Цена за энергопереход – дефицит минеральных ресурсов
Фото: Mikael Sjoberg /Bloomberg

Цена за энергопереход – дефицит минеральных ресурсов

Что бы мы ни говорили о незаменимости углеводородов в мировом энергобалансе в ближайшие десятилетия, энергопереход, предполагающий использование более чистых и возобновляемых источников энергии, уже стал неотъемлемой частью развития мировой энергетики и будет только расширяться. Однако индустрия ВИЭ имеет свои подводные камни, главный из которых – высокая потребность в тех же ископаемых ресурсах: минералах и редкоземельных металлах. По оценкам Rystad Energy, быстрое развитие ВИЭ может привести к взрывному росту спроса на многие минеральные ресурсы к 2040 году (см. рисунок). Если динамика ввода новых мощностей по добыче этих ресурсов не будет соответствовать темпам роста потребления, возникнет риск острого дефицита на многих ресурсных рынках.

ВИЭ требуют ресурсов

Основным трендом энергоперехода будет электрификация. Согласно расчетам Rystad Energy, доля электроэнергетики в мировом энергобалансе к 2050 году практически удвоится относительно 2020 года. «Озеленение» электрификации будет происходить за счет развития солнечной и ветряной генерации, более обширного использования электромобилей. Для стабильности энергосистемы, более зависимой от погодных условий, будут увеличиваться мощности аккумуляторных батарей и развиваться электросети. Помимо электроэнергетики будет также расти роль «зеленого» водорода, доля которого в мировом энергобалансе утроится к 2050 году, по прогнозам Rystad.

Для производства «зеленой» энергии требуется куда большее разнообразие минеральных ресурсов, а также их количество по сравнению с получением традиционной энергии из углеводородов. Например, при производстве электрокара потребляется в несколько раз больше минеральных ресурсов, чем при выпуске автомобиля с двигателем внутреннего сгорания. То же касается солнечной и ветряной генерации, которая острее нуждается в минеральных ресурсах для производства солнечных панелей и турбин, чем традиционная газовая генерация.

Rystad Energy разработала сценарий развития «зеленой» энергетики, в котором средняя температура к 2050 году растет лишь на 1,6 °C относительно доиндустриального уровня. Сразу стоит оговориться, что это очень амбициозная климатическая цель, которая потребует колоссальных инвестиций и совместной работы всех стран – крупнейших эмиссионеров выбросов парниковых газов. Данный сценарий предполагает интенсивное развитие ВИЭ, технологий аккумулирования энергии, расширение электросетей, а также более широкое использование «зеленого» водорода. В этом сценарии спрос на различные минеральные ресурсы в сумме к 2040 году растет семикратно. Самую большую долю в спросе занимает солнечная энергетика – до 37%, примерно столько же – ветряная энергетика. Далее спрос стабилизируется и может начать снижаться по мере насыщения рынка и развития технологий вторичной переработки.

Вызовы солнечной энергетики

Солнечная энергетика будет играть ключевую роль в глобальном развитии ВИЭ. В сценарии Rystad установленные мощности СЭС растут с 1 ТВт в 2021 году до 30 ТВт к 2050 году. Для такого масштабного внедрения солнечной генерации требуется значительный рост производства солнечных панелей. Однако производители уже сейчас сталкиваются с логистическими проблемами и дефицитом основного компонента – поликристаллического кремния, в результате чего цена на него c 2020 года выросла в пять раз, толкая цены на солнечные панели также вверх.

По прогнозам Rystad, спрос на ключевое сырье для солнечных панелей – поликристаллический кремний и серебро – будет активно расти до середины 2030-х годов. На этот же период приходятся самые высокие темпы прироста установленных мощностей СЭС. Максимальный спрос на кремний оценивается в 3,7 млн т (0,5 млн т на 2021 год), на серебро – 16 тыс. т (2,2 тыс. т на 2021 год).

Установка солнечных батарей – это дополнительные расходы на сталь, цемент, алюминий, медь, стекло и прочие материалы, спрос на которые с 2021 по 2035 годы возрастет восьмикратно при таком темпе развития солнечной энергетики. Только потребление стали при установке солнечных панелей увеличится с текущих 11 млн т до 90 млн т.

Безусловно, фактические показатели спроса на тот или иной минеральный ресурс будут во многом зависеть от типов используемых солнечных панелей. Самый распространенный тип солнечных панелей на сегодня – это панели на основе кремния (95% всех установленных панелей в прошлом году). Остальные 5% делят между собой подгруппы тонкопленочных панелей на основе теллурида кадмия, соединения медь – индий (галлий) – селен и аморфного кремния.

Помимо этого ведутся разработки других видов панелей на основе других материалов, в частности на основе перовскита, который является одним из самых распространенных на земле минералов. Появление альтернативных типов панелей на рынках, использующих в том числе распространенные минеральные ресурсы, может решить проблемы дефицита материалов, являющихся на текущий момент ключевыми для развития солнечной энергетики.

Что нужно, чтобы «поймать» ветер

Мощности ветряной генерации в климатическом сценарии Rystad Energy увеличатся к 2050 году на 7 ТВт. Наиболее интенсивный прирост установленных мощностей ВЭС на суше ожидается в период с текущего по 2035 год, морских ВЭС – по 2040 год, затем темпы прироста замедляются. Соответственно, пик спроса на материалы для производства ветряков приходится на 2035–2040 годы.

Основными трендами в ветряной энергетике будут рост доли морских ВЭС и увеличение размеров ветряных турбин. Более крупные ветряные турбины приведут к увеличению расхода стали на башни и платформы. А это, в свою очередь, приведет к повышению спроса на различные металлы, используемые в производстве стали для ВЭС: никель, молибден, марганец, хром. В то же время снизится расход межстанционных кабелей, в производстве которых используется медь. А спрос на алюминий, который часто используется как замена меди в производстве высоковольтных кабелей, наоборот, вырастет.

По оценкам Rystad Energy, спрос на сталь со стороны сухопутной ветряной энергетики достигнет к 2035 году 35 млн т (при текущем показателе 6 млн т), со стороны морской – 47 млн т к 2040 году (ныне – 5 млн т). Потребность в алюминии к 2040 году увеличится до 27 млн т против менее 1 млн т на 2021 год, в меди – до 11,5 млн т против 2 млн т в прошлом году.

Похожая динамика будет наблюдаться на других сырьевых рынках (цемента, стекловолокна, свинца и т. д.). Прогноз не учитывает развитие альтернативных конструкций ВЭС (например, деревянных башен – экспериментальная разработка шведской компании Modvion) и вторичной переработки ветряных турбин.

Аккумуляторные батареи – неотъемлемая часть индустрии ВИЭ, повышающая стабильность энергосистемы в условиях ее высокой зависимости от погодных условий. Без батарей также нельзя представить электрификацию транспорта. По расчетам Rystad, к 2040 году потребность в аккумуляторных батареях достигнет 24 ТВт·ч против 580 ГВт·ч на данный момент. При этом часть спроса будет удовлетворяться за счет аккумуляторных батарей, изготовленных из вторичного сырья.

Расширение производства аккумуляторных батарей обеспечит высокий спрос на ключевые компоненты, необходимые для их изготовления, которые к тому же являются дефицитными, – литий, кобальт, никель. Цены на эти металлы уже значительно выросли на фоне украинского кризиса. В долгосрочной перспективе, с учетом повышения спроса со стороны других потребителей, рынок этих металлов будет оставаться дефицитным. Разработка альтернативных технологий (например, применение натрия вместо лития), а также вторичная переработка могут частично снять проблему нехватки сырья.

Электрификация будет сопровождаться расширением электросетей, в первую очередь высоковольтных. Развитие солнечной и ветряной генерации в соответствии с прогнозом Rystad приведет к троекратному росту спроса на ключевые материалы для изготовления ЛЭП, включая алюминий, медь и свинец. Спрос на эти металлы к 2040 году превысит 8 млн т против менее 2,3 млн т в 2021 году. Если к этому прогнозу добавить потребность в цементе и стали, необходимых для установки ЛЭП, то оценка спроса на сырьевые товары возрастает до 72,5 млн т.

«Прожорливый» водород

В эпоху энергоперехода будет активно развиваться водородная энергетика. Rystad Energy оценивает будущий спрос на водород в 310 млн т к 2050 году против 75 млн т за прошлый год. Водород как топливо может использоваться в различных областях, включая металлургию, авиацию, автотранспорт, судоходство, генерацию. Сегодня в основном применяется «серый» водород, получаемый из природного газа путем риформинга, при этом выделяемый углекислый газ никак не утилизируется. Задачи же по декарбонизации будут решаться за счет «зеленого» водорода, который получают с помощью электролиза воды на основе ВИЭ. Спрос на «зеленый» водород к 2050 году оценивается в 220 млн т, или в 70% от суммарного спроса на водород. Это приведет к всплеску спроса на электролизеры и на материалы, из которых они изготавливаются.

Рынок электролизеров находится в зачаточном состоянии. На сегодняшний день доминируют два типа электролизеров: с щелочной технологией и с протонообменной мембраной (PEM). Если эти два типа и дальше будут преобладать, то спрос на ключевое сырье – никель и цирконий для щелочных электролизеров и платину и иридий для PEM-электролизеров – к 2050 году вырастет до 42,5 тыс. т, 4,9 тыс. т, 30 т и 13 т соответственно. Относительно новая технология электролизеров с твердооксидными элементами (SOEC) использует лантан и иттрий. Rystad Energy ожидает, что эта технология также будет внедряться на рынок, повышая спрос на редкоземельные металлы.

Каждый тип электролизеров имеет свои преимущества. SOEC-электролизеры имеют более низкие показатели потери тепла, щелочные электролизеры более дешевые и изготавливаются из более доступных материалов, тогда как PEM-электролизеры позволяют быстрее регулировать работу установок по производству водорода. Также зарождаются новые технологии, которые могут предложить достойную альтернативу имеющимся видам электролизеров и разнообразить спрос на минеральные ресурсы.

Ждать ли дефицита минерального сырья?

Если энергопереход будет развиваться по амбициозному сценарию сдерживания глобального потепления, рынки многих минеральных ресурсов могут оказаться дефицитными как из-за нехватки производственных мощностей, так и ограниченного количества самого ресурса в недрах. Однако множество неизвестных факторов затрудняют долгосрочное прогнозирование. Во-первых, смогут ли страны объединиться и реализовать свои самые амбициозные климатические цели? В свете разгоревшегося энергокризиса пока это представляется маловероятным.

Во-вторых, многие перспективные «зеленые» технологии все еще находятся на стадии исследований и далеки от промышленных масштабов. И сложно оценить, какие технологии будут преобладающими в тот или иной период. Разнообразие технологий обуславливает разнообразие используемых минеральных ресурсов. В итоге конечные балансы спроса и предложения на рынках минеральных ресурсов будут зависеть от темпов и масштабов энергоперехода, а также комбинации «зеленых» технологий, получивших наибольшее распространение на рынке. Представленный сценарий Rystad Energy – лишь один из возможных вариантов развития событий, который тем не менее поднимает важную проблему сырьевого обеспечения «озеленения» мировой энергетики.