Автор: Доктор Джонатан Батлер (Dr. Jonathan Butler)
(lbma.org.uk) - Декарбонизация, энергетическая безопасность и создание нового поколения высокооплачиваемых рабочих мест в промышленности являются тремя основными глобальными задачами, которые будут все больше доминировать в экономической, политической и социальной областях в ближайшие десятилетия.
Эти проблемы также открывают огромные возможности для использования драгоценных металлов, начиная со спроса на серебро для применения в солнечных батареях, электросетях и во все более электрифицированных транспортных средствах и заканчивая ключевой ролью металлов платиновой группы (МПГ) в производстве, сбыте, хранении и использовании «зеленого» водорода, а также в разработке низкоуглеродного синтетического «электротоплива».
По оценкам Международного агентства по возобновляемым источникам энергии (International Renewable Energy Agency, IRENA), для ограничения изменения климата и сведения выбросов CO2 к нулевым значениям к 2050 году, к концу этого десятилетия потребуется увеличить глобальное использование энергии, получаемой из возобновляемых источников, примерно в 3,5 раза по сравнению с существующими уровнями.
Даже Международное энергетическое агентство (International Energy Agency), раньше ориентированное на ископаемое топливо, прогнозирует, что мировой объем производства электроэнергии из низкоуглеродных и возобновляемых источников, вероятно, к 2030 году обгонит объем производства электроэнергии из ископаемого топлива. IRENA поставило цель - к 2050 году достичь глобальной установленной и рабочей мощности солнечных фотоэлектрических систем в объеме 14 000 ГВт, что примерно в 14 раз превышает существующую сегодня установленную мощность таких систем.
Короче говоря, это означает значительное увеличение объемов производства солнечной и ветровой энергии в структуре генерирующих мощностей, причем ожидается, что эти два источника энергии будут продолжать составлять бόльшую часть объема производства возобновляемой энергии во всем мире.
Резкий рост объема производства солнечной энергии
Благодаря снижению стоимости солнечной энергии, а также политике правительства по стимулированию использования солнечной энергии (в частности, Закону США о снижении инфляции (US Inflation Reduction Act) от 2022 года), установленная мощность генераторов солнечной энергии продолжает резко расти.
По данным Ассоциации производителей солнечной энергии США (US Solar Energy Industries Association), установленная мощность солнечных фотоэлектрических (PV) генерирующих систем в США вырастет примерно с 20 ГВт в год в 2022 году до почти 50 ГВт в год к 2028 году, причем бόльшая часть из них будет представлять собой «сетевые» фотоэлектрические системы, способные генерировать электроэнергию для энергосистемы. Везде, где есть фотоэлектрические солнечные батареи, есть также серебро, которое благодаря своей непревзойденной электропроводности используется для переноса электронов от кремниевой пластины, из которой состоит фотоэлектрический блок, в электрическую сеть.
По оценкам Института серебра (Silver Institute) и Metals Focus, в 2023 году спрос на серебро в солнечной энергетике составит 160 млн унций, что является рекордным показателем и составит около 14% всего спроса на серебро. Ожидается, что эти цифры продолжат рост по мере увеличения установленной мощности солнечных фотоэлектрических систем.
«Двойной эффект» для спроса на серебро
Помимо использования в самом фотоэлектрическом модуле, серебро также используется в соединительных устройствах и автоматических выключателях, критически важных для безопасности и являющихся частью более широкой электроэнергетической системы, которая во многих случаях модернизируется, чтобы освободить место для увеличения мощности возобновляемой электроэнергии. Таким образом, рост установленной мощности солнечных фотоэлектрических систем создает двойной эффект для спроса на серебро не только в самих фотоэлектрических системах, но и в более широкой электрической сети.
Спрос на серебро также растет благодаря стремлению электрифицировать автомобильный парк во всем мире, а также заменить системы отопления домов, работающих на природном газе, на электрические. Поскольку в электромобилях все больше применяется электричество, использование серебра увеличится до более чем одной унции на автомобиль. В целом, по оценкам Института серебра, в 2023 году спрос на серебро в электронной и электротехнической промышленности составит еще 220 млн унций, и ожидается, что эта цифра также увеличится в будущем.
Ветроэнергетика также несет в себе положительные перспективы повышения спроса на драгоценные металлы, причем не только для серебряных электрических контактов, но и в процессе производства стекловолокна, используемого в лопатках турбин, в котором используются металлы платиновой группы.
Неустойчивые условия создают проблемы
Однако основным недостатком возобновляемых источников энергии является их непостоянство. Как могут подтвердить многие люди, работающие на лондонском рынке, погодные условия могут меняться от большой облачности до некомфортно ветреной погоды, что может создать проблемы, связанные с превышением спроса на электроэнергию над ее предложением, а иногда и наоборот. К сожалению, сегодняшние традиционные электросети, работающие на ископаемом топливе, не способны включаться и выключаться достаточно быстро, чтобы «приспосабливаться» к этим неустойчивым источникам возобновляемой энергии, работающим с перебоями. Результатом является отключение или ограничение солнечной и ветровой энергии. Без достаточного базового объема производства электроэнергии добавление возобновляемых источников энергии может привести к нестабильности электросети и отключениям электроэнергии.
Именно здесь на помощь приходит балансировка сети. В периоды избытка электроэнергии можно использовать электролизер для разделения воды на водород и кислород с использованием возобновляемой электроэнергии. Водород, полученный с помощью возобновляемой энергии, или «зеленый» водород, затем можно хранить и использовать, когда энергосети потребуются дополнительные поставки, - просто путем соединения водорода с кислородом в топливном элементе для выработки электроэнергии снова.
Металлы платиновой группы являются неотъемлемой частью этой экосистемы производства и использования «зеленого» водорода: платиновые и иридиевые покрытия, используемые в активной части электролизера, позволяют быстро запускать и отключать его, обеспечивая высокую долговечность, а системы можно масштабировать для генерации до нескольких гигаватт, что помогает бороться с нестабильностью в масштабе электросети.
«Зеленый» водород, полученный в результате электролиза с использованием возобновляемых источников энергии, также можно использовать в качестве безуглеродного топлива для транспортных средств при прохождении его через топливный элемент (который объединяет водород и кислород через катализаторы из МПГ, используемые для производства электроэнергии). Это особенно актуально для тех секторов, в которых трудно достичь декарбонизации, таких как тяжелые грузовики, которые не подходят для использования в них батарей, а также морское и авиационное оборудование, представляющее уникальные проблемы из-за потребности в энергоемком топливе.
Водород также можно использовать для производства безуглеродного тепла и электроэнергии, - например, от стационарных топливных элементов, - а также для производства безуглеродного «зеленого» водорода в качестве сырья для других отраслей, трудно поддающихся декарбонизации, таких как производство стали и аммиака.
Составляющие элементы для всей цепочки создания стоимости в химической отрасли
И, возможно, самым главным в долгосрочной перспективе является то, что, имея «зеленый» водород и CO2, улавливаемый в углеродоемких отраслях, мы получаем составляющие элементы для всей цепочки создания стоимости в химической промышленности. Таким образом, производство безуглеродной нефтехимической продукции и синтетического жидкого топлива, полученного из водорода (так называемого электротоплива), открывает огромные возможности для использования драгоценных металлов как в производстве возобновляемого водорода, так и в качестве катализатора для многих других продуктов с добавленной стоимостью.
МПГ могут внести большой вклад не только в производство и использование водорода. Зеленый» водород необходимо хранить и заниматься его сбытом. Некоторые из наиболее перспективных способов сделать это в больших масштабах включают использование катализаторов из МПГ для хранения водорода в виде обычных, широко используемых химикатов, включая органические растворители и аммиак, прежде чем высвободить водород, когда он необходим.
Если сложить все эти варианты использования вместе, то к 2030 году во всех различных сферах применения водорода ежегодно может использоваться около миллиона унций МПГ. Это поможет в будущем создать существенный дефицит на рынках платины, иридия и рутения.
Проблема, стоящая перед отраслью драгоценных металлов, необходимых для достижения наших социальных целей по обеспечению углеродной нейтральности и энергетической безопасности, заключается в обеспечении достаточной доступности металлов. Этого можно достичь за счет сочетания совершенствования вторичной переработки (особенно фотоэлектрических установок, трудно поддающихся вторичной переработке), оптимизации нагрузки, обособления поставок и хеджирования рисков цен на металл.
Благодаря этому отрасль драгоценных металлов может создать новую, долгосрочную устойчивую базу спроса и помочь осознать жизненно важную роль чистой энергии в декарбонизации, обеспечении энергетической безопасности и создании стоимости.
