Аналитичнен доклад „Водородната електромобилност в България – реализуемата мечта“

проф. Дария Владикова, гл. ас. Благой Бурдин и доц. Гергана Райкова от Института по електрохимия и енергийни системи „Акад. Евгени Будевски“ (Българска академия на науките)

Пътят към Водородната икономика

Ако трябва с няколко думи да охарактеризираме 20. век, бихме го нарекли векът на големите технологични открития. Разбира се, без научната и икономическа подготовка на 19. и първата половина на 20. век техническата революция би била невъзможна, но качественият, илюстративен скок бе регистриран през втората половина на века с излизането на човека в космоса, стъпването на луната, създаването на полупроводниковите технологии, превръщането на нефта в суровина за редица индустрии, създаването на полимерите, дигитализирането на живота ни. Научната фантастика постепенно започна да се превръща в реалност. Гордеехме се, че „още един комин запуши“, което бе синоним на индустриален растеж. За жалост, заслепено от техническите предизвикателства и изкушения, забързано към нови технологични хоризонти, човечеството забрави, че живее на планетата Земя, където всеки дисбаланс води до екологична катастрофа със сериозни поражения.

И така, в разгара на икономическия бум, учените чуха обезпокоителния сигнал на нашата планета. През 80-те години на 20-ти век започна да се говори за „озоновата дупка“, за емисиите от въглероден диоксид.  Какво показват научните анализи: през 50-те години на 20. век концентрацията на СО2 достига най-високото флуктуационно ниво, след което вместо спад, започва едно бързо нарастване (Фиг. 1).

Фиг. 1. Флуктуационна амплитуда за СО2 през последните 400 000 години

Вредите от климатичните промени са огромни.  Обнадеждаващото е, че бързо е намерена формулата на лекарството: „Преход от въглеродна към водородна икономика“. Неговото „производство“ обаче не може да започне бързо, защото преструктурирането на глобалната икономика чрез тотална промяна на енергетиката – гръбнакът на всяка икономика, е сложен технологичен и социален процес. Въвеждането на водородната икономика е свързано с разработването на нови технологии, финансово неконкурентни спрямо съществуващите. Те изискват допълнителни инвестиции, което е в противоречие с пазарните механизми. И тука идва ролята на институциите, на политиките, на стимулите, на образоваността и далновидността на хората, които трябва да проявят загриженост за бъдещето. Обществената система е силно инерциална, задвижването ù в дадена посока е бавно, но веднъж задвижена, тя работи с голямо ускорение. Днес навлизаме вече в тази фаза, когато количествените натрупвания дават качествен резултат и може да сме горди като европейци, че старият континент е лидер в глобалната политика на декарбонизация.

Преходът към водородна икономика официално стартира през 2004 г. с откриването на Европейската технологична платформа по Водород и горивни клетки от тогавашния председател на Европейската комисия (ЕК) Романо Проди. Той очерта пътя, който Европа трябва да следва, за да въведе водородната икономика:

„За да превърнем визията (водородна икономика) в реалност, Европа се нуждае от повече изследвания, мащабни демонстрационни и внедрителски проекти и обединени усилия за регулации и стандарти, подходящи за бъдещето развитие на водородната икономика. Тези усилия могат да бъдат успешни САМО ако националните и европейските ресурси – публични и частни, се обединят по един координиран начин.

Романо Проди“.

През 2008 г. бе структуриран първият Стратегически план за енергийни технологии на Европа (SET план). През същата година бе създадено Съвместно предприятие „Горивни клетки и водород“ (СП ГКВ) като публично-частна инициатива между Европейската комисия, европейската индустрия и европейската наука с цел ускорено комерсиализиране на водородните технологии. От 2014 г. БАН е член на Предприятието. За реализирането на ускорен преход към чиста и ефективна енергийна система през 2016 г. бе разработен енергийният пакет „Чиста енергия за всички европейци“, който започна въвеждането на конкретни мерки и инструменти за обвързването на всяка държава членка, в т.ч. и България, със своя собствена Рамкова програма, базирана на предложените мерки. В основата му залегна ефективното използване на енергия от възобновяеми източници в промишлеността, транспорта и бита. То прерасна в най-амбициозната европейска програма за постигане на неутрална по отношение на климата европейска икономика до 2050 г. с новите политически инициативи на Европейската зелена сделка. Тя бе открита през януари 2020 г. и дефинирана като ключов фактор за постигането на целите на Парижкото споразумение за ограничаване на глобалното затопляне до по-малко от 2 градуса по Целзий до 2050 г. в сравнение с периода преди индустриализацията.

Световната пандемия КОВИД 19 от март 2020 г. и последвалите икономически проблеми и несигурност показаха, че Европейската икономика трябва да заложи на модерните иновативни технологии, за да направи технологичния скок, който ще осигури по-нататъшен ефективен и икономически целесъобразен преход към водородна икономика.

„Европейската сделка ще бъде равностойна на стъпването на човек на Луната, защото Европа ще стане първият климатично неутрален континент.

Урсула фон дер Лайен“

На 8 юли 2020 г. Европейският съюз прие документа “Стратегия за използването на водорода за неутрална по отношение на климата Европа“,  в който водородът се определя като “ключов приоритет за реализиране на Зелената сделка и прехода към чиста енергия“. Предстои мащабното му внедряване за постигане на амбициозните цели за климата – намаляване на емисиите на парникови газове с 55% до 2030 г., което означава, че делът на водорода в енергийния микс на Европа ще нарасне от сегашните под 2% на 13-14% до 2040 г. Прогнозното производство през 2030 г. е 2 х 40 GW. Европейските държави разработват своите водородни стратегии. Първа беше обявена тази на Германия, чийто капацитет за производство на водород до 2030 г. е 14 TWh при калкулирани нужди 90-110 TWh, т.е. Германия се готви да внася водород. Последваха водородните стратегии на Франция, Австрия, Испания, Португалия. Част от тези страни се готвят да изнасят водород, който ще излезе на свободния пазар.

Очевидно моментът е назрял. За 10 години бе постигнат голям напредък – много от водородните технологии достигнаха комерсиално ниво на технологична зрялост, т.е. те излизат на пазара, но все още не могат да бъдат конкурентоспособни на съществуващите енергийни технологии, които са развивани през последните 100 години и са утвърдени с традиционна широко разпространена инфраструктура. Нужни са още усилия, нужна е и финансова подкрепа, за което бяха създадени финансовите инструменти на Европейския план за възстановяване и устойчивост.

Защо водород и водородна икономика?

Кое определя водещата роля на водорода за изпълнение на поставените от Зелената сделка параметри, които трябва да бъдат постигнати, за да имаме през 2050 г. неутрална по отношение на климатичните промени икономика?

Ефективното мащабно използване на възобновяема енергия е една от основните задачи пред учени и политици през 21. век. Науката и индустрията овладяха нейното производство. Изследванията и иновациите продължават, но технологиите вече са на пазара, дори без нужда от допълнително субсидиране на новите работещи мощности.

Вторият проблем е съхранението на възобновяемата енергия, което гарантира ефективното ù използване.

И тук на помощ идва водородът.

Може би и Жул Верн помогна с предсказанието си (знаем, че неговите предсказания се сбъдват):

„Вярвам, че един ден ВОДАТА ще бъде използвана като гориво, че ВОДОРОДЪТ и КИСЛОРОДЪТ, които я съставят, използвани заедно или поотделно, ще предоставят неизчерпаем източник на топлина и светлина с интензивност, на която въглищата изобщо не са способни. ВОДАТА ЩЕ БЪДЕ ГОРИВОТО НА БЪДЕЩЕТО.

Тайнственият остров, 1874 г.“

Водородът не е единственият подход към декарбонизация, но той осигурява възможността за мащабна интеграция на възобновяемите източници, от което в момента се нуждаем. Затова 21. век бе обявен за век на водородна икономика, защото преобразуването и съхранението на енергия като възобновяем газ осигурява лесното ù преразпределение между секторите и регионите, т.е. осигурява условия за декарбонизация на сегменти в енергетиката, транспорта, сградния фонд и промишлеността и същевременно служи като буфер за възобновяеми енергийни източници. Едно водещо предимство е, че мащабността на въвеждането му не представлява проблем.

И така, водородът – най-лекият и най-разпространен елемент във Вселената, може да се използва на планетата Земя като склад на възобновяемата енергия, което ще направи нашата икономика чиста, кръгова и секторно интегрирана чрез развитието на водородните технологии. Сега е моментът за решаващата първа голяма стъпка на прехода към водородната икономика (той ще продължи и след 2050 г.), защото през 2004 г., когато бе открита Европейската  платформа по водород и горивни клетки, водородните технологии бяха мечта и цел, докато днес, само 16 години по-късно, те са реалност, която вече излиза като пазарен продукт.

Фиг. 2. Схематично представяне на производството на водород от възобновяема енергия чрез електролиза

Водородът може да се получи чрез електролиза, т.е. чрез разлагане на водата при използване на възобновяема енергия (Фиг. 2) и да се конвертира обратно в енергия и топлина, когато и където е необходимо (в индустрията, бита, транспорта) с помощта на електрохимични устройства – горивни клетки (Фиг. 3). При тази конверсия отпадният продукт отново е вода, т.е. енергийният цикъл е „от вода до вода“. Той следва нормалния  цикъл на „кръговрата на водата“, без да го нарушава, тъй като обратно в природата се връща дестилирана вода – както при дъжда. В момента редица икономически напреднали държави от Северозападна Европа могат да се похвалят и с най-голямо производство и потребление на енергия, базирана на водорода. В транспортния сектор водородните технологии вече навлизат в комерсиален стадий.

Фиг. 3. Схематично представяне на регенерацията на енергията съхранена във водород и зоните на приложение