Производство полупроводников – основа современной электроники – сталкивается с необходимостью снижения углеродного следа. Одним из ключевых процессов в этой отрасли является использование водорода, который традиционно получают из ископаемого топлива, что сопровождается значительными выбросами CO2. Этот так называемый «серый» водород является серьезным препятствием на пути к достижению климатических целей.
В новом исследовании, опубликованном в научном журнале Smart Energy, группа ученых из Политехнического университета Турина оценила экономическую целесообразность перехода на экологически чистое решение – производство «зеленого» водорода непосредственно на предприятии с помощью солнечной энергии. В качестве модели был рассмотрен завод по выпуску кремниевых пластин в Южной Европе с годовой потребностью в водороде около 110 тонн. Для этого была разработана система Power-to-hydrogen, включающая солнечные панели, электролизер для расщепления воды и систему хранения.
Анализ показал, что на данный момент наиболее экономически выгодной стратегией остается использование «серого» водорода. Его приведенная стоимость составляет 4 евро за килограмм, однако такой подход приводит к ежегодным выбросам 1045 тонн углекислого газа. По мере увеличения доли «зеленого» водорода в производственном цикле его себестоимость растет, но при этом снижается воздействие на окружающую среду.
Исследование выявило прямую зависимость между уровнем декарбонизации и стоимостью водорода. При сокращении выбросов на 70 % цена килограмма «зеленого» водорода возрастает до 6,10 евро. Полный отказ от «серого» аналога и переход на стопроцентное обеспечение за счет солнечной энергии поднимает цену до 10,51 евро. Такой скачок объясняется необходимостью значительного увеличения масштабов производственной системы – особенно хранилищ под давлением, которые должны обеспечивать бесперебойную подачу водорода в периоды отсутствия солнечной активности.
Подключение к общей электросети может существенно повысить экономическую конкурентоспособность «зеленого» водорода, поскольку это позволяет избежать избыточного масштабирования солнечных панелей и хранилищ. Согласно расчетам, переход на собственное производство становится выгодным, когда цена покупного «серого» водорода превышает порог в 6 евро за килограмм. С ростом стоимости ископаемого топлива этот момент становится все ближе, делая локальные «зеленые» системы более привлекательными.
Таким образом, исследование демонстрирует, что, хотя полный переход на «зеленый» водород в полупроводниковой промышленности пока остается дорогостоящим, существуют поэтапные сценарии декарбонизации. Экономическая целесообразность таких проектов напрямую зависит от цен на ископаемое топливо, стоимости электроэнергии из сети и развития технологий хранения энергии.
