5 августа 2021 года в России была утверждена концепция развития водородной энергетики в Российской Федерации. В рамках утвержденной концепции планируется реализовать проекты по производству водорода объемом до 2 млн тонн к 2035 году и до 50 млн тонн в год к 2050 году. Основные рынки сбыта водорода – экспорт. Он будет направлен на покрытие спроса в 40-170 млн тонн 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, стоимость которого через водородные проекты может многоактно превысить
«Поскольку производство водорода за счет электролиза воды в рамках существующих технологий потребует от 50 000 до 78 000 кВт на 1 тонну, 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 осуществляется через повышенные платежи (надбавка к цене за мощность), есть риск появления дополнительной избыточной финансовой нагрузки со стороны электроэнрегетики на другие отрасли экономики. Кроме того, водородная стратегия ЕС обязывает европейские страны установить минимум 6 ГВт электролизеров к 2024 году и 40 ГВт – к 2030 году. По прогнозу Еврокомиссии, выработка электроэнергии на основе ВИЭ в странах Евросоюза к 2050 году с избытком покроет потребности в энергоснабжении, включая производство водорода. Китай также к 2060 году 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 адресованному 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 тонн при мировом потреблении в 72 млн тонн, пишет Эксперт.
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 – провой реформинг природного газа. Метан подогревается, смешивается с паром и подается на катализаторы. В результате получаются следующие продукты: 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 долларов. 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 экологичным, и пока рассматривается 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 связан 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 доллара на килограмм, и экономический смысл в такой операции теряется. Та же Япония готова импортировать водород по цене ниже 6 долларов за один 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 году 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 году 40 ГВт.
Выпуск «голубого» водорода сейчас гораздо дешевле, чем «зеленого». S&P Global Platts оценивает приведенные затраты на производство «серого» водорода (включая CAPEX и плату за выбросы СО2) в 1,45 долларов за 1 кг, «голубого» — в 1,53 доллара за 1кг, а «зеленого» (электролиз PEM, включая CAPEX) — в 4 доллара за 1 кг. По прогнозу Aurora Energy Research, затраты на «голубой» и «зеленый» водород сблизятся только к 2045 году.
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 года, выработки электроэнергии от ВИЭ в странах Евросоюза к 2050 году 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 «озеленятся» 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 тонны «зеленого» водорода требуют от 50 до 78 кВт часов электричества. Учитывая, что Россия намерена экспортировать 2 млн тонн водорода, то для его производства потребуется от 13,6 до 18 ГВт установленных мощностей ВИЭ (по номиналу, без учета КИУМ). В 2050 году с амбициозными планами на 50 млн тонн – цифра возрастет до 340-450 ГВт по номиналу. Для понимания: сегодняшние мощности всей энергосистемы России, одной из крупнейших в мире – 245ГВт, а 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.