Водород против газа: что означает для Беларуси курс ЕС на новую энергетику

Соседи уже начинают перестраивать свои экономики.

Пока Беларусь безуспешно торгуется за «справедливую» цену на российский газ, «Газпром» собирается уже через три года приступить к производству нового вида энергоносителя — «чистого» водорода, который является одной из альтернатив традиционному топливу, пишет в статье для издания «Белрынок» экономический обозреватель Татьяна Маненок.

Амбициозные водородные программы давно реализуют Япония, Китай, Республика Корея, США. Внедрить водород в энергетическую промышленность планируют также страны Евросоюза, — здесь к 2050 году планируют добиться нулевых углеродных выбросов в своей энергетике. Для ряда стран теперь водород является ключевым элементом решения задач национальной энергополитики, вплоть до энергобезопасности и экономического развития.

По одному из сценариев интеграции водородных технологий в энергокомплекс США, водород к 2040 году станет вторым после электроэнергии всеобщим энергоносителем. При этом потребность в первичной энергии угля, газа и нефти упадет на 73%, 34% и 18% соответственно, а доля ВИЭ возрастет в 4-5 раз.

Европа, США, Япония на протяжении последних 15 лет тратят на НИОКР по водородным технологиям 600-800 млн. долларов ежегодно. При этом их национальные водородные стратегии предполагают масштабную поддержку рынка, потребителей и поставщиков водорода и включают широкий набор мер поддержки.

Но пока водород в энергобалансе ЕС занимает менее 1%. Он используется как компонент при производстве аммиака (азотные удобрения), а также в нефтепереработке. В Германии создан водородный поезд, работает сеть водородных заправок для автомобилей. В странах Евросоюза получают распространение гибридные авто, которые подпитываются электричеством и водородом. Эксперты считают, что это перспективное направление: при помощи топливных элементов происходит химическая реакция, в процессе которой водород превращается в электричество. КПД гибридных двигателей превышает 80%, а двигателя внутреннего сгорания – в два раза меньше. Ведущие автоконцерны Toyota, BMW и Mazda переводят двигатели некоторых моделей на водород. Правда, пока автомобили с новой «начинкой» в несколько раз дороже, чем на традиционных двигателях.

По оптимистичной оценке ассоциации крупных международных компаний, куда входят Total, Toyota, BP, Shell и другие, доля водорода в потреблении энергии в 2050 году составит 18%, другие эксперты прогнозируют его долю в Великобритании, США и ЕС на уровне 12-19%.

Между тем, Германия недавно приняла национальную водородную стратегию (опубликована 10 июня 2020 года), Долгосрочная цель страны — создать нейтральную для климата экономику с сокращением выбросов СО2 на 95% от уровня 1990 года. Водороду в этом процессе отводится центральная роль – на него собираются перевести не только транспорт, но и металлургию с нефтехимической промышленностью.

На развитие водородной энергетики Германия планирует выделить до 2023 года более 10 млрд. евро: 7 млрд. евро — на создание рамочных условий и стимулирование внутреннего спроса, 2 млрд. евро — на международное сотрудничество, еще 1 млрд. евро — на нужды промышленности, которая должна внедрить водородные технологии, чтобы в перспективе стать их экспортером номер один в мире.

Европейская цветная шкала производства водорода имеет свою палитру — зеленый (использует потенциал ВИЭ), голубой (водные ресурсы, потенциал природного газа), желтый (атомная энергетика) и т. д. В то же время правительство Германии признает экологичным только «зеленый водород», производимый при помощи электроэнергии, полученной из ВИЭ — солнца и ветра. Для наращивания его объемов Германии потребуются дополнительные ветрогенерирующие мощности на Северном и Балтийском побережьях. 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.

К 2030 году Германия может перевести на водород также часть своих газопроводов, а в перспективе и отводы от «Северного потока» и «Северного потока-2» Opal и Eugal, по которым поставляется газ из России.

Эксперты отмечают, что внимание к безуглеродному топливу на европейском рынке растет и начинает монетизироваться: уже проводятся тендеры на поставку безуглеродного газа. Согласно докладу Bloomberg «Перспективы водородной экономики», к 2050 году 24% мировых потребностей в энергии будет покрывать водород, а его цена снизится до уровня сегодняшних цен на газ. При наиболее благоприятном сценарии развития, отмечают эксперты Bloomberg, за грядущие 30 лет отрасль привлечет около 11 трлн. долларов инвестиций, а ежегодные продажи водородного топлива по всему миру достигнут 700 млрд. долларов.

Чем водород лучше

Водород имеет ряд преимуществ перед традиционными видами топлива. При сгорании он выделяет значительно больше энергии, чем природный газ, бензин или дизтопливо. Водородное топливо экологически чистое. Кроме того, запасы водорода в природе практически безграничны.

Однако несмотря на эти несомненные преимущества, бума водородной энергетики в мире пока не наблюдается. Дело в том, поясняют специалисты, что в достаточном для использования виде его нет, — водород нужно получать из других источников.

Самый известный способ – электролиз воды. Но для промышленного получения водорода с помощью электролиза пригодна только специально подготовленная вода, из которой выделяются чистые водород и кислород. Однако стоимость хорошей, качественно очищенной воды достаточно высока, поэтому и водород, полученный из нее, тоже не может быть дешевым. Еще один способ получения водорода – разложение природного газа метана. Из него можно выделить углерод и водород. По мнению специалистов, это довольно перспективное направление, так как природного газа много.

В то же время водород «в новом прочтении» — это так называемый «зеленый» водород. Он используется в качестве хранилища энергии и получается при электролизе воды с помощью избыточных, «лишних» объемов электричества от нерегулируемых ВИЭ, а в период дефицита возобновляемой генерации водород сжигается для получения электроэнергии или тепла.

Дело в том, что мощность энергоустановок, преобразующих энергию ветра и солнца, связана прежде всего с сезонностью. Соответственно, стабильно ВИЭ работать не могут. Для того, чтобы ВИЭ без перебоев отдавали энергию потребителю, необходимо использовать промежуточные накопители, например, аккумулирующие водород. То есть по мере необходимости дополнять ветрогенераторы и солнечные батареи энергоустановками на основе водорода.

Эксперты отмечают, что если инвестиции в технологии производства «зеленого» водорода будут столь же успешными, как в ветровую и солнечную генерацию, то себестоимость его производства к 2050 году может снизится до 0,7-1,6 доллара/кг. В этом случае полная приведенная стоимость производства электроэнергии из водорода будет сопоставима с аналогичным показателем для природного газа.

Европа намерена стать лидером на мировом рынке водорода

В июле 2020 года Евросоюз принял стратегию внедрения возобновляемого водорода. Она предполагает дополнение интегрированной энергетической системы массовым промышленным производством возобновляемого водорода, который может служить источником энергии там, где использование электричества затруднено. В перспективе, как ожидается, водород будет производиться в основном с использованием энергии ветра и солнца.

На этапе с 2020 года по 2024 год в ЕС предусматривается установка водородных электролизеров как минимум на 6 ГВт и производство до 1 млн. тонн возобновляемого водорода. Согласно стратегии, ЕС к 2030 году потребуется 40 ГВт электролизеров на территории ЕС и 40 ГВт — в соседних странах для экспорта водорода в Евросоюз. При этом на территории ЕС будет производиться до 10 млн. тонн возобновляемого водорода.

Технологическая позиция Европы на мировом рынке водорода оценивается как лидирующая. Ожидается, что в водородном секторе Европы по всей его цепочке может быть создано порядка 1 млн. рабочих мест.

Группа в составе 11 газотранспортных операторов из девяти стран ЕС уже представила план развития панъевропейской инфраструктуры транспорта газа, большую часть из которой планируется создать на базе существующих газопроводов. В конечном итоге существующая газотранспортная сеть должна превратиться в две параллельных сети: для водорода и для метана (в том числе биометана).

Чтобы поддержать зарождающуюся отрасль возобновляемого водорода в Европе, комиссия создала Европейский альянс чистого водорода, который объединит лидеров отрасли, национальных и региональных министров, а также гражданское общество для «формирования потока инвестиций для наращивания производства» и поддержки спроса на чистый водород в ЕС.

Комиссар ЕС по энергетике Кадри Симсон недавно сообщила, что все партнеры Европейского союза, которые поставляют в ЕС ископаемые энергоносители, должны иметь в виду стратегию, направленную на постепенный вывод их из потребления: «Наш главный месседж им (партнерам) заключается в том, что цель ЕС — к 2050 году стать климатически нейтральным», — сказала она, отвечая на вопрос о судьбе газопровода «Северный поток — 2».

Россия также взяла курс на водородную энергетику

Россия — один из крупнейших поставщиков нефти, газа и угля в мире — планирует также производить и экспортировать водород в связи с мировым трендом на отказ от углеводородной энергетики из-за ее негативного влияния на климат и экологию.

В июне 2020 г была опубликована энергетическая стратегия РФ, в которой отражены перспективы развития водородной энергетики. В документе водород обозначен как топливо с высоким экспортным потенциалом. К 2024 году российский экспорт водорода должен составить 0,2 млн. тонн, а к 2035 вырасти до 2 млн. тонн. По планам Минэнерго, Россия должна занять до 16% мирового рынка водорода.

Уже с 2021 года правительство намерено формировать репутацию России как поставщика водорода.

В конце 2020 года чиновники разработают концепцию развития водородной энергетики, а также меры поддержки для пилотных проектов по производству водорода. А в начале 2021 года должны появиться стимулы для экспортеров и покупателей водорода на внутреннем рынке. Ведущая роль в развитии водородной энергетики в РФ отведена «Газпрому» и Росатому. «Газпром» оценивает водородный рынок Европы в 2050 году в 153 млрд. евро, Минэнерго — в 32–164 млрд. долларов.

«Росатом» планирует производить так называемый «желтый» водород: он не сопровождается выбросом CO2. «Газпром» может рассчитывать на «бирюзовый» водород из газа, но с образованием в качестве побочного продукта сажи, а не углекислого газа. К 2059 году «Росатома» собирается производить 50 млн. тонн этого газа. НОВАТЭК активно изучает производство так называемого «голубого» водорода из газа (с выбросом и последующим захоронением CO2).

В 2021 году «Газпром» должен разработать и испытать газовую турбину на метано-водородном топливе. До 2024 года «Газпром» будет изучать применение водорода и метано-водородного топлива в газовых установках (газотурбинных двигателях, газовых бойлерах и т. д.) и в качестве моторного топлива в разных видах транспорта. Росатом в 2024 году построит опытный полигон для железнодорожного транспорта на водороде. Речь идет о переводе поездов на водородные топливные элементы на Сахалине. Планируется, что «Газпром» и Росатом запустят пилотные водородные установки в 2024 году — на атомных электростанциях, объектах добычи газа и предприятиях по переработке сырья.

Ряд экспертов считают, что у России есть шансы в перспективе занять большую долю мирового рынка «низкоуглеродного» водорода, поскольку страна имеет ресурсную базу для производства водорода всех «цветов» — зеленого, голубого, желтого и других, а также хорошую логистику — близость к рынкам Европы и АТР. Однако чтобы реализовать этот потенциал, нужны технологии, подчеркивают эксперты.

Украина может поставлять водород в ЕС

Украина рассмотрит вопрос строительства завода по производству водорода, сообщила недавно и.о. министра энергетики Ольга Буславец. «Украина должна двигаться со всем прогрессивным миром в рамках современных технологий и их использования, и просчитывать свои возможности на несколько шагов вперед», — сказала Буславец.

Ранее министр иностранных дел Украины Дмитрий Кулеба заявлял, что Украина может стать надежным поставщиком водорода в ЕС, в частности в Германию.

БелАЭС создаст профицит электроэнергии, – почему бы не производить водород?

Беларуси таких проектов нет (по крайней мере, об этом публично не заявлено). Этой темой занимаются преимущественно белорусские ученые.

В Беларуси в 2002 году в составе Института тепло- и массообмена была создана лаборатория водородной энергетики. Ученые занимались разработкой новых энергетических технологий для экологически чистой энергетики, технологий получения функциональных углеродных наноматериалов и покрытий, нанокатализаторов для топливных элементов, а также исследованием новых материалов и их свойств.В 2005 году было создано отделение водородной энергетики. В 2009 году на базе этого отделения был создан центр по сертификации наноструктурированных углеродных материалов с правами центра коллективного пользования.

Лаборатория водородной энергетики в рамках государственных программ работала над проблемой снижения стоимости катализатора и над созданием систем безопасного хранения водорода, чтобы водород мог конкурировать с существующими энергоносителям».

Между тем, специалисты обращают внимание, что БелАЭС, которая скоро будет запущена в стране создаст излишки электроэнергии, которые можно было бы направить на производство водорода. А он в свою очередь мог бы использоваться в качестве альтернативного энергоносителя.

Директор Института энергетики Национальной академии наук Антон Бринь считает, что с помощью электроэнергии можно также вырабатывать водород. «Конечно, у природного газа выше калорийность, его проще добыть, но когда-то он может закончиться, а водород можно получать и пользоваться им бесконечно», — отметил он недавно БелТА.

Правда, добавил он, сейчас «в это направление больше вкладывают, чем получают». Есть и проблемы с хранением водорода. «Тем не менее многие эксперты говорят, что водородное топливо — перспективный вид энергии, за которым будущее», — сказал Бринь.

Очевидно, что практическое использование водородного энергоносителя потребует огромных инвестиций, в том числе в создание необходимой инфраструктуры, к чему Беларусь, похоже, сейчас не готова.