Руководитель Центра компетенций технологического развития ТЭК Минэнерго России Олег Жданеев рассказывает о государственной политике в сфере развития водородных технологий (по материалам выступления)
Водородная энергетика в настоящее время рассматривается как один из основных инструментов декарбонизации мировой экономики, диверсификации поставок энергоносителей. Так, Великобритания объявила о выделении 500 млн фунтов стерлингов на водородную энергетику и о создании венчурного фонда зеленых технологий на 1 млрд. Общую массу денег, выделяемых на развитие водородной энергетики, невозможно не заметить. Водород рассматривается в качестве драйвера роста, необходимого для выхода из постковидного кризиса. Если посмотреть на программы, в которых декларируются те или иные экономические механизмы выхода из кризиса, значительная часть посвящена водороду. Этот носитель рассматривается как одно из решений по накоплению энергии в связи с широким распространением возобновляемых источников энергии (ВИЭ), ростом их доли в энергобалансе по всему миру.
Для нашей страны эти тренды сопряжены с дополнительными особенностями. Процесс декарбонизации экономики может существенно повлиять на потребление традиционных энергоносителей, в частности, природного газа в Европе. Сценарий ускоренной декарбонизации предусматривает полную перестройку энергетической системы Европы со значительным расширением масштабов ВИЭ, водорода, биометана, снижением доли ископаемых топлив. Дополнить уже действующую дискриминацию российского ТЭК на энергетических рынках могут ограничения под предлогом реализации климатической и экологической политики, диверсификации источников импорта, изменения нормативно-правового регулирования в сфере энергетики. Если в 2019 году в мире было около 50 водородных инициатив, то в 2020 году количество их увеличилась кратно.
Приоритетным направлением развития водородной энергетики является транспортный сектор. Существует примерно 40 государственных политик в этом направлении; 11 стран проводят политику стимулирования водорода в транспортном секторе, а девять – реализуют национальные «дорожные карты» по развитию водородной энергетики.
Прогнозы развития рынка водорода имеют значительную неопределенность и широкий диапазон оценок, что в некоторых случаях объясняется заинтересованностью авторов прогнозов и варьируется от миллиардов тонн до десятков миллионов тонн. Фактически развитие мировой водородной энергетики будет зависеть в первую очередь от реализации государственной политики стран в области декарбонизации и темпов развития технологии. Невозможно не замечать количество средств, выделяемых на развитие в области водорода энергетики; зачастую это количество средств выделяется в ущерб традиционному развитию возобновляемых источников энергии. По некоторым оценкам, в 2020 году на развитие НИОКР по традиционным невозобновляемым источникам энергии выделено на 40% меньше денег.
Конкурентным преимуществом нашей страны в развитии водородной энергетики является технологический задел. Уместно вспомнить, что в 1989 году свой первый полет выполнил Ту-155 с использованием двигателя на сжиженном водороде. Географическое положение, наличие ресурсов дают возможность создания экспортно ориентированной водородной энергетики в новом формирующемся сегменте мирового энергетического рынка. На внутреннем рынке, кроме экологической повестки, это снижение затрат на энергоснабжение удаленных и изолированных территорий, а также зон с высокими требованиями экологичности – заповедников, курортов, Арктики. Создание внутреннего рынка водорода может быть одним из приоритетных направлений развития водородной энергетики.
Среди конкурентных преимуществ России для производства водорода – значительный энергетический потенциал и ресурсная база, том числе в сфере зеленой энергетики. Это большие запасы пресной воды, наличие недозагруженных генерирующих мощностей, перспектива строительства новых генерирующих объектов безуглеродной энергетики – АЭС, ГЭС. Существенный прирост ожидается и по ВИЭ. Конкурентное преимущество при выходе на глобальный рынок водородного топлива связано с логистической близостью к рынкам сбыта водорода, развитой системой трубопроводного транспорта, наличием отработанных в промышленности технологий паровой конверсии метана и электролиза, научный задел в транспортировке и хранении водорода.
В настоящий момент примерно 95% потребления очищенного водорода обеспечено двумя источниками: нефтепереработка и производство аммиака. Спрос со стороны промышленности на водород, смешанный с другими газами, составляет около 40 млн т. В текущей технологической парадигме рост спроса на водород со стороны производства аммиака, метанола, металлургии и прочих отраслей прежде всего стимулируется спросом на конечную продукцию этих отраслей, что в свою очередь обусловлено экономическим ростом.
Подавляющая часть водорода в настоящее время производится из ископаемого топлива, около 60% вырабатывается на специализированных установках, где он является основным продуктом. Практически весь очищенный водород производится из природного газа и угля. Основной недостаток получения водорода из природного топлива – это выбросы в атмосферу большого количества диоксида углерода. Эти выбросы могут быть существенно (до 90%) снижены за счет применения технологий улавливания и хранения углекислого газа.
Наиболее эффективным способом получения водорода с низким углеродным следом является централизованное производства на базе технологий паровой конверсии метана и газификации угля с обеспечением улавливания углекислого газа. Это производство электролизом воды на базе электроэнергии АЭС. Углеродный след при производстве водорода электролизом зависит от источника электроэнергии. При производстве водорода электролизом благодаря электроэнергии из общей энергосистемы страны углеродный след превышает показатели производства водорода из природного газа. Производство зеленого водорода на базе ВИЭ наиболее затратно, что обусловлено стоимостью электроэнергии. Наиболее капиталоемкая из рассматриваемых технологий – электролиз, хотя, по прогнозам, стоимость электролизеров будет снижаться и, по оценке GP Morgan, с текущих 1000–1200 долларов за киловатт упадет до 100 долларов за киловатт к 2050 году.
Пиролиз метана – одна из перспективных технологий производства водорода из природного газа; процесс представляет собой прямое термическое разложение метана на водород и углерод, что позволяет избежать высоких выбросов диоксида углерода. Углеродный след в этой технологии находится на уровне от 2 до 5 кг диоксида углерода на килограмм водорода; оценочная стоимость – в районе 1,5 долл. за килограмм. Одна из наиболее перспективных технологий – атомно-водородная энергетика, где способом обеспечения процесса производства водорода является использование энергии высокотемпературного газоохлаждаемого реактора.
В связи с целой «цветовой палитрой» получаемого водорода важно иметь технологии, которые позволяли бы отслеживать «неизменность цвета» от момента производства до потребления.
В рамках развития водородной энергетики России необходимо рассматривать как технологии голубого, так и зеленого водорода, так как в обоих направлениях у страны есть конкурентные преимущества, обусловленные стоимостью сырья и энергоресурсов.
В настоящее время все традиционные и перспективные способы хранения и транспортировки водорода основаны на применении высокого давления или низкой температуры, а также химических веществ или смесей, обратимо сорбирующих водород, либо химических веществ, в которых водород может быть обратимо превращен в ходе химических реакций в другие элементы. Проблема хранения и транспортировки водорода до настоящего времени в полном объеме не решена. Продолжается активный научно-технический поиск и апробирование новых, совершенствование традиционных способов.
Выбор способа хранения водорода в основном зависит от продолжительности; наиболее конкурентоспособные технологии долгосрочного сбережения водорода – соляные пещеры для газообразного хранения. В краткосрочном периоде это хранение в сжиженном и сжатом виде.
Важно отметить, что развитие водородной энергетики, как и в целом отраслей ТЭК, взаимосвязано с развитием смежных отраслей, поэтому критически важно, чтобы в стратегиях развития радиоэлектронной промышленности, металлургии, химпрома появлялись соответствующие разделы. Необходимо отметить важность координированной работы отраслевого сообщества; по ряду направлений участники работают в некотором смысле в отдельных нишах.
Какие мероприятия по реализации государственной политики осуществляются или запланированы Минэнерго России? С 2019 года функционирует группа по развитию водородной энергетики; в 2020 году создана подробная технологическая карта технологий, которые существуют или будут перспективно разрабатываться. В 2021 году в рамках выполнения пунктов «дорожной карты», принятой летом 2020 года, будет создан проектный офис и сформирована межведомственная рабочая группа по развитию водородной энергетики. Для ускоренного движения и получения достойной по нашим возможностям доли рынка необходима консолидация усилий в рамках государственной технической и технологической стратегии развития. Этот подход в том числе включает выработку отраслевых требований к технологиям и методикам испытаний, создание объединенных индустрий, испытательных полигонов.
Алексей Комольцев для журнала РЭА
