Тенденции при Power-to-X технологиите

• От векове насам индустрията се стреми да превръща изкопаеми горива и други суровини в електричество
  
  
• Една иновативна технологична концепция обръща посоката на мислене – ВЕИ енергията може на свой ред да бъде трансформирана в устойчиви продукти и материали
  
  
• Глобалният пазар на Power-to-Х технологии е надхвърлил 282 млн. щатски долара през 2022 г. и се очаква да достигне 857 млн. долара в следващото десетилетие

От векове насам индустрията се стреми да превръща изкопаеми горива и други суровини в електричество, с което да захранва домове, машини, заводи и съоръжения. През последните години обаче една иновативна технологична концепция обръща посоката на мислене, доказвайки, че все по-популярната и изобилна в световен мащаб възобновяема енергия може на свой ред да бъде трансформирана в устойчиви продукти и материали с висока добавена стойност за промишлеността, транспорта и бизнеса. Индустриалните експерти все по-често говорят за т. нар. Power-to-X (известни още и като PtX или P2X) технологии, при които с Х се обозначава съответният краен продукт с приложение в корабоплаването, авиацията, сухопътния транспорт, производството, селското стопанство, сградния и жилищен сектор и други области.

В синхрон с глобалния стремеж към декарбонизация в Европа през последните няколко години се наблюдава засилен интерес към научноизследователска, развойна и приложна дейност в сферата на Power-to-X решенията. За това допринасят и конкретните ангажименти на Стария континент за ограничаване на парниковите емисии и увеличаване на дела на възобновяемите източници в производството на енергия.
В контекста на т. нар. дълбока декарбонизация P2X технологиите могат да отговорят на две фундаментални предизвикателства – използване на синтетични горива в секторите, които са зависими от изкопаемите, както и съхранение на големи количества енергия за продължителни периоди, които да внесат баланс в търсенето и предлагането на възобновяема енергия.

Заместването на изкопаемите горива с въглеродно неутрални алтернативи може да съдейства за редуцирането на емисиите в редица сектори, включително в химическата, циментовата индустрия, водния транспорт и т. н. Нещо повече, чрез директното използване на промишлените емисии на въглероден диоксид като суровина Power-to-X технологиите могат да спомогнат за превръщането на един от най-сериозните глобални проблеми на съвременното човечество в кардинално решение за енергетиката и индустрията по пътя им към устойчивостта.

Специфики на наличните технологии

P2X системите са иновация в сферата на производството на енергия и енергийни продукти, която позволява преобразуването на излишъците от инсталациите на възобновяеми източници в зелен водород чрез електрохимична реакция и по-нататък в специфичен продукт чрез допълнителна реакция с въглеродни съединения. Сред възможните за получаване крайни продукти са синтетичен газ, течни вещества, химикали, метан и топлинна енергия, а във връзка с производството им се обособяват и съответните обозначения на технологичните решения:

• P2H2 (power-to-hydrogen);
  
  
• P2G (power-to-gas);
  
  
• P2L (power-to-liquids);
  
  
• P2C (power-to-chemicals);
  
  
• P2M (power-to-methane)
  
  
• P2H (power-to-heat).
  
  

Разработването и внедряването на устойчиви алтернативни технологии за производство на зелен водород и богат асортимент от крайни продукти с широко приложение в индустрията и транспорта изисква детайлен процес на проектиране и оценка на разходите и потенциалните ползи. Далеч не липсва икономическа обосновка за мащабното им популяризиране, но със сигурност са необходими по-последователни политики на европейско и глобално ниво относно използването и ролята им в процесите по декарбонизация. Освен водната електролиза, сред технологиите, които се считат за такива с най-голям потенциал за бъдещето на транспорта и индустрията, са алкалните електролити (AEL) – най-старото решение с най-висока степен на технологична зрялост, полимерните електролитни мембрани и електролитните клетки с твърд оксид.

P2G системите позволяват преобразуване на неизползваната възобновяема енергия в газообразно гориво, като водород или метан. За целта се използва процес на електролиза, при който под въздействието на електрически ток водата се разпада на водород и кислород. Полученият водород може да бъде използван като краен продукт или допълнително трансформиран в метан чрез процес, наречен метанизация.

При P2L технологиите наличната за преобразуване възобновяема енергия се превръща в течни горива, например етанол или синтетичен дизел при процес, известен като синтез на Фишер-Тропш, в който се използват въглероден оксид и водород за производството на различни течни въглеводороди.
P2H решенията включват преобразуването на енергията от възобновяеми източници в топлина, която може да бъде използвана за отопление или водоподгряване за битови, комунални, търговски или индустриални цели. За целта се използват конвенционални съпротивителни електрически нагреватели или термопомпи.

Възможностите за получаване на химикали от възобновяема енергия са заложени в P2C системите, които получават като крайни продукти различни химични съединения, например амоняк, метанол, водороден пероксид, мравчена киселина и т. н. В процеса се инициира електрохимична редукция, при която чрез електричество веществата се редуцират до съставните им химични съединения.
Напоследък става все по-популярна и концепцията за превръщането на ВЕИ енергия в твърди материали като стомана или бетон чрез процес на директна редукция, при която под въздействието на електрически ток желязната руда се редуцира до желязо.

Развитие на пазара

Актуалните маркетингови проучвания сочат, че глобалният пазар на Power-to-Х технологии е надхвърлил 282 млн. щатски долара през 2022 г. и се очаква да достигне повече от 857 млн. долара в следващото десетилетие с комбиниран годишен темп на растеж от 11,8% до 2032 г. Маркетолозите от Precedence Research подчертават, че водородът е най-разпространеният химичен елемент на земята и притежава огромен потенциал в сферата на технологичните иновации. Той може да се оползотвори като гориво или източник на енергия, както и като суровина в производството. Водородните горивни клетки вече са широко използвани, а технологиите в областта на електролизата все повече се доказват като рентабилни решения за различни сектори. Ето защо възможностите за производство и по-нататъшно преобразуване на водород чрез P2X системи са сред основните двигатели на очаквания ръст на този пазар. Други ключови фактори за динамичното му развитие са нарастващото глобално търсене на енергия и енергийни продукти, както и все по-големият интерес към зеления водород и амоняк, отчитат маркетинговите специалисти.

В основата на увеличаващия се сегмент на произведения по екологосъобразни методи водород стои нарастващата загриженост относно намаляването на въглеродните емисии и глобалното затопляне. Правителствата от цял свят въвеждат различни нормативни рамки, които изискват намаляване на парниковите емисии от предприятията. Водород може рентабилно и надеждно да се произвежда и с помощта на електролизьори, които използват електричество, произведено от слънчева, вятърна или друг тип възобновяема енергия. Тази иновация насърчава разработването, внедряването и използването на технологични решения за зелен водород в редица компании и организации, които се стремят да намалят въглеродния си отпечатък и да повишат устойчивостта си. Това спомага за значителния ръст на пазара на P2H2 технологии, отбелязват пазарните анализатори.

В контекста на нарастващото търсене на енергия изискването за гъвкавото й преобразуване от една в друга използваема форма допълнително повишава интереса към Power-to-X технологиите от големи предприятия в сектора на транспорта, топло- и електроцентрали и др. До края на 2032 г. маркетинговите експерти очакват бум на Power-to-X приложенията и на произведения чрез P2X системи водород и в множество отрасли на индустрията, включително в производството на стомана и в рафинериите.

В допълнение, тези иновативни технологии предлагат и редица предимства в сравнение с наличните технологии за съхранение на енергия, например батерийните системи и хидропомпените акумулиращи мощности, по отношение на допустимия мащаб, времетраенето на съхранението и специфичните изисквания във връзка с местоположението и транспорта на енергията. P2X решенията се очаква значително да улеснят процеса по внедряване на ВЕИ източниците в енергийно интензивните индустрии, които са критични за развитието на глобалната икономика, включително производството, транспорта и земеделието, замествайки изкопаемите горива. Възможностите за дълбока декарбонизация и постигане на високите климатични цели на бизнеса са сред факторите с най-голям потенциал да провокират значителен бъдещ ръст на пазара на P2X технологии, обобщават анализаторите.

Изводи от пазарните проучвания и ключови възможности

Произведеният от възобновяема енергия водород е считан за едно от устойчивите горива на бъдещето, тъй като електромобилите могат да използват водородни горивни клетки като системи за съхранение на енергия. Електромобилността, от своя страна, е ключов фактор за намаляване на замърсяването на въздуха и използването на изкопаеми горива. Ето защо правителствените стимули за промотиране на електрическите превозни средства в европейските и редица други държави се явяват и косвен двигател за сегмента на Power-to-X технологиите.

Според данните от актуалното изследване на Precedence Research през 2022 г. Power-to-Hydrogen сегментът е бил водещ по дял сред групата технологии за производство на устойчиви продукти от възобновяема енергия, а в голяма част от приложенията полученият зелен водород е бил използван като гориво, в морския транспорт и авиацията, за преобразуване в топлина или отново в електричество в различни битови, търговски и индустриални приложения. Нарастващите по капацитет соларни, вятърни и други типове мощности с възобновяем източник в глобален мащаб се очаква допълнително да стимулират тази тенденция, уточняват маркетинговите експерти.

Що се отнася до крайните клиентски отрасли, транспортът (включително корабоплаването, междуконтиненталните полети и тежкотоварния сухопътен транспорт) логично е с най-голям дял от глобалния пазар на P2X приложения през миналата година, показват резултатите от проучването на Precedence Research. Това се дължи на все по-големия обем на производствата на електромобили, електрически превозни средства и системи за съхранение на енергия за тях в световен план, като този пазарен модел се повтаря в по-малък мащаб и в Европа, допълват от маркетинговата агенция.
Power-to-X технологиите се считат и за ключов инструмент за индиректно и директно (чрез използването им като суровина) редуциране на парниковите емисии в

индустрията и транспорта. Големите количества отделян вследствие на различни промишлени процеси въглероден диоксид се явява мощен фактор с висок потенциал за динамичното развитие на P2X решенията, тъй като е наличен в големи количества в множество отрасли. Такъв ресурс с различна концентрация в отделяните отпадъчни емисии може да бъде добит от рафинериите в сектора на нефтохимията, от комбинатите за преработка на желязо и стомана, циментовата индустрия и др. Източник са и органични материали, като биомасата, както и атмосферният въздух, от който CO2 може да бъде улавян чрез различни технологии и системи.

Интегрирането на P2X решения в инсталации за анаеробно разграждане (AD) на биологични отпадъци представлява друга сериозна възможност за бързо развитие на технологиите в сегмента. В Европейския съюз и отделните държави членки се насърчава използването на биогаз за отопление, електрификация и гориво за сектора транспорта. Към 2020 г. в ЕС има близо 19 000 инсталации за биогаз и 725 инсталации за биометан, по данни, публикувани в международния журнал за съхранение на енергия Journal of Energy Storage. Свързването на P2X системи към блоковете за газификация на биомаса също е сред методите със сериозен потенциал за развитие, който предлага редица предимства във връзка с алтернативите си. Кислородът от електролиза например може да се използва като газифициращ агент и да се произвежда синтетичен газ в P2X процес, обобщават експертите.