Материал Эдварда Стерка, директора отдела исследований во Всемирном платиновом инвестиционном совете.
Водородная экономика набирает обороты. К 2035 году ожидается рост объема электролиза водорода в 30 раз - до 500 гигаватт. Существует не так много традиционных сырьевых товаров, которые могут похвастаться значительным увеличением роста спроса за счет появления нового сегмента конечного использования. Именно так обстоят дела с платиной ввиду ее значимости для водородной экономики. Снижение выбросов углекислого газа является насущной необходимостью, поэтому технологии протонно-обменных мембран (ПОМ) на основе платины сыграют важную роль в переходе к новой, экологически чистой энергетике. Несмотря на то, что спрос на платину в водородной отрасли в настоящее время относительно невелик, ожидается его существенный рост до конца текущего десятилетия и в последующие годы, а к 2040 году он достигнет 35% от совокупного годового спроса на платину.
В связи с этим необходимо говорить об стратегическом и экономическом значении платины: США, Великобритания, Европейский союз и Китай указывают на ее критически важный статус, а законодательные инициативы, в том числе Закон США о снижении инфляции, способствуют дальнейшему росту спроса на платину в рамках ПОМ-технологий за счет ускорения роста производства инфраструктуры для создания экологически чистого водорода и внедрения электромобилей на топливных элементах (ЭМТЭ). Потребность в энергетической независимости также стимулирует инвестиции в водород, что благоприятно отразится на платине. В частности, государственные программы стимулирования увеличились с 50 млрд долларов США в 2021 году до почти 300 млрд долларов США к настоящему моменту, что свидетельствует о важности «зеленого» водорода.
Платина и ПОМ
Платина необходима для применения в ПОМ ввиду ее уникальных химических и физических свойств. Технология ПОМ используется как в производстве водорода с помощью электролизеров, так и в топливных элементах, которые питают ЭМТЭ, а также обеспечивает энергией стационарные установки.
Водород — это самый распространенный элемент во Вселенной - и он уже используется в качестве источника топлива в промышленности. Поскольку в нем нет углерода, он не производит никаких выбросов, а только воду. Однако его статус как действительно экологически чистого источника топлива зависит от способа его получения. Электрический ток используется для разделения воды на составляющие элементы - водород и кислород - для производства водорода методом электролиза. Если электрический ток вырабатывается из возобновляемых источников - например, солнечных фотоэлектрических панелей или ветряных турбин, - то получается так называемый «зеленый» водород, энергоноситель, который может использоваться в широком спектре областей для замены ископаемого топлива. Например, «зеленый» водород можно использовать в качестве сырья для производства удобрений вместо природного газа, а также в качестве топлива для водородных ЭМТЭ.
Платина в сочетании с иридием используется в качестве катализатора в электролизерах ПОМ - одной из двух ведущих технологий электролиза, представленных на рынке. ПОМ-электролиз был разработан в 1960-х гг., но в промышленных масштабах стал применяться относительно недавно. Он имеет преимущества перед другими электролизерами: компактность и способность работать в условиях непостоянной подачи электротока от ветра или солнца.
Топливный элемент ПОМ работает посредством объединения водорода и кислорода для выработки электроэнергии, при этом единственными побочными продуктами являются тепло и вода. Молекулы водорода и кислорода вступают в реакцию и соединяются с помощью ПОМ, который покрыт платиновым катализатором.
Платина особенно хорошо подходит в качестве катализатора для топливных элементов, поскольку позволяет реакциям водорода и кислорода протекать с оптимальной скоростью и при этом достаточно стабильно, чтобы выдерживать сложную химическую среду внутри топливного элемента, а также высокую плотность электрического тока, эффективно функционируя в течение длительного времени.
Топливные элементы обладают многими характеристиками аккумулятора: бесшумная работа, отсутствие движущихся частей и электрохимическая реакция для выработки энергии. Однако, в отличие от аккумулятора, топливные элементы ПОМ не требуют подзарядки и работают неограниченно долго при наличии водорода. Топливный элемент может иметь батарею в качестве буфера для хранения вырабатываемой электроэнергии.
Один топливный элемент производит всего несколько ватт энергии; несколько топливных элементов можно сложить вместе, чтобы получился блок топливных элементов. Мощность топливных элементов может сильно различаться при объединении в блоки: от нескольких киловатт до многомегаваттных установок. Блоки топливных элементов, в которых не используется технология ПОМ на основе платины, должны быть гораздо больше для достижения аналогичной мощности. Это делает платину важным фактором эффективности мобильных приложений для конечных пользователей, а ее использование гарантирует, что топливные элементы достаточно компактны для использования в ЭМТЭ.
Платина – критически важный сырьевой товар
Исследования Всемирного платинового инвестиционного совета показывают, что с учетом прогнозируемого развития ПОМ-электролизеров роль платины в достижении глобальных целей снижения выбросов углекислого газа может быть весьма значительной. Фактически, технология ПОМ на основе платины может обеспечить сокращение выбросов углекислого газа до 11% от общемировых показателей к 2030 году, в соответствии с Парижским соглашением, если, конечно, все запланированные в настоящее время водородные проекты будут реализованы.
Все чаще можно услышать, что наличие гарантированной доли в цепочках создания стоимости экологически безопасных энергетических технологий, таких как производство «зеленого» водорода, может способствовать повышению экономической конкурентоспособности, энергетической независимости и национальной безопасности страны.
Например, США определяют критически важные полезные ископаемые как «нетопливные полезные ископаемые, цепочка поставок которых может быть нарушена и которые выполняют важную функцию при производстве продукции, отсутствие которой может иметь значительные последствия для экономической или национальной безопасности США». В список важнейших минералов включены металлы платиновой группы (МПГ) - платина, палладий, иридий, родий и рутений - как отдельные элементы, что отражает важность МПГ в качестве сырья для технологий, поддерживающих переход к экологически чистой энергетике.
В Плане действий Европейской комиссии по важнейшим сырьевым материалам на 2020 год говорится о создании безопасных, устойчивых, диверсифицированных и стабильных цепочек поставок, способствующих переходу к «зеленой» и цифровой экономике. План включает в себя список из 30 критически важных сырьевых материалов, отнесенных к таковым на основе экономической важности и предполагаемого риска в области поставок, в который входят те же МПГ, что и в список США, с указанием на их использование в качестве химических и автомобильных катализаторов, а также в электронных приложениях и топливных элементах.
В Китае платина признана стратегически важным металлом, поскольку она используется в автомобильной отрасли и промышленности, а также в технологиях ПОМ. Это объясняется, в частности, отсутствием собственного производства платины в Китае. Наряду с литием, никелем и кобальтом, платина отдельно упоминается в Плане развития промышленности новых энергетических транспортных средств (2021-2035 гг.) от Госсовета Китая, который призывает китайские компании повышать свой потенциал по обеспечению долгосрочных поставок этих редких и востребованных металлов.
Законодательные инициативы
Закон США о снижении инфляции 2022 года еще больше укрепил стратегическое значение водородных технологий и, соответственно, платины. В течение 10 лет в энергетические и климатические программы планируется вложить 369 млрд долларов США, в том числе значительные средства поступят для стимулирования производства экологически чистых источников энергии и электромобилей.
Вслед за Законом США о снижении инфляции в начале этого года в США была обнародована Национальная стратегия по экологически чистому водороду, целью которой является создание мощностей по производству электролизеров в несколько гигаватт.
В то же время Закон США об инфраструктурных инвестициях и рабочих местах, принятый 15 ноября 2021 года, содержит целый ряд инициатив по развитию новых рынков экологически чистого водорода, включая финансирование программы электролиза чистого водорода в размере 1 млрд долларов США, направленной на повышение эффективности и рентабельности технологий электролиза путем поддержки всей инновационной цепочки - от исследований, разработок и экспериментальных установок до коммерциализации и внедрения - с тем, чтобы к 2026 году получить чистый водород из электролиза по цене 2 доллара США за килограмм. В этом законе также предусматривается финансирование в размере 8 млрд долларов США в контексте создания региональных центров производства чистого водорода.
Энергетическая независимость Европы
Мировые цены на энергоносители, которые и без того росли из-за высокого спроса, вызванного постпандемическим восстановлением экономики, в прошлом году достигли рекордных высот - и остаются довольно волатильным после недавних геополитических событий. Теперь страны ищут пути достижения энергетической независимости.
В Европе в рамках проекта «REPowerEU: Совместные меры европейских стран по обеспечению более доступной, безопасной и устойчивой энергетики», говорится о том, что еще никогда не было столь сильных и понятных аргументов в пользу быстрого перехода на чистую энергию в рамках европейского «зеленого курса».
Среди прочих мер проект «REPowerEU» призывает к созданию «Водородного ускорителя» для развития интегрированной инфраструктуры, хранилищ и портовых мощностей. По оценкам экспертов, при правильном инвестировании «зеленый» водород может заменить от 25 до 50 млрд куб. м в год импортируемого российского газа к 2030 году. Это потребует удвоения производства «зеленого» водорода с 5 млн тонн, уже запланированного на 2030 год в рамках европейской программы «Зеленый курс», в результате чего новая цель достигнет 10 млн тонн. Ожидается, что оставшаяся часть будет получена за счет импорта «зеленого» водорода.
Очевидно, что для реализации планов проекта «REPowerEU» по производству «зеленого» водорода необходимо увеличить мощность электролизеров, поэтому ЕС планирует установить около 80 гигаватт электролизеров к 2030 году, по сравнению с докризисным планом в 40 гигаватт. Электролизерные мощности, необходимые для реализации целей проекта «REPowerEU», могут привести к значительному дополнительному росту спроса на платину.
ПОМ-технологии и спрос на платину
ПОМ-электролизеры являются ключевой технологией для производства экологически чистого водорода, однако для топливных элементов требуется больше платины, поэтому ожидается, что спрос на платину в водородной отрасли будет значительно выше. Ожидается, что на рынки электролиза и топливных элементов к 2030 году будет приходиться до 20% совокупного спроса на платину, а к 2040 году этот показатель достигнет 35% от совокупного годового спроса.
В связи с ростом спроса на платину, обусловленного потребностью в водороде, на протяжении десятилетия этот драгметалл, вероятно, будет все чаще рассматриваться в качестве косвенного инвестирования в «зеленый» водород, учитывая, что сам «зеленый» водород не является непосредственно инвестиционным активом.
