Водородное будущее: дивное или не очень?

Россия идёт в ногу со всем миром и нацелена на топливный переворот. Вернее, политические умы крупных стран планируют замену вредоносных видов топлива, таких как нефть, уголь и природный газ, на водород. Попробуем разобраться, насколько это решение экономически и технически верно.

Фото: cummins.com

Согласно мировым водородным стратегиям, уже через 30 лет часть всех энергетических потребностей будет закрыта водородом. И это не тот водород, после получения которого в воздухе остаётся большое количество углерода, и не тот, что стоит невероятных денег. Грядёт время, когда чистый «зелёный» газ будут использовать не только на промышленных предприятиях, но и для удовлетворения потребности населения в энергоресурсах.

Водородные стратегии сейчас есть уже у многих стран: Германии, Франции, Португалии и Испании. А в прошлом году и Россия, разумеется, решила не оставаться в стороне. Власти разработали документ на перспективу развития экспорта водорода в 2024 году на целых 200 тысяч тонн, а к 2035 г. планируют занять 16% на международном энергетическом рынке. Если взять во внимание то, что на данный момент предприятия страны производят 5 млн тонн водорода, эти цели кажутся вполне осуществимыми. Только нужно ли это России? 

Лёгкий на подъём

Конечно же, повесткой такого глобального энергетического переворота стало наше «зелёное», другими словами, экологическое будущее. Озеленение и «возрождение» планеты может стать хорошим прикрытием и поводом для бизнесменов и правительства ряда стран улучшить своё экономическое положение. Водород ведь можно использовать не только в промышленности и энергетике, но и для транспорта и вообще сделать его «ближе к народу» или сделать вид, что он народу нужен. По словам политиков, чистый водород кажется этаким героем, стоящим на страже планеты и призванным защитить её от вредных и опасных нефти и газа. Но есть на самом ли деле критическая потребность в новом топливе?

«Пока говорить об ощутимом росте спроса на водород было бы преждевременно, скорее, наблюдается вспышка интереса к возможностям по его использованию. Она вызвана двумя причинами: большой теплотворной способностью водорода, превышающего по аналогичному показателю другие виды топлива, и степенью безопасности его сжигания для природы — при нём выделяется вода, а не углекислый газ», — ответил руководитель департамента продаж ООО «Идемитсу лубрикантc рус» Дмитрий Парфёнов.

Так или иначе спрос всё-таки есть: сейчас 95% всего мирового водорода потребляют предприятия нефтеперерабатывающей и химической промышленности. Зачастую, используя специальные установки, они сами его и производят. Ещё часть водорода синтезируется с другими газами и участвует в получении тепловой и электрической энергии. Но, по словам представителей энергетической отрасли, годится водород для более широкого круга применения:

в сфере электроэнергетики в качестве углеродно-нейтрального топлива он способен накапливать энергию и использоваться как вторичный энергоноситель. Как в чистом виде, так и с примесью метана его можно использовать в системе газоснабжения для направления декарбонизации теплоснабжения и ЖКХ. Дальше больше — водород пригоден практически для любых видов транспорта, будь то автомобили или морские суда.  Проще говоря, его можно использовать как энергоноситель в отраслях, где необходимы возобновляемые источники энергии.

«Излишки электричества, добытого

в солнечные или ветреные часы, можно преобразовать и хранить в виде водорода, который затем (скажем, ночью или безветренные дни) будет опять преобразовываться в электричество или тепло. Также водород можно использовать непосредственно как топливо. Сейчас им заправляют примерно 25 тысяч машин во всём мире. Ведутся активные разработки морских судов на водороде (проекты ZEUS — Zero Emission Ultimate Ship, Zemships), возможно также оснащение этими системами электричек и других видов транспорта. Таким образом, в виде водорода мы имеем шанс получить экологически безвредный энергоноситель, который можно создавать с помощью практически неисчерпаемых ресурсов: воды, солнца и ветра», — уточнил руководитель департамента развития новых направлений бизнеса ООО «Тошиба Рус» Владимир Максимов.
 
Проблему может представлять пока только стоимость лёгкого газа. В Германии, например, на АЗС 1 кг водорода стоит 9,5 евро, поэтому стоимость заправки автомобилей на топливных элементах практически соотносится с заправкой бензиновой машины. Но, по словам эксперта, если цена водорода снизится до 5 евро, то водородные грузовики и автобусы дальнего хода станут более конкурентоспособны.

Как добыть?

Теперь другой вопрос: каким путём будет масштабно добываться самый лёгкий газ с низким «углеродным следом»? Ведь эксперты утверждают, что существует множество способов его производства.

До недавнего времени лёгкий газ получали наиболее выгодным способом — из природного газа и угля. Но этот водород не отличался низким содержанием углерода, потому основная цель его использования — переход к «зелёной» экономике — не имела возможности осуществиться. Кстати, такой водород с большим содержанием углерода называется «серым».

Теперь разработаны ещё два способа: добыча с помощью систем улавливания углекислого газа и путём электролиза воды. Последний способ считается наиболее перспективным: для его реализации нужно использовать только воду и атомную, гидро-, ветряную или солнечную энергию.

«Зелёный» водород, получаемый путём электролиза воды при помощи источника возобновляемой энергии, безвреден для окружающей среды. Как работает электролизный метод получения низкоуглеродного водорода?

«Наши инженеры создали мобильную электростанцию H2One, которая оснащена солнечными батареями, резервуаром с водой и устройством для электролиза. Солнечная панель генерирует электричество, которое, в свою очередь, питает электролиз воды, и мы получаем водород. Затем водород направляется в топливные ячейки установки для производства электричества и/или горячей воды», — рассказал на примере своей компании Владимир Максимов.

Фото: pixabay.com/AlexAntropov86
 
По его словам, в прошлом году в Японии компания Toshiba уже запустила опытный завод по производству водорода в Фукусиме. Объект получился весьма экологичным, так как электролизёр питается энергией от солнечных электростанций, мощность которых — 20 МВт. За год работы завода выходит 900 тонн водорода, а ведь этого количества газа достаточно для заправки 560 автомобилей и снабжения энергией 150 домов в сутки.

Водород, который добывают улавливанием углекислого газа, — это так называемый промежуточный вариант, «голубой». Но в мире пока преобладает производство «серого» водорода, что связано с дорогостоящей добычей «зелёного» и «голубого». Поэтому цель многих стран — развернуть масштабное производство крупных объектов добычи газа, и в это направление бизнесмены инвестируют всё с большей охотой. Такое рвение, в конце концов, должно привести к тому, что водород станет наиболее простой и дешёвой альтернативной энергией.

К тому же, как говорят специалисты, нефть, газ и уголь и сами вскоре подорожают. К примеру, месторождения нефти исчерпываются, и добытчикам придётся использовать скважины с тяжёлой и высокосернистой нефтью, что приведёт к значительному снижению качества сырья. Возникающие сложности в виде поиска новых месторождений и инновационных технологий добычи нефти и газа могут спровоцировать скачок их цены.

Тотальный подход

Как российское сообщество «охотников» за водородом делает шаги навстречу к масштабному производству лёгкого газа? Путей много, и все они находятся пока в состоянии зарождения. В одном из своих интервью директор Центра энергетики Московской школы управления Сколково Ирина Гайда сказала: основные водородные технологии сейчас находятся в начале кривой обучения. То есть, другими словами, пока стратегия в режиме разработки.
 
Не стоит забывать, что цель России в этой революции — выход на международный экспорт водорода. С учётом большого количества ресурсов нефти и газа в стране основными игроками в этой гонке станут нефтегазовые компании, которые могут совершенствовать технологию добычи водорода из природного газа. 

Фото: gazprom.ru

«Газпром нефть», например, вступила в Совет индустриальных партнёров консорциума «Технологическая водородная долина». Компания планирует участвовать в разработках технологий добычи, перевозки и хранения водорода. Улавливание углекислого газа корпорация тоже берёт на себя, ведь она занимается этим ещё с 2015 года. К текущему году «Газпром нефть» уже достигла производственных показателей в 100 тысяч тонн водорода для личного пользования. Представитель Центра промышленных инноваций «Газпром нефти» утверждает, что на данный момент разработка технологий производства водорода — основное направление их деятельности. Цель — добыча «голубого» водорода. Поэтому Центр занимается подготовкой к лабораторным исследованиям технологий, чтобы в будущем перейти к передаче этого газа в энергетическую промышленность.

А вот «Росатом» собирается добывать «зелёный» вид водорода путём электролиза с использованием атомной энергии. Пилотные установки на базе атомных электростанций корпорация планирует запустить к 2024 году. По заявлению научного консультанта гендиректора «Росатома», высока вероятность того, что компания к 2050 году сможет производить 50 млн тонн водорода.

Вообще в дорожной карте, разработанной правительством, указаны всего две вышеописанные корпорации, но активное участие в водородном бизнесе планирует принять и компания «Новатэк». Она изучает производство «голубого» водорода из природного газа с последующим захоронением углерода.

Ряд пилотных проектов, направленных на создание установок производства водорода, должен набрать обороты к 2024 году, и акцент всё-таки падёт на безуглеродную добычу.

Помимо планов строительства новых объектов производства водорода и модернизации старых, у России есть представление о том, что нужно делать для достижения цели: нужно развивать научную школу и кадровую составляющую страны. Разработка нормативной базы по стандартизации и устройству жизненного цикла от производства до использования водорода тоже в приоритете. Но все эти важные детали сочетаются в одном документе — дорожной карте развития водородной энергетики.

Каков план

В августе этого года премьер-министр Михаил Мишустин утвердил-таки концепцию развития водородной энергетики в России. Документ гласит: в ближайшие 4 года в стране будут созданы профильные кластеры и реализованы пилотные проекты.

И в далёком будущем, в 2050 году, правительство России видит себя главным экспортёром водорода на международном рынке. Планы — 50 млн тонн поставок газа за рубеж в год.

Кропотливая документальная и теоретическая работа правительства дала результат в виде трёхэтапного плана. Первый этап заключается как раз в образовании начальных проектов в течение 3,5 лет. За это время предполагается построить три производственных кластера. Один из них — Северо-Западный — будет производить водород в основном для экспорта в Европейские страны. Восточный, соответственно, предполагает поставку газа в азиатские страны, а арктический обеспечит электроснабжение Заполярья.

Следующие этапы включают более серьёзные планы на производство, нацеленное на экспорт и использование внутри страны в разных сферах. Постепенное внедрение водородных технологий премьер-министр объяснил стремлением минимизировать риски от потерь рынков энергоносителей и поддержать экономический рост отрасли.

Возможен ли экспорт?

Заинтересованные лица, в том числе представители правительства считают, что у России есть большой потенциал для того, чтобы стать мировым лидером по экспорту водорода.

Дмитрий Парфёнов высказался по вопросу актуальности становления России водородным экспортёром: 

«С экономической точки зрения водородный переход способен принести большую пользу российской экономике, так как экспорт продукции из нашей страны рано или поздно столкнётся с ужесточением требований к её углеродному следу (недаром в Европейском Союзе уже предлагается ввести трансграничный углеродный налог), и поэтому промышленным компаниям придётся пойти на большие инвестиции в экологизацию технологических мощностей. Снизить же углеродный след можно как раз за счёт активного развития водородной энергетики, но при условии, что её технологии обеспечат не только значительное снижение эмиссии парниковых газов в атмосферу, но и низкие энергетические издержки».

Фото: ptpa.ru

Эксперты называют несколько преимуществ успешного развития стратегии. О них рассказал Владимир Максимов. Первое и, однако, наиболее весомое преимущество — географическое положение страны позволяет быть вблизи потенциальных рынков сбыта, к Европе и Азии.  Там ведь Япония, а она вместе с США уже стабильно использует водород в качестве топлива и электроэнергии. Для сравнения с другими странами, претендующими на место главного поставщика водорода, можно упомянуть Австралию: у страны из всех путей сбыта только один — морской — и тот очень дорог. А в России в плане способов экспорта есть где разгуляться. Если опустить доставку наземным транспортом, то остаётся ещё один, даже наиболее удобный, — перегон водорода с помощью газотранспортной отрасли. К тому же, по исследованиям итальянской компании Snam, около 10% водорода можно добавлять в магистральные газопроводы.

Козырями у России выступают две газовые инфраструктуры: «Северный поток» и «Северный поток — 2». По ним можно пускать хоть природный газ, хоть водород, можно даже смешивать их, и это будет выгодным решением. Единственное, что заставляет сомневаться в успешности этого плана, — это риск того, что весь получаемый водород пойдёт за рубеж, а промышленность внутри страны останется ни с чем.

«Второе конкурентное преимущество — большой запас ресурсов (природный газ, вода) и мощная энергосистема, которая может послужить базой для выработки водорода разными способами: паровой конверсией метана, в том числе с технологией захвата и хранения углекислого газа, или методом электролиза на базе ГЭС и АЭС.

Однако в целом показатель общей мощности российских солнечных и ветровых электростанций растёт медленнее мирового темпа. Это значит, что стать крупным поставщиком «зелёного» водорода в ближайшие годы Россия не сможет из-за недостатка производственной базы», — добавил г-н Максимов.

Сейчас в России пока только один экспортёр газа — «Газпром». Но серьёзную конкуренцию компании составит и «Росатом».

Фото: pixabay.com/piviso

Эксперты считают, что добиться конкурентоспособности на международном рынке не так просто, потому что производителей чистого топлива и стремящихся к этому делу стран в мире очень много.

Основная надежда на успешный экспорт в будущем заключается в предполагаемой дешевизне водорода, которая позволит продавать его в другие страны, не беспокоясь за расходы на логистику.

Немаловажны и отношения России с иностранными партнёрами по развитию водородной энергетики. Особенно со странами ЕС и Азиатско-Тихоокеанского региона, где разработаны полноценные программы на перспективу развития. Для того чтобы иметь поддержку и интерес со всех сторон, правительство ведёт переговоры с Германией и Японией. Особое внимание уделяется взаимодействию российских компаний с японскими органами власти.

Опасная игра

«Кому выгодно постоянно говорить о водороде? Его производителям. Сейчас это очень узкий профиль, конечно, каждому производителю хотелось бы продавать свой продукт как можно большими объёмами, но сейчас населению этот продукт не нужен, он не массовый. Поэтому производители водорода в первую очередь постоянно говорят о том, какое это «экологичное топливо», но никогда не говорят о его минусах и затратах», — считает эксперт в сфере электроэнергетики, генеральный директор «Донэнерго» Сергей Сизиков.

А ведь действительно, если водород имеет столько преимуществ, почему о его использовании задумались только недавно? Что кроется за революцией?

Фото: gazprom.ru

Долго думать не пришлось, ответ нашёлся сам: Россия на международном рынке является одним из главных поставщиков угля, нефти и природного газа. Думается, как-то это не соотносится с развитием «зелёной» энергетики. Но на самом деле всё не так просто. В связи с тем, что уже взят курс на низкоуглеродный водород, все страны независимо от России планируют отказаться от вредного сырья. Соответственно, правительство видит в производстве водорода не только качественную замену угля и нефти, но и экономическую подоплёку. Если кто-то и выиграет от этого перехода, то точно не производители угля и нефтегаза.

«Пострадать от водородного перехода в первую очередь может угольная отрасль: он может привести к резкому падению спроса на уголь и, соответственно, снижению его добычи», — сказал Дмитрий Парфёнов.

Вероятно, с этой проблемой придётся смириться, но есть ещё одна более веская причина для сомнений в надобности водородного переворота — оксид азота.

И ведь странно, почему чиновники при разработке проектов по развитию не придали этому значения. Дело в том, что в результате сгорания водорода выделяется большое количество оксида азота, который в разы опаснее углекислого газа. Что это значит? А именно то, что на электростанциях с использованием водорода для получения энергии нужно будет ставить дорогое оборудование для выделения из атмосферного воздуха кислорода. А теперь представим, сколько затрат потребует переоборудование электростанции для работы с водородом, и прибавим к этому круглые суммы на установки. Г-н Сизиков считает, что из-за этого водородное топливо будет очень дорогим и не таким уж «зелёным». Всё потому, что для его производства нужно будет перевозить сырьё на дизельных грузовиках и сжигать топливо на электростанциях. Это определённо не радужные перспективы для действующих электростанций.

Теперь перейдём к реальности перехода с природного газа на водород в бытовом плане. Проблема заключается в следующем: водород не подходит к использованию его в быту, потому что химические характеристики его горения не соответствуют нормам безопасности. Следовательно, если природный газ прекратят пускать по трубам, то придётся переоснащать весь жилой фонд на использование электроэнергии. Этот процесс займёт уйму времени и ресурсов.


Для сравнения с другими странами, претендующими на место главного поставщика водорода, можно упомянуть Австралию: у страны из всех путей сбыта только один — морской — и тот очень дорог. А в России в плане способов экспорта есть где разгуляться. Если опустить доставку наземным транспортом, то остаётся ещё один, даже наиболее удобный, — перегон водорода с помощью газотранспортной отрасли.


Есть кое-что ещё интересное в идее «водородного мира»: водород в совокупности с кислородом — это бомба. И если углекислый газ вреден и портит экологию, то с ним можно бороться зелеными насаждениями и улавливанием его из дыма заводов, а вот защититься от взрыва водорода уже проблематично. В пример можно привести страшную катастрофу в 2011 году в Фукусиме или то, как в щепки разлетелся американский шаттл «Челленджер» и астронавты вместе с ним. Использовать водород в качестве топлива равнозначно жонглированию атомной бомбой или игре в русскую рулетку. В документе, который подготовил Институт энергетических исследований Российской Академии наук и Аналитический центр при правительстве РФ, сказано:

«Главная проблема современных водородных автомобилей — их высокая пожаро- и взрывоопасность (молекулы водорода способны проникать в структуру металла кузова или бака, просачиваясь из автомобиля наружу, что может привести к детонации)».

И эта опасность относится не только к автомобилям, но и к энергетике, авиастроению и другим сферам, где планируют использовать водород. Сгладить потенциальную опасность может только толстая сталь особых марок. Но это взрывоопасной технике только добавляет стоимости.

Очень ёмко подытожил очевидные причины отказаться от развития водородной энергетики в нашей стране Сергей Сизиков:

«Добыча водорода не такое простое занятие, производство есть не во всех странах, например, у нас в России таких предприятий меньше 20 на всю страну. Другая проблема — транспортировка и дальнейшее хранение водорода. Этот процесс сложнее, чем такие же действия с природным газом. Водород нужно хранить под очень высоким давлением, малейшая утечка приведет к большим негативным последствиям. Построить инфраструктуру для заправки транспорта водородом очень дорого, я бы даже сказал, это будет экономически невыгодно».

Фото: rawpixel.com

Смена лидеров

Говорить о том, временный ли это тренд или серьёзный и на самом ли деле к 2050 году весь мир будет сидеть на водородной бочке, пока рано. Сейчас запускаются пилотные проекты, и все силы уходят на развитие технологической и научной базы. К тому же, по заявлению генерального директора государственной корпорации «Российская корпорация нанотехнологий» Анатолия Чубайса, революция в энергетике повлечёт собой смену мировых элит. О чём говорит советник президента? Намекает г-н Чубайс на то, что революция спровоцирует перегруппировку и выход во главу рынка новых экономических лидеров. Это общество главенствующих компаний образует мировую элиту 21 и 22 веков. Факт этой перспективы политик называет как ударом для страны, так и открытием новых возможностей.

И речи тут об экологии и низкоуглеродном водороде нет — может, за прикрытием «экологичного будущего» скрывается только экономический интерес? Но подход у правительства обстоятельный: для того чтобы подготовить экономику к революции, планируют даже создать рабочие группы. Что это будут за специалисты, пока неясно, но можно представить агитационные сообщества, которые лозунгами и «кричалками» попытаются снизить мировой спрос на нефть и газ.


Помимо планов строительства новых объектов производства водорода и модернизации старых, у России есть представление о том, что нужно делать для достижения цели: развивать научную школу и кадровую составляющую страны. Разработка нормативной базы по стандартизации и устройству жизненного цикла от производства до использования водорода тоже в приоритете.


«Промышленные страницы Сибири» №5 (160) август-сентябрь 2021г.

скачать pdf


№5 (160) 2021 Промышленные Страницы Сибири
Прочитать другие публикации на Calameo

Текст: Анастасия Семёнова.




© 2006-2012. Все права защищены. «Единый промышленный портал Сибири»


Цитирование приветствуется при условии указания ссылки на источник - www.epps.ru

© Создание сайта - студия GolDesign.Ru