Углеродная энергетика что это такое
Что такое углеродная нейтральность
Углеродная нейтральность — термин, который означает, что компания сократила до нуля выбросы углекислого газа и его аналогов в процессе своей производственной деятельности или компенсировала эти выбросы за счет углеродно-отрицательных проектов.
Ученые разделяют выбросы компаний на три сферы охвата. Первая сфера охвата (Scope 1) — это прямые выбросы предприятия при производстве. Ко второй сфере охвата (Scope 2) относится потребление энергии. Важно понимать, из каких источников компания получает энергию: угольные станции, АЭС, ГЭС и другое. Третья сфера охвата (Scope 3) включает всю цепочку жизненного цикла товара: закупка сырья, доставка, продажа, использование, утилизация и прочее, то есть напрямую не относящиеся к производителю выбросы.
Три основных способа добиться углеродной нейтральности:
Сокращение прямых выбросов
Этот способ считается самым эффективным, так как компания устраняет непосредственно источник выбросов CO2. Хорош он тем, что с его помощью легко определить шаги по сокращению выбросов, поскольку они прямые, а не косвенные. Последние заложены в длинную цепочку жизненного цикла товара, поэтому довольно сложно рассчитать компенсируемый объем эмиссии углекислого газа и определить конечного виновника.
Проблема же состоит в том, что этот путь связан с экономическими ограничениями — сокращение прямых выбросов часто сопряжено с уменьшением объема производства, а значит, с падением доходов предприятия. Если не сокращать производство, финансовых вложений потребуют технологии, которые бы снижали объем выбросов парниковых газов. Зачастую компании просто не идут на это из-за экономической нецелесообразности.
Прямой захват CO2 из воздуха
Прямой захват CO2 — это по сути «высасывание» углекислого газа из атмосферы. Его можно закопать под землю на длительное хранение или использовать в химических процессах для производства топлива, пластика и других материалов.
Самый распространенный метод захвата — пропустить воздух над специальной жидкостью. CO2 прилипает к смеси, а остальной воздух — нет. Затем смесь рециркулируют, выделяя углекислый газ с использованием тепла.
Биоэнергетика с улавливанием углерода (BECCS) — технология, которую можно отнести к прямому захвату выбросов, но улавливание идет не из атмосферы, а при сжигании биомассы. К биомассе относятся растения и сельскохозяйственные культуры.
Плюс такой технологии в том, что она имеет отрицательные выбросы. Растения через фотосинтез поглощают CO2, а когда их сжигают, они отдают углерод обратно, при этом происходит моментальное улавливание, и углерод не попадает в атмосферу. Таким образом растения поглощают углекислый газ, но затем обратно в атмосферу его не выделяют — так происходят отрицательные выбросы, то есть фактическое уменьшение углекислого газа в общем объеме.
Компенсация через инвестирование в углеродно-отрицательные проекты
Проектов по компенсации углекислого газа очень много. Это может быть как поддержка естественных природных процессов, так и помощь другим компаниям и некоммерческому сектору в сокращении выбросов парниковых газов.
К поддержке природного поглощения относится один из самых популярных способов компенсации — лесовосстановление. Но есть и другие менее известные — например, восстановление среды, где содержится «голубой углерод».
«Голубой углерод» — это углерод, который хранится в прибрежных или морских экосистемах. Мангровые заросли, болота и заросли водорослей по сути являются защитой от изменения климата, так как поглощают CO2 из атмосферы. Этот процесс происходит даже быстрее чем у лесов. Сегодня уже есть примеры того, как компании вкладывают деньги в восстановление мангровых лесов в Юго-Восточной Азии.
Другой способ — повышение продуктивности океана. В большинстве своем это пока лишь теоретические исследования. Одна из идей состоит в том, чтобы добавить питательное железо в те части океана, где его не хватает. Это должно вызвать ускоренное цветение микроскопических растений (фитопланктона), которые через фотосинтез улавливают углекислый газ.
Почему компенсация выбросов не решит проблему климата
Научно-консультативный совет европейских академий наук (EASAC) в 2018 году выпустил доклад, в котором говорится, что все известные технологии предлагают лишь ограниченный потенциал для удаления углекислого газа из атмосферы, то есть одними лишь компенсациями и прямым улавливанием мы не сможем достичь тех целей, которые ставит Парижское соглашение по климату. В отчете также говорится, что некоторые методы добиться углеродной нейтральности и вовсе могут нанести еще больший вред окружающей среде.
Пока технология по удалению углекислого газа нигде не применяется массово, поэтому сложно подсчитать экологический эффект от нее. Сам же метод требует большого количества энергетических и водных ресурсов, что может в будущем просто нивелировать положительный эффект от удаления CO2 и вызвать обратный результат. Более того, масштабное строительство сооружений для улавливания парниковых газов может негативно сказаться на земных и водных экосистемах.
Ученые пришли к общему мнению, что самый эффективный способ борьбы с изменением климата — прямое сокращение выбросов. «Основное внимание должно быть уделено смягчению последствий, сокращению выбросов парниковых газов. Это будет нелегко, но, несомненно, будет проще, чем применять углеродно-отрицательные технологии в значительных масштабах», — говорит профессор наук о Земле Оксфордского университета Гидеон Хендерсон.
По мнению Михаила Юлкина, гендиректора Центра экологических инвестиций и компании «КарбонЛаб», бизнес не должен ограничиваться только своими прямыми выбросами. «Если компания заявляет, что она углеродно-нейтральная только с точки зрения своих прямых выбросов (Scope 1), то это немного походит на гринвошинг. Углеродный след включает в себя все выбросы компании, связанные так или иначе с ее деятельностью: сырье, производство, поставка, использование, захоронение и переработка, то есть весь жизненный цикл продукта», — отмечает эксперт.
У российского нефтегазового сектора возникают сложности с пониманием того, что необходимо учитывать не только прямые выбросы от своего производства, но и косвенные, то есть те, которые образуются при использовании нефтепродуктов. По мнению Юлкина, подобные трудности есть и у автомобильной индустрии в России. Они готовы отчитываться за прямые выбросы, но в то же время перекладывают ответственность за автомобильные выхлопы на потребителей.
Что не так с посадками деревьев?
Лесовосстановление или облесение (выращивание леса там, где его никогда не было) для компаний самый понятный и простой в реализации способ компенсации углеродного следа. Но у этого метода есть свои недостатки.
Во-первых, лес очень долго растет. Чтобы дерево начало поглощать углекислый газ, должно пройти 15-20 лет, прежде чем оно вырастет из саженца во взрослое дерево. Во-вторых, деревья не так быстро поглощают CO2, то есть выполнить цели Парижского соглашения таким способом не получится. Средний показатель (сильно зависит от породы дерева) — около 4 т CO2 на 1 га леса в год. Например, рейс из Москвы в Сочи производит эмиссию углекислого газа в 13 т.
Отсюда вытекает другая проблема — необходимы огромные территории под посадки. Глава нефтегазового концерна Shell Бен ван Берден заявил о том, что нужно вырастить тропический лес размером с Бразилию, чтобы удержать потепление в пределах предписанных соглашением 1,5 °C, а это почти 6% от всей площади суши мира.
Самый важный вопрос состоит в том, можно ли считать высадки деревьев устойчивым лесоуправлением? «Чтобы деятельность считалась лесовосстановлением или облесением, участки должны быть переведены в лесной фонд, за ними должен быть контроль и учет. Компания должна нести полную ответственность за то, что происходит на территории. Если ты просто посадил деревья на пикнике, то это никакого отношения к поглощению углерода из атмосферы не имеет, это просто развлечение», — поясняет Юлкин из «КарбонЛаб».
Часто многие деревья просто не приживаются или умирают до того, как достигают зрелого возраста. В этом случае никакой компенсации выбросов не произойдет. Также необходимо понимать, что будет с деревом после его гибели, когда оно начнет выделять CO2 обратно. Если компания (или ответственный подрядчик) не следит и не контролирует свои посадки, а полагается на волю случая, то это скорее гринвошинг, а не компенсация.
Юлкин предлагает сначала проанализировать собственные технологии и понять, насколько они эффективны в устранении прямой эмиссии парниковых газов. Потом свести до минимума свои косвенные выбросы (Scope 3), а компенсировать лишь остаток. Вкладываться лучше в те проекты, которые гарантировано убирают источник парниковых газов, например, возобновляемая энергетика. «Лес — это не универсальный способ компенсировать выбросы, наоборот, один из самых сложных, хоть кажется самым доступным, но там много подводных камней» — говорит эксперт.
Как компании достигают углеродной нейтральности?
Глава ИТ-гиганта Google Сундар Пичаи осенью 2020 года сделал заявление о том, что уже в 2007 году компании удалось стать углеродно-нейтральной. Кроме того, она уже компенсировала все выбросы, произведенные ей за свою историю. Google также стал крупнейшим в мире покупателем возобновляемой энергии. В планах корпорации — к 2030 году полностью обеспечивать себя энергией из возобновляемых источников.
Что делает Google, чтобы быть углеродно-нейтральной компанией? Как и многие другие компании, она занимается посадками деревьев и спонсирует проекты, которые уменьшают количество углерода в атмосфере, например, очистка выбросов от свиноферм и мусорных свалок.
Другой ИТ-гигант Microsoft взял на себя обязательства удалить весь углерод, который он произвел с момента своего основания, то есть, с 1975 года. К 2030 году Microsoft планирует стать не просто нейтральной компанией, а углеродно-отрицательной, то есть удалять CO2 из атмосферы больше, чем производит.
К подобным заявлениям об углеродной нейтральности присоединилась и компания Apple. Она объявила, что будет инвестировать в развитие солнечной энергетики для собственного потребления и для малообеспеченных семей на Филиппинах, в восстановление мангровых лесов, разработку безуглеродного процесса плавки алюминия и другое.
О планах стать углеродно-нейтральной говорит одна из самых «грязных» индустрий — индустрия моды. Группа брендов Kering, куда входят Gucci, Saint Laurent, Balenciaga, Alexander McQueen и другие, заявила, что будет стремиться к углеродной нейтральности и к 2025 году сократит собственные выбросы парниковых газов в два раза. Дом Gucci уже объявил себя полностью углеродно-нейтральным брендом.
Углеродно-нейтральными стремятся стать не только компании, но и международные мероприятия. В стратегии ФИФА есть обязательный пункт о компенсации выбросов, которые непосредственно может контролировать футбольная федерация.
Впрочем, более 50% всей эмиссии парниковых газов от проведения мировых турниров приходится на международные перелеты болельщиков. Эти выбросы ФИФА компенсирует по остаточному принципу — на те деньги, которые заплатили пассажиры в виде добровольного экологического сбора. За ЧМ-2018, который прошел в России, ФИФА компенсировала более 243 тыс. т контролируемых выбросов и 16 тыс. т выбросов от перелетов.
На какие проекты пошли деньги? Хоть чемпионат проходил в России, но деньги распределяются по всему миру.
Следующий чемпионат мира по футболу, который пройдет в Катаре в 2022 году, по планам ФИФА должен стать углеродно-нейтральным, впервые в истории. Однако тут есть масса проблем — федерация может отвечать лишь за свои выбросы, но не за те, которые производят болельщики.
В идеальном сценарии компания, которая взяла курс на углеродную нейтральность, должна работать в двух направлениях. Приоритетное — сокращение своих выбросов при производстве и транспортировке продукта, а также переход на возобновляемые источники энергии, другое направление — инвестирование в углеродно-отрицательные проекты, чтобы компенсировать те выбросы, которые по каким-либо причинам убрать невозможно.
Подпишитесь на наш «Зеленый» канал в Telegram. Публикуем свежие исследования, эко-новости и советы, которые помогут жить, не вредя природе.
Водород: эпоха возрождения?
Климатические амбиции крупнейших экономик мира на пути к низкоуглеродной энергетике заставили их снова обратиться в сторону самого легкого и самого распространенного элемента на земле — водорода. По мнению международных экспертов, водород, который имеет двухсотлетнюю историю использования, именно по причине экологической чистоты наконец имеет шансы на успех.
«Хотя за последние 50 лет водород пережил несколько волн интереса, ни одна из них не привела к устойчивому росту инвестиций и более широкому внедрению в энергетических системах. Тем не менее, недавний акцент на декарбонизацию и расширение масштабов и ускоренный рост низкоуглеродных технологий, таких как возобновляемые источники энергии, вызвал новую волну интереса к свойствам и расширению цепочки поставок водорода», — пишет в своем обзоре Goldman Sachs (GS).
Водород содержит в 2,5 раза больше энергии на единицу массы по сравнению с природным газом и бензином, но его очень низкий вес подразумевает гораздо более низкую плотность энергии на единицу объема в его газообразной форме в условиях окружающей среды.
«Водород обладает рядом ценных свойств, два из которых делают его уникальным в эпоху изменения климата:
— отмечают эксперты GS.
Зеленый, серый, бурый и голубой водород
В настоящее время производится около 70 млн тонн водорода, но лишь менее 2% производится экологически чистым способом — путем электролиза воды, когда вода разлагается на свои составляющие — водород и кислород — после подачи электрического тока. Если электроэнергия производится с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ) — это «зеленый» водород, что является конечной целью экологически ответственных стран.
Однако, как водится, это наиболее дорогостоящий способ, и сейчас водород производится в основном из ископаемых источников энергии, в частности, из природного газа путем его риформинга — это «серый» водород (75%), поскольку нежелательным продуктом является СО2.
Остальной объем водорода производится путем газификации угля и называется «бурым» водородом.
По данным Международного энергетического агентства (МЭА), около 6% мирового производства газа и 2% угля используется для производства водорода, что приводит к существенным выбросам парниковых газов.
Аналитики Wood Mackenzie подсчитали, что в 2017 году на мировое производство водорода приходилось больше ежегодных выбросов CO2 и других парниковых газов, чем на всю Германию и мировую судоходную отрасль — 830 млн т в год.
На пути к «зеленому» водороду выделяется понятие «голубого» водорода: если при производстве «серого» или «бурого» будут улавливаться парниковые газы за счет систем CCS (carbon capture systems).
Где используется водород
С 1975 года спрос на водород увеличился более чем в три раза — с 18 до чуть более 70 млн т в год, из них около половины — 38 млн т — потребляется в нефтепереработке, около 32 млн т — в химической промышленности для производства аммиака, еще 4 млн т потребляют другие отрасли, в частности, при производстве метанола и стали, подсчитало МЭА.
Эксперты отмечают, что водород может «обезуглеродить» ряд секторов, где это представлялось сложным осуществить, включая перевозки на дальние расстояния, химическую промышленность, а также производство чугуна и стали.
Как пишет GS, ключевые характеристики водорода (малый вес и высокая энергия на единицу массы, короткое время дозаправки, нулевые прямые выбросы при использовании возобновляемых источников энергии) делают его привлекательным кандидатом в качестве транспортного топлива.
На сегодняшний день сжатый водород используется для автомобильного транспорта (включая легковые автомобили, а также автобусы, грузовики и поезда), при этом на легковые автомобили приходится подавляющее большинство используемых электромобилей на топливных элементах. Япония, США, ЕС и Южная Корея лидируют по уровню парка FCEV, но многие другие страны недавно также установили цели по внедрению водорода в транспортном секторе.
«Конкурентоспособность автомобилей на водородных топливных элементах зависит от стоимости топливных элементов и заправочных станций, в то время как для грузовых автомобилей приоритетной задачей является снижение стоимости доставки водорода»,
Количество FCEV в мире почти удвоилось до 25210 единиц в конце 2019 года, при этом было продано 12350 новых автомобилей — почти вдвое больше, чем в 2018 году. По состоянию на конец 2019 года во всем мире работало 470 водородных заправочных станций, что на 20% больше, чем в 2018 году.
Железнодорожная отрасль уже является лидером в европейском энергетическом переходе, генерируя только 0,1% общих выбросов парниковых газов, однако водородные поезда помогут дополнительно снизить выбросы и уровень шума. Первые коммерческие поезда были представлены в 2016 году компанией Alstom, а в 2018 году они введены в эксплуатацию в Германии. Хотя они все еще находятся на ранней стадии разработки и, по данным Alstom, их первоначальные затраты на 25% выше, экологический, технический и экономический профиль делает водородные поезда привлекательными для замены парка с дизельными двигателями, считают эксперты GS.
При использовании для бытового и промышленного отопления водород можно добавлять в существующие газопроводы с наибольшим потенциалом использования в многоквартирных и коммерческих зданиях, особенно в густонаселенных городах, в то время как более долгосрочные перспективы могут включать прямое использование водорода в водородных котлах или топливных элементах.
Добавление до 20% водорода в газораспределительную сеть требует минимальных или потенциально нулевых модификаций сетевой инфраструктуры или бытовых приборов конечного пользователя, отмечает МЭА.
Проект GRHYD во Франции, который начал подмешивать 6% водорода в сеть природного газа в 2018 году, уже достиг 20% в объемном выражении в 2019 году, демонстрируя техническую осуществимость этого подхода.
Закачка водорода в магистральные газопроводы является более сложной задачей из-за несовместимости материалов при высоких давлениях и более низкого допуска по концентрации водорода в смеси, которую могут принять промышленные пользователи. Однако в рамках некоторых пилотных экспериментов изучается возможность впрыска водорода в такие газопроводы, а проект, разработанный Snam в Италии, уже продемонстрировал возможность подмешивания водорода в объеме до 10%.
На промышленных предприятиях по переработке нефти, производству аммиака, метанола и стали «зеленый» или «голубой» водород может использоваться в качестве топлива (обеспечивая высокотемпературное тепло, требуемое на промышленных предприятиях) или как сырье, помогая сделать соответствующие производства экологически чистыми. Одним из ключевых промышленных применений чистого водорода, которое в последнее время привлекло внимание промышленности, является производство углеродистой стали с нулевым содержанием углерода. В настоящее время осуществляется ряд проектов по развитию этих процессов и продвижению к коммерциализации.
В производстве электроэнергии водород является одним из ведущих вариантов хранения возобновляемой энергии, а водород и аммиак можно использовать в газовых турбинах для повышения гибкости энергосистемы.
Аммиак можно также использовать на угольных электростанциях для сокращения выбросов.
Сколько стоит водородная экономика
Основной статьей затрат при производстве «серого» водорода является стоимость сырья — от 45% до 75% себестоимости, считает МЭА.
При этом, если добавить в схему использование уловителей СО2, затраты вырастают примерно на 50%:
Конечно же, доля сырья в себестоимости для стран, импортирующих газ, выше, чем в странах-производителях.
Согласно отраслевым исследованиям, использование технологий улавливания выбросов при производстве водорода может снизить их на 90%. В настоящее время по всему миру работает 20 крупных объектов CCS (в основном в США, Канаде и Норвегии) с общей мощностью, превышающей 35 млн тонн в год.
Наиболее широко применяемой и зрелой технологией является щелочной электролиз, характеризующийся относительно низкими капитальными затратами на электролизер (менее дорогие, поскольку обычно используется меньше драгоценных металлов по сравнению с другими технологиями электролиза, и с относительно высокой эффективностью, обычно варьирующейся от 55% до 70%).
Эксперты полагают, что «голубой» водород, вероятно, будет в ближайшей и среднесрочной перспективе основным проводником низкоуглеродной энергетики, пока «зеленый» водород не достигнет паритета затрат.
Аналитики МЭА отмечают, что в связи со снижением затрат на возобновляемую электроэнергию, в частности, солнечную энергию и энергию ветра, интерес к электролитическому водороду растет, и в последние годы было реализовано несколько демонстрационных проектов.
Если бы весь водород производился бы сейчас путем электролиза, это привело бы к потребности в электроэнергии в 3600 ТВт*ч, что превышает годовую выработку электроэнергии в Европейском Союзе, подсчитали аналитики агентства.
При снижении затрат на солнечную и ветровую генерацию строительство электролизеров в местах с отличными условиями для возобновляемых ресурсов может стать недорогим вариантом поставки водорода даже с учетом затрат на передачу и распределение при транспортировке водорода из удаленных мест, где используются возобновляемые источники энергии.
Согласно исследованию Wood Mackenzie, к 2040 году затраты на экологически чистый водород упадут на 64%. Так, считают эксперты, с учетом заявленных за последние десять месяцев проектов по «зеленому» водороду, объемы будут достаточно большими и достаточно стабильными, чтобы можно было масштабировать зарождающийся рынок.
«В среднем, к 2040 году затраты на производство зеленого водорода будут равны затратам на водород, вырабатываемый из ископаемого топлива. В некоторых странах, таких как Германия, это произойдет к 2030 году.
Учитывая масштаб, который мы наблюдали до сих пор, 2020-е годы, вероятно, станут десятилетием водорода»,
— отмечают аналитики WoodMac.
В то же время росту конкурентоспособности «зеленого» водорода будет способствовать и рост цен на ископаемые виды топлива. В то время как в 2020 году «серый» водород является самым дешевым водородом, за исключением Китая, Wood Mackenzie ожидает, что к 2040 году затраты на него вырастут на 82%, в основном, из-за роста цен на газ. В Саудовской Аравии и США «серый» водород по-прежнему будет самым дешевым водородом до 2040 года, считают они.
Стоимость «голубого» водорода к 2040 году вырастет, по мнению WoodMac, на 59%. «Успех „голубого“ водорода связан с успехом технологии CCS, которая страдает от высоких затрат и отмены проектов. Как и в случае с „серым“ водородом, прогнозируемый профиль затрат в значительной степени определяется ценами на природный газ», — считают они.
Решение за политиками
«Даже с учетом множества проблем, которые ждут зарождающийся рынок экологически чистого водорода, мы твердо уверены, что в ближайшее время возникнет какая-то форма низкоуглеродной водородной экономики. Учитывая степень четкой политики, корпоративной и социальной поддержки, которая процветала в 2020 году, зеленый водород будет успешно масштабироваться и обеспечивать значительное снижение производственных затрат», — уверены в WoodMac.
«В 2019 году водородные технологии продолжали развиваться, что вызвало большой интерес у политиков. Это был рекордный год для ввода в эксплуатацию электролизных мощностей, и на ближайшие годы было сделано несколько важных заявлений», — полагают аналитики МЭА.
В 2020 году производство низкоуглеродного водорода, как ожидается, составит около 0,46 млн т, уже анонсированы проекты, которые позволят к 2023 году производить 1,45 млн т, а к 2030 году стоит задачу увеличить производство до 7,92 млн т в год, отмечают в агентстве.
Европейский Союз летом текущего года заявил о намерении отказаться от использования ископаемых источников топлив к 2050 году и использовать декарбонизированные газы.
Европа является крупнейшим потребителем российских нефти и газа — основных источников пополнения российского бюджета.
Значит, России придется искать новые пути к своему традиционному партнеру.
«Газпром» уже пытается застолбить для себя нишу в производстве водорода, принимая участие в общественных дискуссиях, проведенных Европейской комиссией по проекту водородной стратегии. «Те предложения, которые мы высказали, — применение пиролиза метана для производства низкоуглеводного водорода — также включены в уже опубликованную стратегию ЕС. И водород, произведенный из природного газа, обладает как экономическими, так и экологическими преимуществами. То есть он может быть произведен без выбросов СО2», — сказал начальник отдела департамента 623 «Газпрома» Константин Романов.
По его словам, сейчас из природного газа в Европе производится более 8 млн тонн водорода в год, и на это используется более 30 млрд кубометров газа. Тогда как по планам ЕС предполагается производить лишь 1 млн тонн водорода с использованием электролиза воды.
«Мы ведем с европейскими партнерами дискуссии, переговоры о реализации пилотных водородных проектов в Европе, в том числе стратегия позволяет использовать и грантовую систему, механизмы грантов Еврокомиссии для развития пиролиза. Мы считаем, что природный газ по-прежнему останется важным источником для водорода и в целом для ЕС», — заключил Романов.
Светлана Кристалинская