В зарубежных странах использование водорода на транспорте и в энергетике – перспективное направление, на которое возлагаются большие надежды. Экологичность и возобновляемость – все это делает водород достойной альтернативной традиционным видам топлива. Однако Россия идет своим путем, предпочитая по-прежнему использовать этот газ в основном только на химических производствах и НПЗ.
Компания Creon Energy провела II международную конференцию “Водород 2014”. Директор департамента углеводородного сырья компании Анастас Гатунок в приветственном слове отметил, что в последние годы в России наблюдается положительная динамика в развитии нефтепереработки и нефтехимии – отраслях, где водород используется в различных процессах в качестве сырья. Модернизируются действующие мощности, вводятся в строй новые. В нефтепереработке широко внедряются процессы гидрокрекинга и гидроочистки, а нефтехимические предприятия, активно сотрудничая как с российскими, так и с зарубежными производителями водородных установок, все чаще реализуют on-site проекты. Гатунок предложил обсудить развитие водородной энергетики в России и за рубежом.
Александр Раменский, вице-президент по России и СНГ Международной ассоциации водородной энергетики (IAHE), зачитал приветствие участникам конференции от президента МАВЭ Т.Н. Везироглу. В свою очередь Анастас Гатунок поздравил г-на Везироглу с личным юбилеем и отметил, что для МАВЭ 2014 г. также является знаковым – исполняется 40 лет с момента ее основания.
Руководитель отдела аналитики Creon Energy Лола Огрель сравнила мировой и российский рынки водорода и обозначила тенденции развития. В структуре производства промышленных газов в России водород занимает около 15%. Сфера его применения широка (химия и нефтехимия, металлургия, пищевая, стекольная, электронная, электротехническая промышленность). Потенциально водород может использоваться в двигателях внутреннего сгорания, газовых турбинах и топливных элементах. Этот газ имеет практически неограниченную сырьевую базу. Его получают и выделяют физическими, электрохимическими и химическими способами. Основной из них – каталитическая конверсия природного газа. В большинстве случаев конверсионные установки входят в состав крупнотоннажных комплексов по производству аммиака и метанола. Объем мирового производства водорода оценивается в 55-58 млн. т. Доля России составляет примерно 8%, в 2013 г. в стране было произведено почти 4.5 млн. т. За последние годы структура производства водорода в России изменилась. Доля химической промышленности сократилась с 80% до 70%, при этом заметно выросла доля водорода, производимого на нефтеперерабатывающих предприятиях. Наибольший объем прироста производства водорода отмечен в стекольной промышленности – за 2004-2013 гг. более чем в 3 раза. В отличие от других промышленных газов водород в России практически не является товарным продуктом: чаще всего он вырабатывается и используется на одном и том же предприятии. В 2013 г. в структуре потребления водорода преобладало производство аммиака (55%), далее идут нефтепереработка (22%) и получение метанола (13%). К 2020 г. прогнозируется рост потребления во всех этих сферах (до 2,8, 2,2 и 0,8 млн. т соответственно). Современные потребности в жидком водороде в России крайне ограничены, хотя инфраструктура его производства, хранения и транспортировки существует. Он рассматривается как топливо будущего. Ракетно-космическая отрасль России планирует создание новейших ракет-носителей и разгонных блоков космических комплексов, использующих в качестве топлива жидкий водород. Так, в 2015 г. планируются летные испытания кислородно-водородного разгонного блока РБ КВТК. Огрель отметила, что ситуация с водородом в России развивается по-иному, нежели за рубежом. Во-первых, в мире 40% водорода производится газификацией угля, в России же CTL-технология сейчас не применяется. Во-вторых, в мировой практике хорошо развит рынок товарного водорода, В РФ же это направление только появляется. В-третьих, основную роль в структуре мирового потребления водорода занимает нефтепереработка, а в России – производство химических продуктов, прежде всего аммиака и метанола. В заключение эксперт добавила, что именно углубление переработки на НПЗ станет основным драйвером развития российского рынка водорода, тогда как за рубежом ожидается рост спроса на этот газ в транспортном секторе и энергетике.
Александр Раменский, вице-президент по России и СНГ Международной ассоциации водородной энергетики (IAHE), рассказал о техническом регулировании водородных технологий. В РФ этим вопросом занимается Росстандарт в рамках Технического комитета по стандартизации “Водородные технологии” (ТК 029). В настоящее время в России введены 11 национальных стандартов в области водородных технологий, большая часть которых разработана на базе международных стандартов ИСО. В ближайшее время их количество может вырасти в 2 раза. Гармонизация в области международной и национальной стандартизации является взаимовыгодным процессом для всех ее участников. Сейчас в РФ идет реформирование нормативной базы, т. к. некоторые российские нормативы противоречат международным. По словам Раменского, их гармонизация даст толчок дальнейшему развитию рынка водородных технологий РФ. Например, Россия сможет поставлять сырье для катализаторов, применяемых для энергоустановок на топливных элементах для водородных автомобилей, серийное производство которых в Корее, Японии, Китае, Европе и США планируется начать в 2015 г. Наличие в России гармонизированной нормативно-технической базы позволит ускорить продвижение инновационных водородных технологий в стране.
Руководитель отдела развития “Линде Газ Рус” Артем Тарасенко рассказал о разработках Linde по созданию комплексной инфраструктуры поставок водорода. Компания использует 2 основных подхода при работе с клиентами: EPC подрядчик “под ключ” (предполагаются инвестиции заказчика) и on-site поставка (инвестиции Linde). Крупным on-site проектом Linde в России является СП с компанией “КуйбышевАзот” по производству водорода и аммиака. Соглашение было подписано в 2013 г., ввод предприятия в эксплуатацию ожидается в 2016 г. Объем инвестиций составит 11 млрд. руб. Проектная мощность установки – 120 тыс. куб. Нм/ч водорода и 1340 т в сутки аммиака.
Алексей Войнов, руководитель проекта по развитию водородного бизнеса Air Liquide, осветил деятельность компании в России. На сегодняшний день у компании есть 3 завода по производству водорода. Два из них (в Рязани и Елабуге) работают по методу on-site для стекольной промышленности, третий (завод “Логика” в Зеленограде) производит водород для открытого рынка. По словам Войнова, в 2013 г. свободный рынок в России в сегменте малых и средних потребителей составлял менее 20% в общей структуре, однако к 2020 г. ожидается значительный рост – до 50%. Прежде всего это связано с инвестициями международных компаний и развитием российских производств (преимущественно в области производства плоского стекла и растительного масла). Также влияние окажут обновление устаревших производственных мощностей и развитие аутсорсинга.
Менеджер по развитию бизнеса подразделения “Печи огневого нагрева” Foster Wheeler Артем Шахраманян представил решения компании в сфере проектирования и строительства установок производства водорода (УПВ) методом парового риформинга метана. Потребителям предлагается гибкий подход к выбору конфигурации УПВ, а также запатентованная конструкция печей, позволяющая оптимизировать эксплуатационные и капитальные затраты. Водородная установка компании отличается компактными размерами, невысокими капвложениями и отсутствием ограничений при выборе поставщика катализаторов.
Дмитрий Дубровский, главный технолог химического завода “АНХК” (принадлежит НК “Роснефть”), рассказал об эксплуатации установки выделения водорода из ВСГ. С вводом в действие в 2008 г. техрегламента “О требованиях к автомобильным бензинам…” российские нефтеперерабатывающие предприятия были вынуждены значительно увеличить инвестиции в реконструкцию НПЗ для выпуска топлив с улучшенными экологическими свойствами. Одно из основных требований к современным топливам – снижение содержания в них серы. Однако это снижение невозможно без расширения и строительства новых установок по производству водорода. “АНХК” в 2000 г. ввела в эксплуатацию установку извлечения водорода методом диффузии через мембраны (установка Меdal компании Air Liquide). Продолжением расширения производства водорода стало строительство второй очереди установки с пуском в 2011 г. Завершающий этап модернизации водородной схемы “АНХК” – введение в 2016 г. в эксплуатацию установки производства водорода методом парового риформинга углеводородов по лицензии фирмы Haldor Topsoe. Пуск этих установок позволит значительно снизить затраты на производство водорода и повысить качество и глубину процессов гидроочистки товарных топлив.
Железнодорожные цистерны – один из основных способов транспортировки жидкого водорода. О разработках своей компании в этой области рассказал генеральный конструктор “Уралкриомаш” Олег Черемных. Первая модель цистерны была разработана на предприятии еще в советское время для нужд ракетно-космической отрасли. С тех пор несколько раз была проведена модернизация с целью повышения безопасности транспортировки жидкого водорода. Выпускаемая сейчас модель цистерны обладает рядом преимуществ по сравнению с предшественницами: увеличена перевозимая масса водорода, снижены потери при транспортировке.
Возможно ли использование жидкого водорода в авиации? Доклад на эту тему представил Алексей Игнатов, советник директора департамента авиационной промышленности Министерства промышленности и торговли РФ, ведущий специалист по работе с государственными органами компании “Туполев”. В СССР была разработана программа по изучению применения жидкого водорода на транспорте, в рамках которой в ОКБ Туполева на базе серийного пассажирского самолета Ту-154 был создан экспериментальный самолет Ту-155. На нем было выполнено около 100 продолжительных полетов на жидком водороде и СПГ, доказана реальная возможность создания самолетов, использующих криогенные топлива. Сейчас за рубежом самолеты А-380 и Б-52 проходят испытания с использованием синтетического топлива, получаемого из угля, биомассы или природного газа. Авиакомпания Qatar Airways планирует использовать природный газ вместо керосина, Boeing работает над созданием крупноразмерного высотного беспилотного летательного аппарата с использованием жидкого водорода. Этот газ обладает рядом свойств, которые делают его перспективным для использования в качестве авиатоплива. Благодаря высокой теплоте сгорания существенно повышаются летно-технические качества летательных аппаратов. Экология обеспечивается высокой полнотой сгорания, в результате которой образуются водяные пары и выхлопные газы, практически не содержащие вредных веществ.
Сергей Коробцев, исполнительный директор центра физико-химических технологий НИЦ “Курчатовский институт”, рассказал, что использование плазменных и/или плазменно-каталитических процессов позволяет модернизировать и интенсифицировать технологии промышленного получения водорода из углеводородов. Кроме того, плазменные технологии позволяют организовать производство водорода из воды и из нетрадиционных источников, например сероводорода. Плазменные процессы отличаются высокой удельной производительностью (более чем в 100 раз по сравнению с каталитическими), низкой металлоемкостью, низкой чувствительностью к примесям, безинерционностью и экологической чистотой. Эти особенности положительно отличают плазменные методы получения водорода от традиционных – каталитических и электрохимических методов. Водород, полученный в процессе плазменной конверсии природного газа, может быть естественным образом использован для производства метано-водородных смесей – перспективного энергоносителя и химического сырья.
Доклад на тему металлогидридных материалов и систем хранения и компримирования водорода представил Борис Тарасов, заведующий лабораторией водород-аккумулирующих материалов Института проблем химической физики РАН. Принцип действия металлогидридных аккумуляторов и компрессоров водорода основан на обратимой реакции гидрирования различных металлов, интерметаллических соединений, сплавов и композиционных материалов на их основе. Достоинствами металлогидридных аккумуляторов являются высокое объемное содержание водорода, широкий интервал рабочих давлений и температур, постоянство давления при гидрировании и дегидрировании, регулируемость давления и скорости выделения водорода, многократность использования, компактность и безопасность. Такие устройства можно использовать для хранения, очистки и транспортировки водорода. Металлогидридные термокомпрессоры имеют существенные преимущества перед механическими из-за отсутствия движущихся частей и смазывающих материалов. Такие компрессоры можно использовать для компримирования водорода до высокого давления.
Старший научный сотрудник ФГБУН “Объединенный институт высоких температур РАН” Марина Навалихина рассказала о разработанном способе производства водорода на основе алюминия. При портативном исполнении этой технологии водород может быть направлен на производство электрической энергии в топливных элементах, при выполнении же технологии в большом масштабе осуществляется получение больших объемов Н2 и тепловой энергии в широком диапазоне мощностей. Обеспечивается производство чистого водорода высокого давления при отсутствии затрат на его компримирование (давление водорода на выходе из установки – до 10 ат). В результате гидрооблагораживания углеводородных моторных топлив в присутствии нанокатализаторов получается экологически чистое топливо, которое используется для работы в ДВС автомобилей без применения лишних присадок.
“Отрадно отметить, что использование водорода в России расширяется в таких отраслях, как нефтепереработка и нефтехимия, но пока рано говорить о полноценном появлении в нашей стране в ближайшей перспективе водородной энергетики. Ранее в СССР и теперь в России существуют достаточно серьезные наработки в области использования водорода в качестве авиационного и ракетно-космического топлива. Жалко, если и они продолжат стагнировать”, – резюмировал А. Гатунок. (Rcc/Химия Украины и мира)