Обещай мне не видеть во сне, как горит водород

Статья, вероятно, будет полезна для фантастов, т.к. водородная энергетика - весьма популярная тема. Особенно в контексте ISRU. Вода есть на большинстве тел Солнечной Системы, водород прекрасно горит в ракетных двигателях. А заодно является экологически чистым топливом, ведь так. Ведь так?

Шок контент. 75% водорода в мире получено паровой конверсией из метана. Остальные 25% - ей же из угля. Все остальное составляет смешные доли процента. Почему так?

Потому что себестоимость килограмма водорода в зависимости от метода получения:

- $1,5-$3 из природного газа;

- $2-$2,5 из угля;

- $5-$10 через электролиз.

Вот рыночек и порешал. При годовом производстве 75 млн тонн водорода в атмосферу поступает ~830 млн тонн CO2. И мы переводим транспорт на СПГ, т.к. для экологии монопенисуально, а вот его хранение и транспортировка гораздо проще. Если от сожжения метана в водородном реакторе или сразу двигателе вашего автомобиля для планеты разницы никакой, зачем платить больше? Где-то на яхте в Атлантике грустит одна Грета.

Но почему так дорого?

Цена на электроэнергию для российской промышленности в 2020 году находилась на уровне $0,073 за кВт*ч при подключении к региональным распределительным сетям, этот показатель в США составил $0,067. В Германии она гораздо выше - примерно 0,16 евро.

- для дистилляции литра воды требуется 2,58 мегаджоулей энергии, что в среднем составляет 0,717 кВт*ч.  За тонну воды это будет 45 долларов по американским тарифам (или 114,72 евро по немецким, отсюда и разброс). Стоимость очистки воды для производства тонны водорода составит 810 долларов (2065 евро).

- собственно электролиз воды, в зависимости от метода, от 3 для ВТЭ до 5.5 для ВЩЭ кВт*ч на кубометр (водорода, как я понял). В промышленных масштабах у нас будет ВТЭ, который сам по себе требует сложного оборудования, но с большими объемами это окупается. В тонне 11 тысяч кубометров, итого 2211 долларов на тонну (4620 евро).

Итого, примерно 3 килобакса на энергию в США (6.5 килоевро = 7.3 килобакса в Германии). Вероятно, это и создает такой драматический разброс цены.

Для нас сейчас важно, что 40% цены электролиза воды не зависит от местного электричества и является ценой оборудования. Кстати, эти 40% уже больше, чем вся цена водорода, полученного из метана, т.е., на Земле технология заведомо бесперспективна, пока не "закончится нефть". Как я писал в БПвБИ:

Далекие от логистики люди считают, что система безракетного старта обеспечивает вывод грузов на орбиту по цене электричества. В действительности узким местом остается цена запчастей, добыть которые на задворках космоса сложно.

Но нельзя ли сэкономить на электричестве?

Начнем с того, откуда в Германии такое дорогое электричество.

Из возобновляемых источников конечно же. Для сравнения:

Короче, получается как в баянистой карикатуре:

Разумеется, если вы получаете водород электролизом, но используете для этого энергию с ТЭС, экологии все еще монопенисуально.

Я поискал более подробные расчеты для цены электричества от солнечных батарей.

стоимость электроэнергии от домашней солнечной сетевой установки составляет примерно 0,13-0,14 $/кВт*ч. Это при условии, что установка работает безаварийно в течении 20 лет. 

  Учитывая потребности в обслуживании такой системы, в регламентных и ремонтных работах, стоимость энергии от нее за 20 лет эксплуатации составит порядка 0,75$/кВт*ч.

Это в Киеве.

Для Германии насчитали за кВт*ч

Всего: 0,43 евро.

вместе с аккумами и инверторами. По ссылке довольно подробный расчет.

И это ответ. При полном переходе на возобновляемую энергетику цена еще в несколько раз вырастет. Действительно экологически чистый водород даже не 10 килобаксов за тонну стоит, а... получается, примерно 17.

В 25 раз дороже бензина. Расходимся, здесь не на что смотреть.

Короткое отступление про ISRU

Даже если цена электричества(тм) снизится в 6 раз за счет вывода КИУМ в единицу, мы всего лишь поравнялись с тем тарифом, при котором электролиз водорода стоит 5-10 килобаксов на тонну. При этом, остался за скобками рост расходов на техобслуживание при условии, что система находится в вакууме и "вверх по реке" от места производства запчастей. И сколько FH нужно потратить, чтобы доставить электростанцию на Луну раз в 25 лет, - тоже за скобками.

Кажется, желание некоторых людей продавать лунное железо не прошло через физический предел цены топлива.