5 августа была утверждена концепция развития водородной энергетики в Российской Федерации. В рамках утвержденной концепции планируется реализовать проекты по производству водорода объемом до 2 млн. т к 2035 г. и до 50 млн. т в год к 2050 г. Основные рынки сбыта водорода – экспорт. Он будет направлен на покрытие спроса в 40-170 млн. т в страны Европы, Азиатско-Тихоокеанского региона и США при реализации их национальных программ развития водородной энергетики. Основным критерием оценки технологий водородной энергетики будет углеродный след, то есть отсутствие выделения углерода или улавливание его в процессе производства.
Концепция вызвала массу вопросов среди экспертного сообщества, во-первых, в вопросе объемов рынков сбыта, во-вторых, в целесообразности производства “зеленого” водорода в России, в третьих, в источниках инвестиций и окупаемости водородных проектов. Сообщество потребителей энергии в России уже сегодня задалось вопросом, а не переложат ли траты на производство “зеленого” водорода в России на плечи крупных индустриальных гигантов через механизм ДПМ ВИЭ?
“Поскольку производство водорода за счет электролиза воды в рамках существующих технологий потребует от 50000 до 78000 кВт на 1 т, для заявленных экспортных объемов водорода потребуется строительство новых возобновляемых источников энергии. Учитывая что инвестиции в строительство и расходы на эксплуатацию объектов ВИЭ в России в настоящее время осуществляются через повышенные платежи (надбавка к цене за мощность), есть риск появления дополнительной избыточной финансовой нагрузки со стороны электроэнергетики на другие отрасли экономики. Кроме того, водородная стратегия ЕС обязывает европейские страны установить минимум 6 ГВт электролизеров к 2024 г. и 40 ГВт к 2030 г. По прогнозу Еврокомиссии, выработка электроэнергии на основе ВИЭ в странах Евросоюза к 2050 г. с избытком покроет потребности в энергоснабжении, включая производство водорода. Китай также к 2060 г. планирует стать нейтральным по углеродным выбросам. Таким образом, на потенциальных рынках сбыта уже действуют собственные амбициозные водородные программы, а для экспорта будет востребован только “зеленый” водород, произведенный путем электролиза воды с использованием энергии ВИЭ”, – говорится в письме, адресованном вице-премьеру Александру Новаку от Сообщества потребителей энергии.
Радуга водорода. Сейчас рынка водорода как такового не существует, поскольку он производится, как правило, непосредственно на местах потребления (в основном на объектах газохимии, металлургии и нефтепереработки), транспортировка минимизирована. Общий выпуск водорода в России составляет около 5 млн. т при мировом потреблении 72 млн. т.
Водород практически не встречается на Земле в чистом виде и должен извлекаться из других соединений с помощью различных химических методов. Существует множество методов производства водорода – от извлечения его из мусора до газификации угля. Однако сегодня в промышленности используется ограниченное число методов получения водорода.
Самый низкозатратный метод – паровой реформинг природного газа. Метан подогревается, смешивается с паром и подается на катализаторы. В результате получаются водород, монооксид углерода (CO) и диоксид углерода (CO2). Смесь CO с паром подвергается конверсии, продуктами которой являются дополнительный водород и CO2. Это самый доступный способ добычи водорода, себестоимость 1 кг продукта в пределах $1-2. При этом если CO2 отправляется в атмосферу – получается “серый” водород, если улавливается и закачивается в пласт – “голубой”.
Другой метод производства водорода – пиролиз метана, когда природный газ раскладывается на составляющие водород и твердый углерод. В этом случае конечный продукт – “бирюзовый” водород. Для термического разложения метана необходимы высокие температуры (выше 1000 °C), что сказывается на стоимости конечного продукта. Такой водород значительно дороже поученного в процессе парового реформинга.
Так или иначе, в Европе такие продукты считаются недостаточно экологичными и пока рассматриваются как временное явление на переходный период.
Например, правительство ФРГ признает экологичным только “зеленый водород”, производимый при помощи электроэнергии, полученной из возобновляемых источников – солнца и ветра. Со временем, “зеленый водород” должен заменить “серый”, “голубой” и “бирюзовый”, то есть получаемые с выделением CO2 в атмосферу из ископаемых источников как природный газ или метан.
Хромая доставка. Самый дешевый природный газ – непосредственно на месторождении, а значит находящийся на значительном удалении от места его потребления. Существует два способа доставки водорода – в специальном контейнере-цистерне, либо посредствам трубопровода.
“В водородной экономике самая дорогая часть – это транспортировка и хранение водорода. В рыночной стоимости водорода эта часть может достигать 70%”, – рассказал доктор химических наук, профессор, руководитель Центра компетенций НТИ при институте проблем химической физики РАН “Технологии новых и мобильных источников энергии” Юрий Добровольский.
Такая высокая себестоимость доставки связана с необходимостью ожижения водорода или его сжатия. И тот, и другой способ крайне энергозатратен. В итоге транспортные затраты на доставку водорода в специальном контейнере, например, с Ямала до Японии или стран Европы, по расчетам специалистов, сильно превышают $4 на килограмм, экономический смысл в такой операции теряется. Та же Япония готова импортировать водород по цене ниже $6/кг, так как по ценам выше производители в стране готовы поставлять на рынок сами.
“Водород – очень легкий газ, который сжижается при очень низких температурах, из-за чего его нужно хранить или перевозить в жидком состоянии либо транспортировать под давлением. Самый простой способ транспортировать водород – трубопровод, когда для транспортировки не используется высокое давление и не нужно тратить энергию на сжатие газа”, – говорит Добровольский.
Отсюда возникает идея транспортировки водорода по имеющимся системам газовых трубопроводов. Однако, по мнению члена научного совета РАН по системным исследованиям в энергетике Андрея Конопляника, “генерации водорода в России для его последующего экспорта по газотранспортным магистралям в Европу контрпродуктивна, так как повлечет огромные затраты для замены существующих трубопроводов и компрессорных станций из-за химических свойств транспортируемого газа”.
Дело в том, что водород активный газ и вступает в реакцию с железом, охрупчивая металл. Это, по словам Конопляника, повлечет колоссальные дополнительные затраты на модернизацию действующей газотранспортной системы, так как транспортировке водорода или МВС предъявляется принципиально разные требования к качеству металла – как для линейной части, так и для оборудования компрессорных станций, газоперекачивающих агрегатов – дорогостоящей части системы, отметил Конопляник. Это связано с химическими свойствами водорода, сказал эксперт. По сути, потребуется создавать новую газотранспортную систему под водород или МВС, добавил он.
Зеленый как слеза. В ЕС к 2050 г. планируют признавать только “зеленый” водород (произведенный на электролизере с использованием энергии ВИЭ, без воздействия на окружающую среду). Водородная стратегия ЕС призывает европейские страны установить минимум 6 ГВт электролизеров к 2024 г, а к 2030 г. 40 ГВт.
Выпуск “голубого” водорода сейчас гораздо дешевле, чем “зеленого”. S&P Global Platts оценивает затраты на производство “серого” водорода (включая CAPEX и плату за выбросы СО2) в $1,45/кг, “голубого” – в $1,53/кг, “зеленого” (электролиз PEM, включая CAPEX) – в $4/кг. По прогнозу Aurora Energy Research, затраты на “голубой” и “зеленый” водород сблизятся только к 2045 г.
В итоге получается, что уже сегодня производить “зеленый” водород на месте выгоднее, чем производить любой водород в Сибири и транспортировать его в Европу или Азию. Поэтому главный вопрос концепции развития водородной энергетики в Российской Федерации – рынки сбыта российского водорода и способы доставки его до покупателя.
“Согласно прогнозным данным, содержащимся в проекте директивы Еврокомиссии по развитию ВИЭ от 14 июля 2021 г., выработки электроэнергии от ВИЭ в странах Евросоюза к 2050 г. с избытком перекрывает потребности в энергоснабжении, включая производство водорода. Собственные амбициозные водородные программы также развивают другие потенциальные рынки, на спрос на которых рассчитаны прогнозные объемы российской водородной концепции”, – говорится в письме Сообщества потребителей энергии.
Проблемы озеленения. Главная проблема новой водородной стратегии ЕС в том, что она либо прямо, либо косвенно через транснациональный налог на выброс углекислого газа требует перехода на новые водородные рельсы не только европейских экономик, но экономик экспортирующих товары в Европу. Россия – один из крупнейших экспортеров сырьевых товаров – металлов, удобрений, нефти и газа в ЕС. Поэтому “озеленяться” все равно придется. Однако это озеленение может стать непосильным для российской промышленности. Ей придется оплачивать не только свою модернизацию, но и модернизацию энергетики.
Сегодняшние доступные технологии для производства 1 т “зеленого” водорода требуют от 50 до 78 кВт часов электричества. Учитывая, что Россия намерена экспортировать 2 млн. т водорода, то для его производства потребуется от 13,6 до 18 ГВт установленных мощностей ВИЭ (по номиналу, без учета КИУМ). В 2050 г. с амбициозными планами на 50 млн. т цифра возрастет до 340-450 ГВт по номиналу. Для понимания: сегодняшние мощности всей энергосистемы России, одной из крупнейших в мире, – 245 ГВт, доля ВИЭ – 1,16 ГВТ ветроэлектростанций, 1,5 ГВт солнечных электростанций.
На этом фоне вопрос российских потребителей о том, кто оплатит возведение столь грандиозных мощностей возобновляемой энергетики – не праздный. (Rcc/Химия Украины и мира)