Водородное отопление признали тупиком

В журнале Joule вышел обзор 32 научных работ, посвященных возможности перевода отопления на водород, которую в ряде западных стран считают ключевым компонентом зеленого перехода. Исследование — впервые для этой области — не включило в свое рассмотрение работы, профинансированные теми или иными компаниями, финансово заинтересованными в массовом переходе на водород. В итоге автор обзора Ян Рознау (Jan Rosenow) пришел к довольно интересным выводам.

Как он отмечает, практически каждая независимая (в смысле источников финансирования) работа в этой области указывает, что водородное отопление дороже не только уже существующих котельных, но и таких, казалось бы, более дорогих путей решения проблемы отопления, как тепловые насосы (инверторные кондиционеры, работающие на отопление) и солярно-термальное отопление (при нем солнечные лучи нагревают теплоноситель на крыше домов, а тот уже греет воду отопительного контура). Этот вывод уже трудно назвать ожидаемым, поскольку в норме последние два метода отопления в пару раз дороже, чем котельные.

Вопрос о получении тепла — ключевое препятствие на пути перехода к углероднейтральной экономике. Дело не только в том, что на получение тепла человечество тратит в два с половиной раза больше энергии, чем на получение электричества. Не менее важно и то, что нужда в тепле зимой многократно выше, чем летом, даже с учетом того, что промышленность, потребляющая чуть больше половины тепла, почти не снижает его потребление и летом. В итоге та же Британия зимой потребляет вчетверо больше энергии в единицу времени, чем в теплые месяцы.

Решить этот вопрос без сжигания топлива сложно. В теории можно топить тепловыми насосами, питающимися электричеством. Но в этом случае зимнее потребление электричества будет выше летнего в два-три раза (в случае обычной, а не суровой зимы). Электроэнергетика, которая летом работает на треть мощности, будет долго простаивать невостребованной, что резко повысит цены на вырабатываемое ею электричество. Многим хотелось бы обойтись без таких последствий.

Схема использования водорода, полученного от СЭС и ВЭС, для отопления домов имеет существенные недостатки, исключающие ее широкое применение

«Для политиков, принимающих решения, водород для отопления видится привлекательным. Кажется, что легко просто заменить метан на водород, отчего для домохозяйств ничего не изменится. Но в реальности потребуются существенные технические изменения — включая трубы в домах, и все это будет стоить людям немало денег», — отметил Ян Рознау.

Кроме того, добавляет автор, сегодня почти весь водород получают из ископаемых топлив, что делает его не углероднейтральным. Получение водорода из «зеленого» электричества (от ВЭС и СЭС) пока кратно дороже, чем из метана. Критической проблемой тут остается малая энергоэффективность: электролиз имеет КПД всего 80%, типичный газовый котел — 85%, отчего итоговый КПД водородного отопления не выше 70%.

Тепловые насосы, питающиеся от электричества, хотя теряют 5-10% энергии на сопротивление в ЛЭП, обычно получают три-четыре киловатт-часа тепла на один киловатт-час электроэнергии (разница гасится за счет поглощения тепла из наружного зимнего воздуха). То есть их итоговые затраты электричества — пока температура выше нуля — в три и более раза ниже, чем у водородного отопления.

Рознау не выступает против водорода в целом. Он отмечает, что тот может быть полезен для «обезуглероживания» промышленности. Та потребляет несколько больше тепла, чем жилые и коммерческие здания, причем в основном это тепло высокопотенциальное, с температурами во многие сотни градусов. Никакие тепловые насосы не могут дать такого, и тут альтернативы зеленому водороду нет (по крайней мере, в рамках принятых на Западе подходов, фактически, конечно, они есть, но для западных стран сегодня недоступны). Но вот в секторе домохозяйств, подчеркивает он, этот газ не только повысит их издержки, но и заставит увеличить трату природных ресурсов, подняв общее энергопотребление.

Хотя Рознау корректно изложил ряд проблем водорода (случайным образом совпав с частью тезисов вот этого материала Naked Science), он не остановился на недостатках тепловых насосов, делающих и их успех в качестве заместителя природного газа довольно сомнительным. Дело в том, что при минус пяти градусах и ниже на один киловатт-час электроэнергии тепловой насос дает примерно один киловатт-час тепловой энергии: охлаждать уличный воздух для нагрева помещения при такой температуре становится довольно трудно.

Поэтому на практике пиковое зимнее энергопотребление в стране, целиком перешедшей на тепловые насосы, в наиболее морозные зимние дни будет в четыре-пять раз выше, чем летом. То есть подобное отопление будет вынуждено опираться на огромные мощности электростанций — кратно больше существующих, — которые будут простаивать почти весь год, включаясь лишь в самые морозные дни. Очевидно, что стоимость подобного решения для общества будет большой. Поэтому ранее другие авторы не раз отмечали: переход на тепловые насосы также резко повысит стоимость отопления.

Между тем цена отопления — и так довольно больное место для целого ряда современных обществ. Например, в Великобритании еще до ценового шока 2022 года в результате холодов умирают 60,5 тысячи человек в год, примерно 0,1% всего населения ежегодно. Достоверно установлено, что в помещении, где хуже топят, среднее кровяное давление у человека растет. Причем оно больше связано с зимней температурой внутри помещения, чем на улице.

В итоге систематического роста такого давления повышается вероятность смерти от сердечно-сосудистых заболеваний, которые и выступают главным фактором холодовой смертности. Кратный рост стоимости отопления неизбежно приведет к снижению температур в домах жителей западных стран со всеми вытекающими отсюда последствиями.