдат достъпни за корабната индустрия, предлагането ще покрие търсенето с добър марж“. Оттам също така изчисляват, че съществуващите индустрии като торова и химическа вече консумират около 120 милиона тона петролен еквивалент годишно или 40% от потреблението на енергия в сектора на корабоплаването.

„Този метанол и амоняк в момента се произвеждат от изкопаеми източници с емисии на парникови газове и тези индустрии най-вероятно ще се конкурират за същия въглеродно-неутрален метанол и амоняк към 2030 г.“, предупреждава DNV.

Междувременно IRENA очаква, че около 600 GW електролизери ще трябва да бъдат инсталирани, за да произвеждат планираните 60 милиона тона зелен водород за транспортни горива до 2050 г.

Цели на IMO и ЕС за чисти горива за корабоплаване

Много по-малко зелен водород вероятно ще бъде необходим за корабоплаването, за да се съобразят с настоящите цели и разпоредби за намаляване на емисиите на парникови газове.

Международната морска организация (IMO), агенцията на ООН, която регулира глобалното корабоплаване, си постави цел за нулеви нетни емисии „близо до“ 2050 г., с 40% намаление на въглеродния интензитет в глобалното корабоплаване до 2030 г.

Тази стратегия също така включва цел за внедряване на „технологии, горива и/или енергийни източници с нулеви или почти нулеви емисии на парникови газове“, които да представляват поне 5% и „стремеж към 10%“ от крайното потребление на енергия до 2030 г. А това би предположило, че ще е необходим мащаб на производството на зелен водород някъде между сценариите DNV и МАЕ.

Това обаче не се отнася само за горива на основата на водород, като системите за задвижване, захранвани от батерии или хибридно-електрическо задвижване, са изрично включени в определението на IMO. Биогоривата вероятно също ще се броят за участие в декарбонизационния процес.

Миналия септември ЕС подписа своя пакет FuelEU в закон, определящ правно обвързващи цели за корабите, опериращи в европейски води, за намаляване на техните емисии.

Всички кораби с брутен тонаж над 5000, независимо под какъв флаг плават, ще трябва да намалят емисиите на парникови газове с 2% от началото на 2025 г. срещу референтен интензитет на емисиите от 91,16 грама CO2 еквивалент на MJ използвана енергия. Това прогресивно нараства до 6% от 2030 г., 14,5% от 2035 г., 31% от 2040 г., 62% от 2045 г. и накрая 80% от 2050 г.

Въпреки това, при изчисленията на интензитета на парниковите газове, корабите ще бъдат възнаградени за използването на водород или негови производни — известни на езика на ЕС като възобновяеми горива от небиологичен произход (renewable fuels of non-biological origin  (RFNBO) — между началото на 2025 г. и края на 2033 г., като позволяват двойното отчитане на техните намаления на емисии от използването на тези горива.

Ако делът на RFNBO в морските горива, използвани в ЕС, е по-малък от 1% през 2031 г., ЕС ще постави обвързваща цел за корабите да използват 2% от тези горива в годишното потребление на енергия на борда до началото на 2034 г.