Globalna prognoza dla zielonego wodoru

Na całym świecie rośnie zrozumienie transformacji energetycznej jako niezbędnego warunku wzrostu i zrównoważonego rozwoju. Podczas gdy przywódcy na całym świecie dążą do zmiany łańcuchów dostaw i gospodarek w kierunku zerowej emisji netto, trwa debata na temat tempa i skali zmian w poszczególnych państwach oraz branżach. Niewiele osób kwestionuje fakt, że dostosowanie gospodarek do celów określonych w porozumieniu paryskim wymaga zastąpienia starszych technologii produkcyjnych, wykorzystujących paliwa kopalne, bezemisyjnymi źródłami energii. Produkcja wodoru opiera się obecnie głównie na reformingu gazu ziemnego i zgazowaniu węgla, które są wysoce emisyjne (ponad 1 Gt rocznej emisji CO2). Prawdziwym przełomem będzie więc produkcja czystego wodoru, co umożliwi dekarbonizację i opracowanie nowych zastosowań na dużą skalę.

Zielony wodór, wytwarzany z odnawialnej energii elektrycznej w procesie elektrolizy, jest obiecującą i zrównoważoną klimatycznie technologią. Niebieski wodór, wytwarzany z gazu ziemnego w połączeniu z wychwytywaniem i składowaniem dwutlenku węgla, może być również traktowany jako "czysty", pod warunkiem spełnienia rygorystycznych norm emisji metanu i wychwytywania dwutlenku węgla. Wykorzystanie rozwiązań niskoemisyjnych napotyka jednak na realne bariery w przypadku dekarbonizacji trudnych do redukcji sektorów, takich jak przemysł paliwowy, przemysł ciężki czy transport.

Dzięki dekarbonizacji i rozwojowi nowych rozwiązań możliwe jest ograniczenie skumulowanych emisji do 2050 roku o ok. 85 GtCO2eq, czyli ponad dwukrotnie więcej niż globalna emisja CO2 w 2021 roku. Choć oczekujemy, że popyt wzrośnie najszybciej w gospodarkach uprzemysłowionych, czysty wodór może również stanowić dużą szansę na zrównoważony wzrost dla krajów rozwijających się. To z kolei daje potencjał powstania globalnego rynku wodoru.

- Piotr Hałoń, starszy menedżer, Energy, Resources & Industrials

Dodatkowo, jeżeli tempo rozwoju fotowoltaiki oraz energetyki wiatrowej nadal będzie tak intensywne, a inwestycje w rozwój sieci przesyłowych i dystrybucyjnych nie będą za nimi podążać, może to powodować problemy ze stabilnością sieci w określonych okresach czy godzinach, co może zagrażać bezpieczeństwu infrastruktury energetycznej. Z tego typu sytuacjami mieliśmy już w Polsce do czynienia w 2023 roku, czego konsekwencją była dla przykładu konieczność wyłączania instalacji fotowoltaicznych. W roku bieżący tego typu zdarzeń w sieci zarejestrowaliśmy już kilka. Czysty wodór jest obecnie uznawany za przełomową technologię, która pozwoli przezwyciężyć te ograniczenia i może odegrać ważną rolę w globalnej transformacji energetycznej. Pierwiastek ten może być wykorzystywany do produkcji energii w ogniwach paliwowych, a także jako surowiec do produkcji pochodnych wodoru, takich jak amoniak, metanol lub zrównoważone paliwa lotnicze (SAF – Sustainable Aviation Fuels).

Prognoza Deloitte, oparta na modelu Hydrogen Pathway Explorer (HyPE), obejmuje powstanie neutralnej pod względem emisji dwutlenku węgla, zielonej gospodarki wodorowej w nadchodzących latach. Model HyPE przedstawia w szczegółowy sposób łańcuch wartości dla czystego wodoru i jego pochodnych, od produkcji do momentu ostatecznej konsumpcji. Podejście to opiera się na liniowym modelu programowania, w którym funkcją celu jest m.in. najtańszy sposób na zaspokojenie globalnego zapotrzebowania na wodór w poszczególnych klastrach geograficznych, z uwzględnieniem różnych jego form (np. zielony wodór z OZE, niebieski wodór z gazu ziemnego), środków transportu (cysterny, rurociągi, itp.), nośników fizycznych (gazowy lub skroplone wodór, amoniak) oraz towarów końcowego zastosowania (czysty wodór, amoniak, metanol i syntetyczne paliwa lotnicze).

Znaczenie tej analizy, która pokazuje stały wzrost rynku (od 642 mld dol. rocznie w 2030 roku do 1,4 bln dol. rocznie w 2050 roku, w którym zielony wodór stanowi około 85 proc. rynku wodoru, a 20 proc. jest sprzedawane na świecie), jest dwojakie. Po pierwsze, handel ten ma kluczowe znaczenie dla efektywnej kosztowo dekarbonizacji światowej gospodarki. Po drugie, produkcja i eksport zielonego wodoru dają możliwość uczestnictwa w gospodarce opartej na zrównoważonym rozwoju krajom rozwijającym się i wschodzącym w Afryce, Ameryce Łacińskiej i na Pacyfiku oraz regionach takich jak państwa Zatoki Perskiej. Handel sprzyjający włączeniu społecznemu może pobudzić rozwój gospodarczy, wspierając działalność lokalną, poprawiając bilans handlowy i ułatwiając globalną transformację energetyczną. Analiza Deloitte wskazuje, że gospodarka oparta na czystym wodorze może wpływać na powstanie nawet miliona nowych miejsc pracy rocznie do 2030 r. i podwoić to tempo w ciągu najbliższych dwóch dekad (z czego 1,5 mln miejsc pracy rocznie może powstać w krajach rozwijających się).

Źródło: Analiza Deloitte na podstawie modelu HyPE.

Aby osiągnąć neutralność klimatyczną do 2050 roku, zapotrzebowanie na zielony wodór może wzrosnąć do 170 mln ton (MtH2eq) w 2030 roku i do 600 MtH2eq w 2050 roku. Oczekuje się, że popyt będzie początkowo opierał się na dekarbonizacji istniejących przemysłowych zastosowań wodoru (95 MtH2eq), w szczególności w produkcji nawozów. Do 2050 roku przemysł (metalurgia, chemia, cement i wysokotemperaturowe procesy technologiczne) oraz transport (lotnictwo, żegluga i ciężki transport drogowy) mogą odpowiadać odpowiednio za 42 proc. i 36 proc. całkowitego zapotrzebowania na czysty wodór.

Podczas gdy oczekuje się, że popyt szybko wzrośnie w gospodarkach uprzemysłowionych, czysty wodór może również stanowić dużą szansę na zrównoważony wzrost dla krajów rozwijających się, prowadząc do powstania globalnego rynku wodoru. Jednak powstanie nowej dużej gałęzi przemysłu w ciągu niespełna trzech dekad stanowi bezprecedensowe wyzwanie we wciąż rodzącym się łańcuchu wartości. Realizacja projektów wodorowych oraz ich skala będą początkowo zależały od wsparcia publicznego, czego przykładem są pierwsze duże programy rządowe, takie jak amerykańska ustawa o ograniczeniu inflacji (US Inflation Reduction Act), Australian Clean Energy Finance Corp., pakiet Unii Europejskiej "Fit for 55 " i program finansowania "Important Projects of Common European Interest" (IPCEI) oraz japońskie programy badań i rozwoju popytu.

Koszt produkcji konwencjonalnego wodoru wysokoemisyjnego nie odzwierciedla w wystarczającym stopniu jego wpływu na klimat. Wsparcie rządu może być potrzebne, dopóki czysty, a zwłaszcza zielony wodór, nie będzie konkurencyjny cenowo, z uwzględnieniem efektu skali i wpływu na wzrost ceny emisji CO2. Próg rentowności może zostać osiągnięty do 2030 roku w przypadku amoniaku, w 2035 roku w przypadku wodoru, około 2045 roku dla metanolu i 2050 roku dla zrównoważonych paliw lotniczych (SAF). Z czasem zielony wodór ma szansę stać się optymalnym i opłacalnym rozwiązaniem. Do 2050 roku światowy rynek wodoru może osiągnąć dojrzałość, ponieważ jego zdolności produkcyjne znacznie wzrosną. Będzie to związane z koniecznością zaspokojenia popytu oraz wspierania przez nowe zastosowania w przemyśle i transporcie. Oczekuje się, że wzrost produkcji i obrotu wodorem pozwoli na powstanie rynku, na którym będą kształtowane ceny, co będzie wpływało na zwiększenie odporności i przekierowanie inwestycji do najbardziej konkurencyjnych obszarów geograficznych.

Najbardziej obiecującą opcją dla transportu średniego zasięgu są rurociągi łączące centra popytu z pobliskimi zakładami produkcyjnymi lub terminalami importowymi. Będzie to prawdopodobnie wymagało szeroko zakrojonego planowania regionalnego i krajowego, ponieważ rurociągi są trwałymi aktywami o dużych początkowych potrzebach inwestycyjnych. Pod tym względem zmiana przeznaczenia dawnych gazociągów może mieć realną wartość. W granicach istniejącej infrastruktury pozwoliłoby to obniżyć koszty transportu w Europie o 55-68 proc. w porównaniu z budową nowych rurociągów.

- Robert Karczmarczyk, dyrektor, Corporate Risk & Energy.

Wyniki modelowania Deloitte pokazują, że zielony wodór, w określonych warunkach, wpłynie na zdominowanie miksu dostaw, osiągając 85 proc. udziału w rynku w 2050 roku (powyżej 500 MtH2eq). Niebieski wodór może pomóc w zwiększeniu popytu na wczesnych etapach, ułatwiając powstanie gospodarki wodorowej w regionach, które mogą wykorzystać rezerwy gazu ziemnego, takich jak Bliski Wschód, Afryka Północna, Ameryka Północna i Australia. Szczyt produkcji przypadnie na 2040 rok i wyniesie prawie 125 MtH2eq (30 proc. podaży), po czym niebieski wodór ma być stopniowo wypierany przez bardziej konkurencyjny zielony wodór i zaostrzające się ograniczenia środowiskowe dotyczące nieobniżonej emisji metanu i CO2.

Źródło: Analiza Deloitte.

Pojawienie się rynku czystego wodoru wiąże się z szansami i wyzwaniami na każdym etapie łańcucha wartości. Osiągnięcie neutralności pod względem emisji dwutlenku węgla dotyczy nie tylko dekarbonizacji obecnych dostaw wodoru, ale także ich ponad sześciokrotnego zwiększenia, aby umożliwić pokrycie zapotrzebowania dla nowych zastosowań niezbędnych do transformacji energetycznej. Wymagałoby to bezprecedensowego przyspieszenia rozwoju technologicznego (ogniwa paliwowe, wykorzystanie w wytopie żelaza i produkcji stali oraz zrównoważonych paliw lotniczych), zdolności produkcyjnych (elektrolizery, panele fotowoltaiczne i turbiny wiatrowe) oraz infrastruktury (zakłady produkcyjne, infrastruktura transportowa i magazynowa) przy jednoczesnym budowaniu nowych łańcuchów dostaw i ustanowieniu ram dla globalnego handlu wodorem.

Gospodarka wodorowa może być jednym z głównych elementów transformacji sektora energetycznego, w tym przekwalifikowania zawodowego. Potencjalnie doprowadzi ona do powstania nawet miliona nowych miejsc pracy rocznie do 2030 r., a ta liczba zwiększy się dwukrotnie w ciągu dwudziestu lat. Zapewnienie odpornych dostaw wodoru wiąże się również z przyjęciem minimalnych standardów dla strategicznych rezerw wodoru lub innych koncepcji gromadzenia zapasów. Bezpośredni i pośredni wkład gospodarki wodorowej w tworzenie lokalnej i regionalnej wartości może pomóc we wspieraniu wzrostu gospodarczego i stabilności politycznej.

- Marta Iwańczuk-Grzwyna, starsza menedżerka, Energy, Resources & Industrials.

Nadal jednak istnieje duża niepewność, w którą stronę podąży globalny łańcuch wartości, w zależności od wyboru technologii produkcji i dostaw, lokalizacji produkcji i konsumpcji oraz wynikających z nich szlaków handlowych i zastosowań wodoru. Decyzje te mogą powodować konflikty między różnymi uczestnikami gospodarki wodorowej, takimi jak rządy (bezpieczeństwo energetyczne i polityka przemysłowa), dostawcy energii i przedsiębiorstwa użyteczności publicznej, producenci sprzętu, odbiorcy i przedsiębiorstwa transportowe (żeglugowe i zarządcy obiektów portowych). Cel pozostaje jednak niezmienny – powstanie do roku 2050, neutralnej pod względem emisji dwutlenku węgla oraz zrównoważonej gospodarki opartej na czystym wodorze.