16+
Регистрация
РУС ENG
http://www.eprussia.ru/epr/398/790038.htm
Газета "Энергетика и промышленность России" | № 18 (398) сентябрь 2020 года

Водородная экономика: сбудется ли мечта?

Юрий Мельников, старший аналитик Центра энергетики Московской школы управления СКОЛКОВО

«Придет время, когда котлы паровозов, пароходов и тендеры локомотивов будут вместо угля нагружены сжатыми газами [водородом и кислородом], и они станут гореть в топках с огромной энергией». Так говорил инженер Смит в романе Жюля Верна «Таинственный остров», впервые опубликованном с 1 января 1874-го по 15 декабря 1875 года. Выходит, еще в XIX веке люди мечтали о тех временах, когда водород будет ключевым энергоносителем.

Известен давно

В 1783 году во Франции впервые поднялся в небо шар, наполненный водородом. Автором новаторской идеи выступил французский ученый и изобретатель Жак Александр Сезар Шарль. С тех пор водородный воздушный транспорт на дирижаблях был доминантным примерно до начала XX века, когда его начала вытеснять привычная нам авиация.

А в 1941 году в Ленинграде во время войны «водородный лейтенант» Борис Шелищ предложил использовать водород для аэростатов, мешавших бомбардировщикам, и для того, чтобы «питать» им грузовики вместо бензина, который негде было достать. Водород передавали по трубопроводу, расположенному по дну Ладожского озера, и впоследствии эта технология использовалась в транспорте во время войны.

Более того, именно на водороде были основаны американская и советская космические программы.

Таким образом, водород известен давно и уже несколько десятилетий используется в промышленности. Сейчас он применяется в нефтепереработке, химической промышленности как технический газ – улучшает качество газов, участвует в гидроочистке, из него делают аммиак, метанол и другие, очень нужные для промышленности, вещества. Что касается использования водорода в виде топлива, то в общем балансе его доля крайне незначительна.


На пути к новой экономике

– Термин «водородная экономика» не нов, – рассказал старший аналитик Центра энергетики Московской школы управления СКОЛКОВО Юрий Мельников в ходе Летней энергетической онлайн-школы СКОЛКОВО-2020. – Первая публикация с его упоминанием появилась в США еще в марте 1970 года. В ней о том, как идти к экономике, основанной на жидком водородном топливе, написал профессор одного из американских университетов Лоуренс Джонс. Он считал, что нужно строить экономику, которая будет использовать водород очень широко во всех сферах. Профессор Джонс предполагал, что его можно будет применять в транспорте, промышленности в качестве заместителя топлив, которые были на тот момент, – мазута, дизельного топлива, бензина, газа. Причем делать это повсеместно, в том числе в автомобиле или в домашнем хозяйстве.

В статье Джонса были перечислены важные тезисы. К примеру, он упоминал о том, что углеводороды конечны и дороги. К этому выводу ученого, вероятно, подтолкнул нефтяной кризис, разразившийся в 1970 году и приведший к резкому удорожанию нефти и других энергоресурсов для стран-импортеров.

Еще один тезис: водород – хорошее топливо, энергоноситель: при сжигании одного килограмма водорода выделяется в 2,5 раза больше энергии, чем при сжигании такого же количества природного газа.

Третий тезис: при использовании водорода воздух становится чище: при его сжигании, в первую очередь, образуется водяной пар или вода, а также немного оксидов азота (из‑за того, что при сжигании в воздухе происходит окисление азота, входящего в состав воздуха), и не образуется других вредных веществ. Это большой плюс, о котором говорили еще минимум 50 лет назад.

Четвертый тезис: водород можно производить из воды с помощью электроэнергии от АЭС. Речь идет о так называемом электролизе, когда вода под воздействием электроэнергии разделяется на водород и кислород без дополнительных примесей, выбросов и, тем самым, можно преобразовывать электроэнергию в топливо и замещать им углеводороды.

– С 1975 по 2015 год спрос на водород в мире вырос в четыре раза. Я бы не сказал, что это много, да и его доля в энергобалансе по‑прежнему близка к нулю, – комментирует Юрий Мельников. – Увеличился спрос на водород для химических процессов – производства аммиака и нефтепереработки, но спроса на него в качестве топлива как практически не было, так и нет.


Гигантский потенциал

В феврале 2017 года премьер-министр Японии Синдзо Абэ заявил, что Япония станет первым в мире обществом, полностью построенном на водороде. А в июне 2020 года, на презентации Национальной водородной стратегии Германии (Nationale Wasserstoffstrategie), министр экономики и энергетики ФРГ Петер Альтмайер заявил, что водород должен стать ключевым источником энергии в будущем.

Справедливо возникает вопрос: почему сегодня все опять говорят о водородной экономике, если эти разговоры начались 50 лет назад, и на данный момент водород не играет в энергетике особой роли?

Ответ, поясняет эксперт СКОЛКОВО, прост. Начался переход на низкоуглеродное, устойчивое развитие, сокращение выбросов парниковых газов (прежде всего СО2) в экономике – и тут обнаружилось, что у водорода есть огромное дополнительное преимущество. При его сжигании и химическом преобразовании нет выбросов СО2. Значит, используя водород в качестве энергоносителя, можно постепенно вытеснить выбросы СО2 из энергетики. Этим объясняется бум вокруг водорода и те усилия, которые сейчас предпринимают страны для развития водородной экономики.

Конечно, есть и другие стимулы для развития водородной экономики и технологий. В их числе: необходимость повышения чистоты воздуха в городах, рост спроса на системы хранения безуглеродной энергии, обеспечение энергобезопасности и поиск новых точек роста экономики. Немаловажно, что водород можно производить в любом уголке на планете, где есть электроэнергия, вода, природный газ или уголь и соответствующая технология, а значит, есть возможности диверсификации поставщиков водорода.

– Водородные технологии находятся в самом начале кривой обучения, при этом являются очень наукоемкими – здесь есть чем заниматься и что развивать.

Потенциал роста у этого рынка гигантский с большими мультипликативными эффектами для экономики в целом. К примеру, предприятия по производству солнечных панелей для фотоэлектрических станций массово «мигрировали» из Германии в Китай, другие страны Азии. Зато в самой Германии наблюдается резкий рост бизнеса в сфере производства электролизеров – эта отрасль бурно развивается, она более наукоемкая, сложная. Немецкое правительство и бизнес поддерживают это развитие, ведь оно создает новые точки роста стоимости, – комментирует Юрий Мельников.


Привлекательное решение проблемы декарбонизации

В будущем водород может стать безуглеродным универсальным энергоносителем, сопоставимым по уровню охвата с электроэнергией. Сейчас электроэнергия пронизывает все сектора экономики, мы можем встретить ее в промышленности, в быту, в транспорте.

Водород тоже имеет свойство связывать различные сектора: теплоснабжение, электроснабжение, топливный сектор (жидкие и газообразные топлива), сырье для химической промышленности, а также он может обеспечить долгосрочное хранение энергии.

Неудивительно, что водород становится очень привлекательным решением проблемы декарбонизации во всех обозначенных секторах. Все, что нужно сделать – перевести их на водород и проследить, чтобы он при этом был безуглеродного происхождения с минимальным углеродным следом.

Прогнозы и целевые видения роста рынка «энергетического» водорода кардинально различаются. Международные организации сходятся в одном – потребление водорода для неэнергетических нужд будет расти несильно, зато ожидается экспоненциальный рост в «энергетическом» сегменте.

Ожидается, что в целом спрос на водород будет варьироваться от 500‑2000 до 16 000 ТВт*ч к 2050 году (речь идет о суммарном потреблении первичной энергии), это довольно много – примерно 12‑19 % в энергобалансе Европы и США и сопоставимо с суммарной долей АЭС и ГЭС в наши дни.

– Если же мы попробуем посчитать, на сколько процентов вырастет спрос на «энергетический» водород, у нас ничего не получится, поскольку в 2015 году этот показатель был практически равен нулю, да и сейчас близок к этой отметке, – отмечает Мельников. – Здесь нужно говорить даже не о том, что этот рынок вырастет. А о том, что в мировой экономике возникнет абсолютно новый сектор, который будет основан на использовании безуглеродного водорода, его производстве, хранении, транспорте, всевозможных направлениях использования в разных секторах.



Учитывая разнообразное количество способов его производства, хранения, транспортировки, новый сектор придется развивать с нуля и сразу его масштабировать в десятки и сотни раз. Словом, потенциал роста захватывающий.


Требует усилий и вложений

Конечно, переход к водородной экономике не происходит бесплатно. Успехи, которых добились государства, потребовали огромных усилий и стали результатом последовательной политики, а также активной поддержки этого направления. Причем они начали это делать еще задолго до принятия Парижского соглашения и до провозглашения Целей устойчивого развития ООН в 2015 году.

Водородная технология давно стала частью промышленной политики многих стран. Ежегодно на НИОКРы, связанные с водородом и технологиями топливных элементов, направляется порядка 800 млн долларов, в первую очередь в США, Европе, Японии, Китае, и список этих стран растет.

Поддержку получают как потребители, так и производители водорода. По состоянию на 2019 год, 15 стран создавали стимулы, ставили цели по увеличению использования водорода на внутреннем рынке и создавали стимулы его применения в пассажирских автомобилях, автобусах, грузовиках, электролизерах, на заправочных станциях, в промышленности, для энергоснабжения зданий, генерации электроэнергии. Ежегодно увеличивается количество стран, разработавших и принявших национальные водородные стратегии.


«Чистота» водорода пока под вопросом

– Ископаемые топлива сейчас доминируют среди других источников водорода. Практически весь водород, который в настоящее время используется в водородных автобусах или впрыскивается в сети газоснабжения и в турбины в рамках разнообразных пилотных проектов, в основном произведен с использованием ископаемых топлив, – говорит Юрий Мельников. – Раньше никого не интересовало, сколько выбросов СО2 связано с производством водорода, поэтому делали так, как наиболее легко, надежно, удобно и дешево.

И самый дешевый способ производства водорода – именно с использованием ископаемых топлив – природного газа, угля, нефти. А из воды с помощью электроэнергии производят совсем немного – это дорого.

Так каков углеродный след? При прямом производстве водорода из угля каждый его килограмм будет «стоить» 20 килограммов выбросов СО2. По большому счету, чем использовать такой водород, часто лучше выбрать непосредственно природный газ.

Важный нюанс – при одновременном использовании технологии ССUS (улавливание, использование и хранение углекислого газа) углеродный след такого водорода можно резко снизить. Но это, во‑первых, будет стоить денег, а во‑вторых, технология CCUS пока развивается не так быстро, как хотелось бы.

Что касается производства электроэнергии методом электролиза из воды, то сам процесс электролиза довольно чистый, никаких выбросов СО2 не производит. Но электроэнергия, которая используется на электролизерах, в большинстве стран производится сейчас из ископаемых топлив. Если для электролиза использовать электроэнергию от угольной электростанции, то углеродный след от полученного таким образом водорода будет в два раза больше, чем при прямом производстве водорода из угля.

Выходит, единственный способ получить низкоуглеродный водород с помощью электролиза – использовать электроэнергию от низкоуглеродной генерации – от ВИЭ (солнца, ветра, воды, биомассы) или от атомных электростанций.

В этом, по словам Юрия Мельникова, и заключается один из главных вызовов – нужно больше использовать именно этот, «чистый» водород, развивать его производство и расширять возможности его использования в экономике.


Задача № 1 – снизить стоимость

По оценкам Международного энергетического агентства, стоимость водорода кратно различается в зависимости от способа производства. Самый дешевый – тот, что получается из газа, а это около двух долларов за килограмм водорода. Это приведенная стоимость, очень чувствительная к разным факторам: цене СО2, величинам капитальных и эксплуатационных затрат на оборудование и технологиям, которые используются в этих процессах. Для России важным фактором является чувствительность к стоимости капитала: если компания берет кредит в банке под 1 % – это одна история, а если под 12 % – совершенно другая.

– Влияет на стоимость водорода и цена топлива, – продолжает Юрий Мельников. – Если приведенную стоимость сравнить со стоимостью природного газа, получается, что водород сейчас далеко не всегда может конкурировать с ним. Однако стоимость водорода быстро снижается вместе с уменьшением стоимости технологий, связанных с его производством. Например, если рынок электролизеров увеличится в 10 или в 100 раз, цена на водород будет совсем другой. Она упадет не на 30 %, а гораздо больше, все зависит от масштабирования.

Эксперт заметил, что ситуация с водородом напоминает то, что происходило 10 лет назад с возобновляемой энергетикой, когда многие серьезные инвесторы не обращали внимания на этот сектор, но в следующие восемь лет приведенная стоимость солнечной и ветряной генерации упала на 90 %.

– Посмотрим, как будет развиваться водородная энергетика, многое зависит от усилий государства и бизнеса, от международного сотрудничества, в том числе в рамках Парижского соглашения. Но ключевой вызов понятен – надо снижать стоимость «безуглеродного» водорода, – подчеркнул Юрий Мельников.


Россия может, но не хочет?

В нашей стране в целом складывается довольно противоречивая картина: электроэнергия довольно низкоуглеродная, по крайнее мере, с гораздо меньшим углеродным следом, чем в Китае, Австралии, Германии, Польше, США, ЮАР. И есть возможность прямо сейчас производить водород электролизом с низким углеродным следом.

Кроме того, Россия обладает гигантским потенциалом для дальнейшего снижения углеродного следа в электроэнергетике за счет повышения энергоэффективности отрасли и использования потенциала возобновляемой генерации или за счет развития атомной энергетики.

При этом в некоторых российских регионах, например в местах доминирования АЭС и ГЭС, региональный баланс сложился таким образом, что электроэнергия «в розетке» уже сейчас практически «зеленая» и безуглеродная просто потому, что происходит из низкоуглеродных источников.

Перечисленные факторы в совокупности создают для России интересный потенциал для производства «зеленого» водорода из воды методом электролиза. Тем более, с водой у России нет серьезных проблем, в отличие от, например, стран Ближнего Востока. Не стоит забывать и о запасах ископаемых топлив, которыми богата наша страна, и есть возможность конвертировать эти запасы в «голубой» водород, а выбросы СО2 по технологии ССUS закачать в пласт – благо, геологические условия позволяют.

– Кроме того, у нас есть газотранспортная инфраструктура и опыт крупнейшего в мире экспортера газа. Соответственно, наработаны определенные практики, контракты, партнеры и технологии. Можно задействовать эту инфраструктуру, да и к рынкам мы довольно близки – что к европейскому, где водород бурно развивается, что к восточноазиатскому и японскому, где строят «водородное общество», – говорит Юрий Мельников. – У нас сохранились научные школы, которые выращивают специалистов по разным аспектам использования водорода и по всей технологической цепочке его производства, хранения, транспорта. Есть и промышленность, которая занимается водородом не одно десятилетие.

Однако присутствуют и барьеры, препятствующие реализации этого потенциала. Первый связан с отсутствием внутреннего спроса на водород: откровенно говоря, в России водород не очень нужен. Традиционные стимулы – сокращение выбросов СО2 в экономике, очистка городского воздуха, энергобезопасность, развитие экономики и хранение низкоуглеродной энергии, – в России работают в лучшем случае два. Это стремление развивать современную промышленность и проекты, связанные с экологией на транспорте.

А главный, первый из них, не работает совсем – Россия уже перевыполнила свои предварительные обязательства по сокращению СО2 в рамках Парижского соглашения. И ставить более амбициозные цели (по примеру Евросоюза, других стран и регионов) пока не собирается, такой темы пока просто нет в энергетической и климатической стратегии.

Водород же представляет собой чистый, но пока очень дорогой энергоноситель. А поскольку чистота его и низкоуглеродность никакой роли внутри страны не играют (так выстроена энергополитика), то вполне можно использовать природный газ. Так считают потребители, и они по‑своему правы. Если не создавать им условий, стимулов для использования водорода, то было бы странно ждать, что они будут его использовать в ущерб себе.

Еще один важный момент – в России не существует утвержденной государственной программы и стратегии по развитию водородной экономики. Даже если есть какой‑то проект документа, речь о конкретных мерах поддержки пока не идет.






– Дополнительных стимулов со стороны государства развивать водородную энергетику в России сегодня нет, – отмечает эксперт. – Также отсутствуют пилотные проекты в области энергетического водорода в России. Хотя идут обсуждения с международными партнерами, в том числе Германией, Японией, разрабатываются какие‑то бизнес-планы. При этом в мире количество пилотных проектов исчисляется сотнями, над их реализацией работают тысячи крупных и небольших компаний.

Тем не менее, отношение к водородной энергетике в России меняется, эксперты обсуждают ее возможности. Поэтому вполне вероятно, что названные барьеры со временем могут быть преодолены. Я считаю, что у водорода большое будущее, как во всем мире, так и в нашей стране.

Это ключевой элемент низко­углеродного и устойчивого развития, без него амбициозные цели устойчивого развития просто недостижимы. В этом также убеждены как ключевые международные аналитические агентства, так и политические лидеры многих государств.


Альтернативная энергетика, Водородная энергетика, Возобновляемые источники энергии (ВИЭ), Промышленная экология,

Водородная экономика: сбудется ли мечта?Код PHP" data-description="«Придет время, когда котлы паровозов, пароходов и тендеры локомотивов будут вместо угля нагружены сжатыми газами [водородом и кислородом], и они станут гореть в топках с огромной энергией». Так говорил инженер Смит в романе Жюля Верна «Таинственный остров», впервые опубликованном с 1 января 1874-го по 15 декабря 1875 года. Выходит, еще в XIX веке люди мечтали о тех временах, когда водород будет ключевым энергоносителем." data-url="https://www.eprussia.ru/epr/398/790038.htm"" data-image="https://www.eprussia.ru/upload/iblock/2cf/2cf43fb548415015b5f5d3e0f2e300ad.jpg" >

Отправить на Email


Похожие Свежие Популярные

Войти или Зарегистрироваться, чтобы оставить комментарий.