По мере развития водородной энергетики мир может столкнуться с проблемой, хорошо знакомой нефтяному рынку со времен кризисов 1970-х годов – зависимостью от ограниченного круга поставщиков критически важного сырья. К такому выводу пришли ученые из Университета Бордо во Франции и Киотского университета в Японии.
Сегодня более 99% мирового водорода производится из природного газа, угля и нефтепродуктов. Однако большинство национальных водородных стратегий предполагает постепенный переход к электролизу воды с использованием электроэнергии от солнечных и ветровых электростанций. Для этого требуются электролизеры, а значит – никель, кобальт, платина, редкоземельные элементы, ниобий и другие металлы, добыча и переработка которых зачастую сосредоточены в небольшом числе стран.
Исследователи проанализировали риски поставок сырья для пяти основных типов электролизеров: щелочных (AWE), с протонно-обменной мембраной (PEM), твердооксидных (SOEC), анионообменных (AEM) и протонно-керамических (PCCEL). Анализ проводился применительно к пяти крупным участникам формирующейся водородной экономики – Австралии, Китаю, Европейскому союзу, Японии и США.
Для оценки использовался специальный индекс, учитывающий степень концентрации добычи того или иного сырья и политическую стабильность стран-поставщиков. Индекс был рассчитан по шкале от 0 до 1, где ноль означает отсутствие угроз для поставок, а единица – максимально высокий риск.
В результате выяснилось, что для многих металлов вероятность перебоев в поставках значительно выше, чем для традиционных энергоносителей. Если для нефти, природного газа и энергетического угля значение индекса обычно не превышает 0,15, то для некоторых металлов оно достигает 0,5 и более.
Наиболее проблемным сырьем оказались ниобий, кобальт, платина и редкоземельные элементы. Более 80% мирового производства ниобия сосредоточено в Бразилии, свыше 70% кобальта добывается в Демократической Республике Конго, около 70% платины производится в Южной Африке, а Китай контролирует большую часть мировых мощностей по переработке редкоземельных элементов.
Потребность в критически важных металлах зависит от конструкции электролизера. Щелочные установки, на которые сегодня приходится основная часть рынка, используют преимущественно никель и железо. В свою очередь PEM-электролизеры требуют платины и иридия, а SOEC-системы – редкоземельных элементов, кобальта и ниобия. Чем сложнее и технологичнее установка, тем чаще в ней используются материалы, производство которых сосредоточено в ограниченном числе стран.
Различия между странами во многом определяются наличием собственных ресурсов. Поэтому наиболее устойчивое положение занимает Австралия, обладающая значительными запасами многих металлов, необходимых для производства электролизеров. Китай компенсирует дефицит отдельных ресурсов развитой переработкой сырья. Европейский союз вынужден делать ставку на диверсификацию импорта. Япония же практически полностью зависит от зарубежных поставок и поэтому оказалась наиболее уязвимой среди всех участников исследования.
По мнению авторов исследования, нынешняя ситуация во многом напоминает положение на мировом нефтяном рынке после энергетических кризисов 1970-х годов.
Тогда многие страны стремились снизить зависимость от ограниченного круга поставщиков нефти. Со временем эти риски удалось существенно уменьшить благодаря диверсификации импорта, развитию собственной добычи, созданию стратегических резервов и расширению международного сотрудничества. Водородной отрасли предстоит пройти схожий путь, полагают ученые.
В целом исследование показывает, что переход к низкоуглеродной энергетике не устраняет проблему зависимости от сырья, а лишь меняет ее характер. Если в XX веке устойчивость энергетических систем определялась доступностью нефти, газа и угля, то в XXI веке все большую роль будут играть металлы, необходимые для производства электролизеров и другой инфраструктуры ВИЭ.
