Фото: Пресс-служба ЦКНТИ «Технологии новых и мобильных источников энергии»
С вопросами о перспективах водородной отрасли в России и мире, о роли Росатома в становлении нового технологического уклада, ожидаемых преимуществах и возможных рисках «Вестник атомпрома» обратился к одному из ведущих специалистов в области водородных технологий, руководителю Центра компетенций национальной технологической инициативы «Технологии новых и мобильных источников энергии», доктору химических наук Юрию Добровольскому.
— Юрий Анатольевич, в августе этого года правительство РФ утвердило Концепцию развития водородной энергетики. Привносит ли этот документ какие-либо изменения в работу, которая уже развернута в Росатоме и других компаниях в рамках их водородных программ?
— Работа во многих компаниях началась раньше принятия Концепции и других программных документов. Напомню, водород нашел место в обновленной Энергетической стратегии 2020 года, в октябре прошлого года принят план до 2024 года (дорожная карта), готовится Стратегия по развитию водородной энергетики. В последний год крупные компании активно интересуются водородом, поскольку в их интересах сохранение и усиление рыночных позиций. Экспортеры убедились в неизбежности трансграничного углеродного налога, который придет в 2026-м, единственный способ избежать его — это «озеленить» производство. Вся нефтегазодобыча и переработка связаны с выбросами углекислого газа и метана, которые придется снижать, но теперь уже и внутреннее использование водорода в процессах переработки компаниям стало интересно.
Поэтому большинство крупных компаний имеют или готовят водородные программы. Так, на днях была озвучена стратегия Газпрома — некоторые оценки в ней пессимистичны по датам, но изначально консервативная позиция уже в прошлом. Интересы крупных игроков различны, поэтому подготовку федеральных документов сопровождали споры, и полученная Концепция — это компромиссный вариант между разными точками зрения. Исключены полярные позиции — и что водородом заниматься незачем, и что незачем заниматься чемлибо, кроме водорода. Установлено, что развивать надо и экспортные возможности, и внутренний спрос; что найдется место и традиционным поставщикам энергии, и новым игрокам. По всем позициям удалось найти золотую середину. Но как раз золотая середина мало кого устраивает — все стороны недовольны, поскольку победила не их «единственно правильная» позиция, а компромисс.
В Концепции можно выделить несколько частей: производство водорода, стратегия экспорта и внутреннего потребления, хранение и транспортировка, создание новых рынков для отраслей, которые могут пострадать от углеродного налога. Лидирует в идее экспорта, пожалуй, именно Росатом: его проекты и на Сахалине, и на Кольском полуострове ориентированы преимущественно на внешнего потребителя. Выделены организационные ресурсы, некоторые проекты вышли на стадию ТЭО. Понятно, что в крупных компаниях и корпорациях эти и другие проекты развиваются неторопливо — но в целом видно, что альтернативных путей нет. Кроме того, в Концепции обозначен новый рынок — «зеленая» металлургия. Многие российские металлургические производства уже чище европейских, но «голубоваты» в энергопотреблении и поэтому пытаются найти ниши «озеленения», в том числе водород.
Лидером по развитию таких проектов выглядит «Металлоинвест», но и другие, например «Северсталь», формируют ТЭО. Более-менее близки к реализации проекты в сфере транспорта: они начали развиваться до формирования Концепции. Это связано с тем, что на сегодняшний день водородный транспорт уже просчитывается как экономически выгодный даже без учета углеродных налогов, и этот сегмент рынка сможет приобретать большие объемы водорода уже в ближайшем будущем. Российскими лидерами в разработке водородных транспортных средств выступают НАМИ (водородный AURUS), КАМАЗ: они заблаговременно начали разработку транспортных средств, уже демонстрируют опытные образцы. Другие автомобильные компании, меньшего масштаба, также включаются в разработки.
Для водородного автотранспорта сложности связаны с инфраструктурой заправок. По стоимости эта сеть проигрывает электрозаправкам, и, по большому счету, именно это лимитирует приход водорода в транспортную сферу. Проекты создания заправочных сетей сложны, они включают и производство, и транспортировку, но целый ряд компаний интересуется такими решениями. Нефтегазовые компании свою нишу ищут именно в заправочном сегменте, типичный пример — «Газпром нефть», которая стремится выйти на снабжение будущего проекта водородного транспорта Москвы. Полагаю, что развитие водородного транспорта в столице резко ускорится, когда определит свою позицию Департамент транспорта. Уже есть меморандумы Роснано, КАМАЗа, правительства Москвы по производству пассажирских водоробусов, но конкретные цифры еще не определены. Опять же идет проработка, обсуждение концепции, ТЭО и так далее.
Активно действует ОАО «РЖД»: там рассматривается несколько проектов по подвижному составу, вариантам электрификации магистралей с использованием водорода и в целом возобновляемой энергетики. РЖД участвует в совместном проекте с Росатомом на Сахалине. Высшее руководство железных дорог действительно весьма интересуется тематикой «озеленения» их отрасли, чему лично я получил подтверждение: на выступление мне дали 20 минут сверх регламента, что случается на совещаниях железнодорожников очень редко. РЖД тоже не самая быстрая система, но они заинтересованы в развитии ВЭИ (например ветрогенерации) в зонах вдоль крупных магистралей, таких как Транссиб: это возможность создать генерирующие мощности, производить водород для собственных нужд, транспортировать его.
Словом, водородная энергетика, а точнее, водородная экономика (потому что водород меняет структуру в целых производственных отраслях, а далеко не только в энергетике) формируется, но причина этому не влияние федеральных программ, а общее направление развития в мире. Значимый для нас фактор развития заключается в том, что часть руководства страны, эксперты министерств и крупных компаний убедились: водород действительно наступает, и пора предпринимать активные шаги. В дорожной карте, принятой осенью 2020 года, бюрократы немало срезали из более прогрессивного варианта, но концепция августа 2021 года написана уже более инженерно. Можно рассчитывать, что Стратегия будет совсем техническим документом — разработкой не менеджеров, а экспертов-технологов.
— Насколько предсказуем успех проектов Росатома — и Сахалинского, и Кольского?
— Комплексные проекты Росатома, особенно Сахалинский, выглядят масштабно. Если рассуждать о рисках, они просматриваются прежде всего в синхронизации усилий других участников проектов — смогут ли различные большие компании согласовать и одновременно реализовать все проекты, что сегодня представлены в презентациях. Настороженность вызывают сроки, суммы и масштаб, которые озвучиваются. Хотелось бы увидеть задуманное воплощенным в реальности: если эта работа будет выполнена, то получится один из красивейших в мире проектов. Хотя не радует то, что сегодня на Сахалине планируется использовать большие объемы импортных технологий. Понятно, что это снижает риски и ускоряет сроки реализации, но нам нужно развивать российскую промышленность, тем более что именно эта цель — найти место российским разработчикам и изготовителям оборудования — отражена в федеральных документах.
Понятно, что у нас нет в настоящее время таких игроков, которые могут обеспечить заданные требования, поэтому для выдерживания сроков и снижения рисков Росатом вынужден задействовать импортных поставщиков, готовых гарантировать результат. Кольский проект также выглядит убедительно, но есть проблемы — не в технологиях электролиза и их дороговизне (эти факторы не определяющие), а в транспортировке водорода. Избыточные мощности, которые сегодня есть в регионе, не настолько велики, чтобы создать перспективный кластер для производства водорода,— хотя их более чем достаточно для отработки технологий и экономических моделей. Главная сложность Кольской площадки, которая вроде бы близка к Европе,— это удаленность от инфраструктуры. Если Сахалин может быть связан морским транспортом со всеми огромными рынками Азии, а также через Севморпуть с Европой, то Кольская АЭС дальше от готовых маршрутов, и проблема не столько в получении водорода, сколько в его хранении и транспортировке. Для Кольского региона проблема сбыта не является неразрешимой, можно рассмотреть много вариантов помимо экспорта. Возможно, именно сбыт водорода для внутренних потребностей может стать основой для экономики этого проекта, тем более что цель площадки сейчас — именно отработка технологий. Наверное, для производства водорода следует рассмотреть сочетание ВИЭ (в регионе активно развивается ветрогенерация) и атомной генерации.
Для сбыта водорода за пределы региона потребуется создание транспортной инфраструктуры. Самая дешевая транспортировка — по трубопроводам, однако оператором этих систем выступает наша газовая монополия. Есть спорные вопросы из сферы материаловедения: можно ли и в каком количестве добавлять водород в магистральные газопроводы. Это все тоже решается, но, полагаю, что пробиться в газопроводы со своей продукцией и иметь независимую роль будет сложно. Не исключено, что перспективнее найти другие решения для накопления и транспортировки. Например, учесть то, что при низком давлении водород хранится безопасно, долго и дешево. Возможно, следует рассмотреть строительство специализированного газопровода для отгрузки на водный транспорт — крупнотоннажные поставки на судах сейчас наиболее перспективный метод транспортировки. Также водород может быть эффективным топливом для бункеровки самих судов.
Есть еще одна нерешенная проблема для экспорта водорода с Кольской АЭС. Эта площадка расположена близко к Европейскому союзу, одному из привлекательных рынков. Но в некоторых странах Европы существует огромное сопротивление тому, чтобы энергию АЭС признавать зеленой наравне с ВИЭ, и такое же отношение переносится на «оранжевый» водород. Сложно оспаривать низкоуглеродность атомной энергии, но сопротивление ядерным технологиям в целом остается.
На мой взгляд, Росатому в связке с Министерством иностранных дел РФ, экономическими и энергетическими министерствами важно сконцентрировать усилия на лоббировании интересов ядерных технологий за рубежом. Тем более что для этого есть и союзники — так, Франция в полемике с Германией отстаивает позиции ядерной отрасли; контакты выстроены на уровне профильных энергетических ведомств, участвуют сотни экспертов. Российский голос в европейской энергетической полемике формально представлен, но это лишь несколько человек, и скорее дипломаты, чем эксперты от энергетики. Чтобы действительно заложить основу для присутствия атомной энергетики в водородной повестке, Росатому нужно включаться в этот огромный пласт работы. Иначе, получив «оранжевую» окраску, атомный водород можно будет направлять лишь на часть рынков, также ожидая дискриминации, либо на внутреннее потребление.
Но, если сбыт в Европу с Кольской площадки проблематичен, можно рассмотреть возможность поставок в Санкт-Петербург, этот мегаполис с высокой степенью вероятности станет после Москвы вторым по значимости регионом, где будет тестироваться водородный уклад экономики. Как обеспечить транспортировку продукции — вопрос открытый; полагаю, надо оценить внутренние водные маршруты и возможности строительства трубопровода до терминала. Так, расстояние от Полярных Зорь до Кандалакши, где есть глубоководный круглогодичный морской терминал с выходами на Севморпуть и в Беломорско-Балтийский канал, меньше 25 км — это вполне решаемый вопрос.
— Можно ли рассчитывать на водород как источник накопления энергии в больших количествах — для балансирования выработки, с направлением его на специализированную турбину для генерации в моменты максимума?
— Что касается водорода как способа хранения энергии, это не лучший способ — аккумуляторы выигрывают в КПД; есть и технические проблемы высокотемпературного горения водорода, но поиск качественных решений идет. В целом водород как продукт сегодня не столь актуален для большой энергетики, это скорее возможность «озеленения» всей экономики. Основные проекты ожидаются не в электрогенерации, а в энергопотребляющих производствах: металлургии, стекольной промышленности, производстве цемента и удобрений, даже в нефтехимии. По всей видимости, именно ставка на эти задачи позволит и выстроить экономику самих водородных проектов, и сделать максимально весомый вклад в климатическую повестку. Впрочем, в электроэнергетике есть области, где использование водорода выгодно. Прежде всего — балансирование систем с большой долей ВИЭ, работающих циклично.
На Сахалине, возможно, возникнет интересное сочетание газовой и ветрогенерации с водородом (это, как я отметил, актуально и для Кольского проекта). И хотя аккумуляторное хранение энергии имеет более высокий КПД по сравнению с водородом (65% против 50%), водород хранить выгоднее. По большому счету аккумуляторы и водород и в электроэнергетике, и в транспорте — это взаимодополняющие проекты. Если нужно «спрямлять» генерацию во время безветрия в коротких циклах, то нужны аккумуляторы; если циклы длительные — лучше, безусловно, водород.
Так же и в транспорте, где в развитой инфраструктуре выигрывает аккумулятор, а на длинном плече перевозок — водород. Для нужд энергосистем сегодня более перспективным видится масштабирование производства топливных элементов. Они пока сравнительно дорогие, но по эффективности преобразования уже превосходят турбину, предпочтительны по экологическим параметрам, не предполагают высокой температуры и давления — то есть дешевле и проще в эксплуатации. Полагаю, что для Кольского полуострова с его холодным климатом накопление водорода будет актуально для обогрева, при использовании в качестве топлива для котельных. Тогда, действительно, накопленные в теплое время запасы можно будет расходовать зимой. Технологии длительного хранения водорода имеют огромный, десятикратный запас для снижения стоимости — если аккумуляторные технологии и технологии топливных элементов более-менее достигли своего предела, то здесь есть большие возможности. Кроме того, по прогнозам за 5 лет электролизеры тоже должны упасть в цене за счет массовости производства (хотя пока цена растет в силу возросшей потребности: пилотные проекты водородной энергетики вызвали спрос, а производство не успевает).
— Какие «лакуны» производственных цепочек Росатом может решить своими силами либо в кооперациях?
— Их много, но следует учитывать следующий фактор. В силу исторических причин и особенностей деятельности Росатом склонен замыкаться на собственных компетенциях. В атомной отрасли они бесспорны, но в водородной тематике лидеры ушли далеко вперед. Надо более комплексно смотреть на задачу, не нужно воспринимать водород как повод загрузить свои производства с заделами 1960-х. А нужно создавать новые кооперации и новые производства.
Самым простым путем была бы локализация импортных технологий, но для водорода в ближайшее время это сложно, поскольку все занимаются построением водородной экономики, и оборудование заказано на годы вперед. И, пожалуй, не стоит форсировать локализацию и масштабирование производства, рынок сбыта лишь возникает и его емкость и структуру невозможно оценить. Хотя и сидеть в ожидании не следует — по крайней мере до 2026 года все цифры понятны, можно действовать в доступном масштабе. Другой аспект в том, что деятельность Росатома — это «двойное назначение», есть риск попасть под действие списков нераспространения, не говоря уже о политических рычагах.
Если даже на рынках нефтегазового сырья этот инструмент используется, тем более он будет применен в этом случае, когда конкуренция обострится. Поэтому надо создавать российские кооперации, и эту задачу в Росатоме тоже решают, но это сложно: скорее, пока видны попытки опереться на внутренние ресурсы госкорпорации. Впрочем, потихоньку точка зрения крупных компаний, корпораций меняется: идет поиск хотя бы мелких фирм, которые производят что-то в этой области. Кроме того, действительно может сложиться непрофильный бизнес, опирающийся не на атомную генерацию и специфические компетенции, а на широкий спектр возможностей.
— Следует ли полагать, что в таком случае перспективно создание «песочницы» для отлова инноваторов водородной тематики?
— Водородная энергетика сегодня пока еще не для инноваторов: «песочницы» и акселераторы нужны, когда надо совершенствовать известный процесс. Сейчас нужна работа по накоплению исконных компетенций. В России они сконцентрированы в академической среде и намного меньше в производствах. Мы в демонстрационном центре компетенций НТИ пытаемся выстраивать этот мостик, связать живые и активные островки. Получается диалог и с Росатомом, но есть много возможностей сделать работу динамичнее. Понимая специфику госкорпорации, думаю, что должны выстраиваться кооперации внутренних организаций и предприятий Росатома с мелкими разработчиками и производителями — электролизеров, топливных элементов и так далее. Госкорпорация в целом, и особенно ТВЭЛ, делают шаги в этом направлении. Я хорошо вижу это, поскольку сам работаю с этими мелкими производителями.
— Есть ли смысл сосредоточиться на высокотемпературных реакторах для промышленного производства водорода в альянсах с сегодняшними добывающими компаниями?
— Метод паровой конверсии с возможным использованием тепла атомных установок имеет существенный недостаток — выбросы углекислого газа, что не будет одобрено мировым сообществом. Термолиз, предполагающий более сложный энергонапряженный процесс, будет давать в отходы чистый углерод: его захоранивать легче, чем двуокись, но опять же мировая ситуация складывается так, чтобы уйти в целом от углеводородного сырья, и не важно, есть ли при этом выбросы в атмосферу. В этом нет никаких теорий заговора, но есть все основания считать, что Запад действительно определился с новым технологическим укладом. И если мы сохраняем европейский вектор развития, то должны встраиваться в общую концепцию. По всей видимости, к 2050 году большая часть водорода будет «зеленой», а углеводороды будут вытесняться все больше. Поэтому решения с термолизом, паровой конверсией если и следует рассматривать, то лишь на перспективу двух-трех десятилетий. Но, обосновав экологичное будущее атомной генерации, этот коридор возможностей можно открыть.
Также можно искать другие пути. Например, есть весьма интересный метод высокотемпературного электролиза на твердооксидных топливных элементах: если на электролизер подать дополнительное тепло, то его условный КПД относительно электричества вырастет больше 100%. Нагрев требуется на уровне 600–800 °C, так почему бы не использовать для этого ядерную энергию?
Алексей Комольцев для «Вестника атомпрома»
