У меня на Дзене в подборке есть целый цикл статей про водородную энергетику, 21 материал, который охватывает почти все аспекты водородной энергетики:
Водородная энергетика
Однако, невзирая на всестороннюю критику, в том числе и от меня, самой концепцию развития водородной энергетики в мире, это не отменяет общий тренд на декарбонизацию мировой энергетики, которому следуют все страны, и США, и ЕС, и даже Россия с Китаем.
Да, в водородной энергетике проблем много, в том числе нерешенных, но и водородная энергетика завтра не появится, горизонты планирования внедрения водородных программ растянуты на 2030–2050 годы, и раз весь мир, в том числе Россия, занялись развитием водородной энергетики как нового класса энергетической отрасли, то проблемы, стоящие перед полномасштабным внедрением водородной энергии в экономическую и энергетическую деятельность человеческой цивилизации, будут решены.
Водород станет новым декарбонизированным универсальным энергоносителем, и это не означает, что человечество перестанет нуждаться в нефти, угле или газе, отнюдь нет. Но это означает действительно шаг в будущее, в то самое водородное будущее.
И сегодня взрослая жизнь детей, которые пошли в 1-3 классы, будет тесно связана с внедрением водородных технологий в мировую экономику.
Так что важно понимать, куда катится этот мир, и что не только развитие искусственного интеллекта или курсы IT — перспективное направление. Развитие водородной энергетики будет перспективнее любого сегодняшнего тренда, и этот материал является масштабным дополнением к моему циклу статей и создан для тех, кто желает разобраться в мировых тенденциях водородной энергетики.
Вас ждет 15 глав, посвященных водородной энергетике, в которых выделена самая суть без лишней воды:
- Общее резюме
- Начало водородной революции. Почему водород?
- Энергетика будущего
- Применение водорода сегодня и завтра
- Развитие ключевых технологий водородной энергетики
- Производство декарбонизированного водорода
- Технологии улавливания и хранения CO₂
- Технология хранения и транспортировки водорода
- Конечный потребитель водорода
- Водород и транспорт
- Водород и металлургия
- Мировые водородные проекты сегодня
- Карта проектов
- Карта водородной транспортной инфраструктуры
- Карта водородных кластеров
13. Действующие механизмы поддержки водородной энергетики
- США
- ЕС
- Великобритания
- Китай
- Южная Корея
- Япония
14. Россия и водород
15. Российский водородный транспорт и программы развития водородной энергетики
+ Дополнительный материал.
Интересные факты о водороде:
Водород — это бесцветный, не имеющий запаха и вкуса, нетоксичный двухатомный газ, состоящий из самого легкого элемента таблицы Менделеева. Кубометр воздуха весит почти в 14 раз больше, чем кубометр водорода в тех же условиях.
Плотность воздуха — 1,2255 кг/м3.
Плотность водорода — 0,0899 кг/м3.
При сжигании (окислении) водород обладает самой высокой плотностью энергии на единицу массы, которая в три раза больше, чем у бензина, и в 150 раз больше, чем у современных литий-ионных аккумуляторов.
Теоретическая удельная теплота сгорания водорода в воздухе — 141,86 МДж/кг.
Практическая — 120 МДж/кг (из-за частиц пыли и прочих загрязнений).
Теоретическая удельная теплота сгорания водорода в чистом кислороде — 143 МДж/кг.
Практическая — 140 МДж/кг.
Водород — самый распространённый химический элемент в известной нам Вселенной. Существуют три природных изотопа водорода, два из которых стабильны, и один радиоактивен:
- «Протий» — самый распространённый (99,9885%) и лёгкий изотоп водорода, состоящий из одного протона и одного электрона.
- «Дейтерий», или «тяжёлый водород», включает в себя один протон, один нейтрон и один электрон.
- «Тритий» — это радиоактивный изотоп водорода с периодом полураспада около 12 лет. В его ядре находятся один протон и два нейтрона, и также имеет на орбитали 1 электрон.
Атом водорода не только самый легкий, но и самый маленький. Например, если бы атом кислорода был размером с футбольный мяч, то протий — изотоп водорода — был бы размером с горошину.
Потому атом водорода способен проникать в кристаллическую решетку металлов, свободно диффузировать через кристаллические решетки всех существующих материалов. А благодаря тому, что у него всего один электрон, атом водорода способен образовывать химические связи со многими элементами, потому в свободной форме на Земле водород практически не встречается, несмотря на то, что во Вселенной водород составляет 75% всей барионной массы материи и 92% всего барионного вещества Вселенной.
10% массы человеческого тела приходится на водород.
Часть 1. РЕЗЮМЕ
Водород — это не источник экологически чистой энергии! Большая ошибка так считать.
Водород — это универсальный энергоноситель, который должен сыграть важную роль в декарбонизации, то есть переходе к миру с низкими или околонулевыми выбросами углекислого газа.
Стратегии развития водородной экономики в разных странах формируются с учётом особенностей их экономики и энергетики, географических и климатических условий, наличия водных, солнечных и ветряных ресурсов, уровня развития и доступности технологий, а также готовности и активности инвесторов и готовности государства проводить последовательную политику перехода к низкоуглеродным источникам энергии.
Согласно плану развития водородной энергетики в России, к 2030 году производство экологически чистого водорода достигнет 550 тысяч тонн в год. Это будет достигнуто в первую очередь за счёт развития внутреннего потребления и создания собственных технологий производства водорода с низким уровнем выбросов углерода.
В авангарде развития водородной энергетики России встала Госкорпорация «Росатом», обладающая более чем 50-летним опытом работы с водородом и серьёзной научно-технической базой для развития высоких технологий.
Стратегия развития водородной энергетики России направлена на создание разнообразных технологических решений для всей цепочки поставок водорода. Это включает в себя разработку методов производства низкоуглеродного водорода с использованием различных технологий, таких как электролиз и переработка ископаемых видов топлива с улавливанием и захоронением CO₂.
Сегодня водород рассматривается как ключевой элемент по достижению целей декарбонизации. Широкомасштабное внедрение водорода в мировую энергетику к 2050 году сократит выбросы парниковых газов на 60 гигатонн в год, сегодня это 6% от мировых объемов выброса CO₂.
Развитие водородной энергетики в мире зависит от нескольких ключевых факторов.
- Во-первых, это совершенствование технологий и их способность конкурировать с другими энергетическими решениями.
- Во-вторых, успех проектов, которые служат пилотным примером для внедрения новых технологий.
- В-третьих, спрос на водородную энергетику и наличие механизмов поддержки, таких как прямое субсидирование и налоговые льготы, которые стимулируют инвесторов и технологические компании.
Водородный рынок только начинает формироваться, а в мире наблюдается положительная динамика развития водородных проектов.
Наряду с традиционным использованием водорода в теплоэнергетике и нефтегазовой отрасли, всё большую популярность набирают проекты по производству «чистого» водорода и аммиака. По прогнозам Международного энергетического агентства, к 2030 году производство «чистого» водорода достигнет примерно 61 миллиона тонн, в то время как в 2022 году этот показатель составлял всего 1 миллион тонн.
В мире было анонсировано более 1500 проектов по производству «зелёного» водорода. Общий объём инвестиций до 2030 года составит 570 миллиардов долларов.
Это на 520 проектов больше, чем было объявлено в 2021 году. 795 проектов предполагают полное или частичное развертывание уже через 5 лет.
Всё больше проектов по производству водорода выходят на уровень безубыточности, на данный момент 226 проектов с общим объёмом инвестиций в 39 миллиардов долларов уже прошли эту стадию.
Начал развиваться рынок спроса на низкоуглеродный водород. Рост идет за счет использования низкоуглеродного водорода и аммиака как производного водорода в следующих секторах:
- Энергетика. Проекты с использованием водорода и аммиака составят около 6 ГВт установленной мощности к 2030 году;
- Транспорт. К концу 2022 года парк автомобилей на водородных топливных элементах увеличился почти на 40% (по сравнению с 2021 годом), превысив 70 000 единиц, а общий объем потребления водорода наземным транспортом составил порядка 33 тысяч тонн.
К 2030 году прогнозируется рост в 121 раз! Так, объем потребления водорода в транспортном секторе составит около 4 млн тонн в год. Объем инвестиций в водородные заправочные станции к 2030 году составит порядка $8 млрд.
Применение низкоуглеродного водорода в транспорте будет активно расти, так как ожидается переход на синтетические топлива (SAE) для авиации и «зелёный» метанол для морских перевозок.
- Сталелитейная отрасль. К 2030 году спрос на низкоуглеродную сталь в мире прогнозируется на уровне 1,7–2,5 млн тонн. Сегодня 7 из 10 наиболее крупных стран-производителей объявили о планах по декарбонизации сталелитейной промышленности с применением зеленого водорода. ЕС, США и даже Китай уже запустили в реализацию водородные проекты по её декарбонизации сталелитейной промышленности.
Конечно, не всё так радужно, сегодня рынок спроса на водород непрозрачен и сильно отстает от рынка предложения. Если к 2030 году международный рынок торгуемого водорода по прогнозам составит порядка 18 млн тонн в год, то сегодня открытые закупочные процедуры (в части низкоуглеродного аммиака) действуют только в Германии (H2Stiftung, планируемый объем в рамках первого транша — 300 000 тонн в год).
В этом году Южная Корея запустила первый в мире аукцион по закупке 1 300 гигаватт-часов электроэнергии, полученной с использованием низкоуглеродного водорода. Аукцион завершается 8 ноября 2024 года.
К 2030 году производство электроэнергии в Южной Корее на основе водорода должно составить 13 тераватт-часов, или суммарно 750 МВт мощности.
Последние 5 лет наблюдается положительная динамика развития технологической цепочки производства водорода.
Многие экспериментальные и лабораторные технологии начатые 10-15 лет назад сегодня достигают все большего уровня готовности.
Например, технологии для водородного транспорта уже достигли уровня TRL 8-9.
- TRL 8: сборка реального устройства, которое тестируется в составе системы в ожидаемых эксплуатационных условиях.
- TRL 9: реальная демонстрация технологии в её завершённом виде, после чего принимается решение о серийном выпуске.
Активно развиваются технологии электролиза, мощность которых к 2023 году составила более 33,5 ГВт. Также развиваются технологии улавливания углекислого газа (CCUS).
Ожидается, что к 2030 году будет производиться около 135 ГВт мощностей электролизеров в год.
- На сегодня инвестиционные решения были приняты только на 12 ГВт.
В ближайшие годы на рынке будет заметное превышение мощностей по производству электролизеров над планируемым спросом, учитывая развитие проектов и подтверждённые сбытовые кооперации. Это, в свою очередь, подстегивает необходимость развивать технологии крупнотоннажного хранения и транспортировки водорода, в том числе с транспортировкой аммиака как продукта технологии крекинга.
Общая суммарная заявленная мощность электролизеров в ГВт (с учетом всех стадий реализации проектов), в том числе для проектов без известных сроков развертывания добавление мощностей в 2023 году составила 232 ГВт:
В мире отмечается значительный рост в выделении прямых мер поддержки на водородные проекты:
Так, рост субсидий составил 43% по сравнению с 2021 годом. Общий объем субсидий в секторе водородной энергетики уже сегодня превышает $280 млрд.
В силу всё еще зарождающейся отрасли водородной энергетики, меры поддержки остаются ключевым фактором влияния на развитие технологий и запуск водородных проектов.
В 2021 году Россия взяла курс на развитие ключевых водородных технологий и пилотных проектов. Правительством была утверждена концепция развития водородной энергетики, а в 2022 была утверждена дорожная карта развития водородного направления России, а в 2023 году, как я писал выше, «шутки кончились», что свидетельствует о том, что водородный сектор рассматривается как одно из стратегических направлений технологического развития нашей страны.
Часть 2. Начало водородной революции. Почему Водород?
В современном мире всё более актуальным становится вопрос перехода к устойчивым и экологически чистым источникам энергии. По всему миру набирает обороты «зелёная» повестка, которая призывает к сокращению выбросов углерода и повышению энергетической эффективности.
Особое внимание в этом контексте привлекает водородная энергетика. Она открывает новые перспективы в создании экологически чистых и эффективных энергетических решений. Мировая общественность реализует множество проектов в области водородной энергетики, демонстрируя растущий интерес к использованию водорода в качестве альтернативного энергоносителя и средства хранения энергии.
Но почему для перехода к новой энергетике выбран водород, наделавший много шума как самый опасный, сложный и дорогой энергоноситель?
А ответ тут прост: без водорода энергопереход на безуглеродную энергетику невозможен, и точка.
Водородная энергетика — это единственный известный науке способ соединить с одинаковой энергетической и экологической эффективностью различные сектора экономики, включая транспорт, промышленность, домашние хозяйства и разнообразные источники энергии. Потому водород, как универсальный энергоноситель, будет играть ключевую роль в виде энергетического моста между всеми секторами мировой экономики.
Если раньше исследования по формированию современного рынка водорода были сосредоточены на ограниченном числе областей применения, то теперь его использование значительно расширяется.
Но за счёт чего это происходит и в каких сферах может проявиться влияние водорода?
Для ответа на этот вопрос нужно понимание почему вокруг водорода сейчас возникает такой ажиотаж. Где используется водород уже сейчас, для чего он нужен и какой вклад может внести в достижение климатических целей?
Часть 3. Энергетика будущего
Взгляните на этот график потребления первичных источников энергии в мировом энергобалансе до 2050 года. Уголь, природный газ, атом, солнце, ветер:
Где графа «водородная энергетика»? Нефть есть, уголь есть, газ тоже есть… Может быть, водород — это прочие ВИЭ (возобновляемые источники энергии)? Нет, водорода как отдельного энергетического источника энергии тут нет.
Но в энергетике 2050 года есть одно общее — это водород, который активно используется во всех энергетических отраслях.
В частности, водород объединяет атомную, ветровую и солнечную энергетику в одну большую безуглеродную энергетическую систему.
Как именно?
Мировой энергетический баланс к 2050-му году будет на 50% состоять из маломаневренных источников энергии, таких как солнечные, ветряные и атомные электростанции.
Атомная станция хоть и независимая от капризов погоды, но обладает крайне малой маневренностью, в идеале её вообще не нужно трогать после выхода на проектную мощность выработки электроэнергии.
И не важно, есть ли спрос в данную минуту или станция работает вхолостую.
Такие источники энергии, как ветер и солнце, не поддаются управляемому маневрированию во всем диапазоне доступных им нагрузок, выработка электроэнергии на них характеризуется ярко выраженной сезонностью и локализацией энергоресурса.
Из-за этого для конечного потребителя «зеленая» энергия существенно дороже, чем традиционная углеводородная.
Яркий пример — Германия, где цена для домохозяйств одна из самых высоких в мире:
Водород способен выровнять энергобаланс между солнечной, ветряной и атомной генерацией.
Использование водорода, полученного методом электролиза, даёт возможность сохранять избыточную энергию в химической форме. Впоследствии эти излишки можно будет применять в промышленности (для традиционных целей), либо преобразовывать обратно в энергию для использования в сфере энергетики или на транспорте.
Таким образом, водород будет являться связующим энергоносителем и универсальным способом хранения и транспортировки энергии, полученной от первичных источников (АЭС, ВЭУ, СЭС).
И такое объединение при применении водорода как энергоносителя и аккумулятора в одном лице возможно между любыми источниками первичной энергии, которые генерируют тепловую и электрическую энергию.
Часть 4. Применение водорода сегодня и завтра
Сегодня водород уже стал одним из самых востребованных газов промышленного назначения, и, внимание, — занимает третье место среди технических газов после кислорода и азота.
С 1975 года спрос на водород промышленного применения вырос в три раза.
Традиционные области применения водорода включают:
- Химическую промышленность, которая использует водород в качестве сырья для производства аммиака, метанола, минеральных удобрений и других продуктов, приходится более 50% мирового потребления водорода.
- Еще 40% приходится на нефтепереработку.
- В металлургии водород традиционно используется в качестве атмосферы для термической обработки металлов при отжиге, на это затрачивается 5% общемирового потребления;
- Оставшиеся проценты приходятся на такие отрасли промышленности как электроника, стекольная промышленность, энергетика и т. д.
В 2022 году в мире было произведено 95 миллионов тонн водорода. Из них только около 1 миллиона тонн приходится на низкоуглеродный водород.
Сегодня почти весь водород производится из ископаемого топлива, то есть является «серым». Из общего объёма производства 62% приходится на природный газ (без улавливания и хранения углекислого газа), а 21% — на уголь.
За последние несколько лет направления использования водорода распространились на транспортный сектор, производство и хранение электроэнергии, теплоснабжение домов и производство синтетического топлива.
Если раньше водород не использовали в этих сферах, потому что он не мог заменить традиционные виды ископаемого топлива и альтернативные технологии из-за неготовности многих технических решений для широкого коммерческого использования водорода, то сегодня ожидается, что уже к 2030 году, в процессе перехода к экологически чистым источникам энергии, водород твердо займет свою нишу в ряде новых областей, таких как:
- Выработка энергии — 16% потребления водорода в мире;
- Синтетическое топливо для авиации и судоходства — 8% потребления водорода в мире;
- Металлургия (декарбонизация) — 4% общемирового потребления;
- Транспортный сектор — около 3% потребления водорода в мире.
То есть уже буквально через 10 лет водород начнет оказывать влияние на мировую экономику, формируя новый рынок потребления.
Согласно сценарию о нулевых выбросах (Net Zero Emissions) от МЭА, мировое потребление низкоуглеродного водорода достигнет к 2030 году 61 млн тонн, а к 2050 — 390 млн тонн.
И это консервативный прогноз, ибо при оптимистичном, впрочем, его даже рассматривать не будем.
Но потребность в водороде просто так сама собой не формируется, потому его значительный рост связан с новыми рынками потребления и новым применением в традиционных областях:
В ближайшие годы спрос на водород в мире будет в основном обеспечиваться за счёт Китая, Индии, Японии, Южной Кореи, Европы и Северной Америки.
При этом крупнейшим потребителем станет Китай.
На долю этих стран придётся 75% от общего мирового спроса на водород:
Часть 5. Развитие ключевых технологий водородной энергетики
Успех в достижении целей по развитию водородной энергетики во многом зависит от готовности технологий на всех этапах цепочки поставок низкоуглеродного водорода: производства, хранения, транспортировки и использования водорода.
То есть, если будет провал в одной из этих областей, то водородная энергетика полноценно не заработает.
Эти технологии — основа основ водородной энергетики, и крупные мировые лидеры химической отрасли Air Liquide (Франция), Linde (Германия), Air Products (США), Topsoe (Дания), опираясь на обширный опыт в производстве водорода, сосредоточились на решении этих проблем, активно инвестируя в проекты по производству, хранению, сжижению и промышленного применения низкоуглеродного водорода.
Лидерами в области инновационных технологий электролиза являются компании Cummins (США), Ohmium (Австрия) и ITM Power (Австрия). Китайские производители также активно участвуют в развитии традиционных технологий щелочного электролиза, среди которых выделяются компании Longi и Peric.
Японские компании Toyota и Honda, а также корейская Hyundai активно разрабатывают водородные энергетические установки (водородные топливные элементы) и системы хранения, распределения и сжижения водорода.
За последние 10 лет большинство водородных стартапов были основаны в США (33%) и Европе (51%). При этом инвестиции в водород со стороны США с каждым годом растут. Так, в период с 2018 по 2022 год доля США на рынке инвестиций в проекты по производству водорода увеличилась до 80%.
Китай, дабы не отстать в технологиях, да и вообще в реализации водородных программ, принял технологическую стратегию, направленную на достижение лидерства в области электролиза, накопителей энергии и наземного транспорта.
В целом азиатские страны, такие как Япония и Южная Корея, сосредоточены на развитии водородных технологий в сфере энергоснабжения, металлургии, а также наземного и морского транспорта.
Малоизвестный факт, но ускорить разработку водородных технологий Китай побудил энергетический кризис 2021 года, наглядно продемонстрировавший, что на текущем этапе развития технологий ветровой и солнечной электрогенерации, при всём желании, неспособны обеспечить стабильные поставки электроэнергии. А водород является той самой палочкой-выручалочкой, способной стабилизировать генерацию, объединив их в единый энергетический контур.
Российские компании тоже уделяют большое внимание разработке и внедрению технологий водородной энергетики:
- Проекты по производству водорода с использованием атомной энергии («Росатом»);
- Проекты по производству водорода из природного газа («Газпром»);
- Проекты по производству водорода с использованием атомной энергии природного газа («Росатом», «Газпром»);
- Использование водорода в химической промышленности («СИБУР Холдинг»);
- Использование водорода в транспортном секторе (АФК «Система», «КАМАЗ», «РЖД»).
В России также исследуют потенциал экспорта водорода, учитывая наши обширные энергетические ресурсы и географическое положение.
К 2050 году экспорт из России экологически чистых видов водорода может достичь $100 млрд в год.
В 2024 году наиболее развитыми можно назвать технологии для транспортной отрасли. Технологии получения водорода методом щелочного электролиза также близки к готовности к применению в энергетике.
Часть 6. Производство декарбонизированного водорода
В настоящее время основной способ получения водорода — это переработка углеводородов. По этой технологии производится более половины всего мирового объёма водорода. Широкое распространение установок риформинга на нефтеперерабатывающих заводах объясняет преобладание метода получения водорода через конверсию углеводородных газов.
Длительное развитие этих технологий в нефтяной и газовой отраслях способствовало созданию основы, благодаря которой водород, производимый методом паровой конверсии метана (ПКМ), сегодня является одним из наиболее экономически выгодных. В перспективе до 2035 года заявлено более 90 проектов с суммарной производительностью на уровне 18 млн тонн водорода в год, при этом около 50% этого объема будет производиться по технологии автотермического риформинга (АТР) с последующим улавливанием и захоронением CO₂.
Синтез-газ — это преимущественно смесь монооксида углерода и водорода, с примесью углекислого газа. Вот этот СО и CO₂ будет улавливать и захоранивать, тем самым получая низкоуглеродный или декарбонизированный водород.
Собственно, вся суть получения водорода из углеводородных источников будет сводиться к улавливанию и захоронению CO₂, тем самым добываемый таким образом водород сможет служить первичным источником энергии.
Это возможно благодаря тому, что энергетические затраты на добычу того же газа или угля с последующим реформингом, газификацией, улавливанием и захоронением CO₂ будут гораздо меньше, чем получаемая энергия при использовании этого водорода.
То есть, если сегодня газ (метан) добывается и сжигается, то завтра газ, как и уголь, тоже будет добываться, даже еще в больших объемах, чем сегодня, но сжигаться будет только их отдельная составляющая в виде молекулы водорода.
Молекулу угля видели? На самом деле это уже макромолекула, и её структура обширна водородными связями:
Однако сегодня отчетливо проявляется глобальный тренд развития водородной энергетики в контексте наращивания мощностей технологиями электролиза в связке с чистыми источниками генерации (атомная энергетика, ВИЭ).
Эффективность производства водорода через электролиз воды зависит от стоимости электричества и загрузки электролизера. Этот метод идеален для использования избыточной энергии от ВИЭ или АЭС, превращая таким образом водород в средство хранения энергии.
Согласно общемировым прогнозам, более 60% производства низкоуглеродного водорода к 2050 году будет приходиться на технологии электролиза. И если сегодня около 80% всех мощностей относится к щелочному электролизу, то в перспективе технологии протонообменного (РЕМ) и твердооксидного (SOEC) электролиза станут прямыми конкурентами щелочному электролизу.
Технология протонообменного электролиза лучше всего подходит для использования в системах, работающих от солнца и ветра. PEM-электролизер может работать при высокой и нестабильной силе тока, что идеально подходит для систем, связанных с переменными источниками энергии, такими как ветер и солнце, где происходят частые изменения выработки электроэнергии до нескольких десятков раз в день. Благодаря PEM-электролизеру можно снизить эксплуатационные расходы и предотвратить потери энергии.
Однако PEM-технология всё еще не готова к полноценному промышленному внедрению, главным образом из-за твердо-полимерной протонообменной мембраны, которая изнашивается менее чем за 20 тысяч часов (всего 2 года и 3 месяца работы).
Стоимость мембраны составляет 80% от стоимости электролизера.
Главным лидером по наращиванию мощностей электролиза за последние 3 года является Китай, опережая остальной мир и в динамике увеличения мощностей, и в совокупной мощности.
По оценкам BloombergNEF, совокупная мощность сборки электролизеров в 2023 году составила 33,5 ГВт, и около 70% из них сосредоточены в Китае. Стоимость производства и установки электролизеров также остается на высоком уровне, несмотря на прогнозы по постепенному снижению цен, однако электролизеры китайского производства в 4 раза дешевле, чем электролизеры, произведенные в Европе или США.
Но таких чудес не бывает, и китайские электролизеры по качеству и производительности сильно уступают европейским и американским.
В новом отчёте BloombergNEF (BNEF) сообщается, что к 2030 году производство зелёного водорода с использованием возобновляемых источников энергии станет более экономичным по сравнению с производством серого водорода из природного газа на пяти ключевых рынках:
Однако задержки с внедрением субсидий привели к замедлению масштабирования проектов производства зеленого водорода, что, в свою очередь, стало причиной того, что прогнозируемый рост заказов на электролизеры не оправдался и в мире сейчас наблюдается их перепроизводство.
- Так, в 2022 году мощность сборки электролизеров составила 13,7 ГВт, а общая установленная мощность достигла 690 МВт.
Согласно заявлениям производителей электролизеров, ожидаемая годовая производственная мощность на 2023 год снизилась на 19%. Прогнозы на 2024 год предполагали ещё более значительное снижение — на 26% по сравнению с январскими оценками.
Главным тормозом производства электролизов стали европейские и американские компании, именно на этом фоне Китай и начал выделяться.
Увеличение производительности установок электролиза (>1000 Нм³/ч) позволит освоить новые рыночные ниши низкоуглеродной энергетики. При этом спрос на традиционном рынке потребления (ТЭЦ, металлургия, стекольная промышленность) останется на электролизные установки малой и средней производительности (до 100 Нм³/ч). Для таких продуктов конкурентоспособность будет определяться показателями эффективности и экологичности.
В России тоже активно занимаются разработкой технологий производства водорода:
- Методом конверсии углеводородов занимаются «Газпром», «Росатом», «НОВАТЭК Холдинг»;
- Методом электролиза воды с использованием ВИЭ «Росатом», «Н2 Чистая энергетика», АФК «Система»;
- С использованием атомной энергии — «Росатом».
Активно ведется реализация проектов по разработке отечественных электролизных установок следующими компаниями:
- Анионопроводящая матрица — «Росатом»;
- Щелочные электролизеры — ООО «ИФТИ»;
- РЕМ — «Поликом», «СКТБЭ»;
- SOEC — «ИФТТ РАН» и «УрФУ».
Что за «Анионопроводящая матрица»? Это новейшая разработка «Росатома», объединяющая преимущества методов щелочного и PEM электролиза без их недостатков.
Основной мощности по производству электролизов, около 55%, приходится на Китай, за ним следуют Ближний Восток (15%), Европа (15%) и Северная Америка (5%). Такое распределение подтверждает отставание Европы и США в продвижении проектов, несмотря на запущенные механизмы государственной поддержки.
Основная причина отставания заключается в том, что до 2030 года планируется ввести в эксплуатацию 305 ГВт электролизеров. Однако на 2024 год окончательное инвестиционное решение было принято только для 12 ГВт.
Остальные 293 ГВт зависли…
Часть 7. Технологии улавливания и хранения CO₂
Вот мы и добрались до ключевой технологии производства декарбонизированного водорода на базе углеводородных источников энергии.
Кратко в самую суть:
Технология улавливания и хранения углерода (Carbon Capture and Storage, CCS) играет ключевую роль в производстве «голубого» водорода на основе углеводородов. Она позволяет значительно сократить выбросы углекислого газа, улавливая его на промышленных объектах и энергетических установках, а затем надёжно изолируя (захоранивая).
Разработкой и инвестициями в эту технологию занимаются крупные игроки нефтегазовой отрасли. Благодаря этой технологии можно декарбонизировать добычу ископаемого топлива и при этом снижать выбросы углекислого газа в соответствии с глобальными экологическими стандартами.
Сегодня в мире действует 30 водородных установок с CCS, улавливающие около 43 млн тонн СО2 в год. При этом, по данным Международного энергетического агентства, только 1 млн тонн уловленного CO₂ закачивается в специальное хранилище (на объекте Quest в Канаде), а остальная часть закачивается для увеличения нефтеотдачи или используется в пищевой промышленности. В результате, на 2022 год только около 0,6 млн тонн производства водорода квалифицируется как низкоуглеродное.
Главными странами-лидерами в подобных разработках являются США, Канада, Великобритания, Нидерланды и Норвегия.
Пока основная проблема применения технологии CCS в ее дороговизне — стоимость полного цикла улавливания и захоронения оценивается в пределах 150-170 долларов за тонну CO₂.
Что в России?
По состоянию на 2022 год в России рассматривается возможность разработки около десятка проектов на базе данной технологии. При этом примеры практического использования технологий CCS отсутствуют.
Но потенциал огромен, так как, по оценкам Минэнерго, Россия располагает геологическими ресурсами для хранения углекислого газа объемом более 1 триллиона тонн.
Для сравнения, общий объем выбросов СО2 в России за 2023 год менее 2 млрд тонн:
В 2023 году весь мир выбросил порядка 35 миллиардов тонн углекислого газа. Если бы Россия захоранивала все эти выбросы, то смогла бы делать это в течение 28 лет.
Часть 8. Технология хранения и транспортировки водорода
Транспортировка и хранение водорода являются критическими аспектами в цепочке водородной энергетики, поскольку они определяют доступность водорода в качестве энергоносителя в условиях как локального потребления, так и в международной торговле.
На текущем этапе эти задачи все еще не решены и представляют собой сложные технологические вызовы, обусловленные специфическими физическими свойствами водорода (активность, взрывоопасность, низкая плотность и температура сжижения).
Эффективная транспортировка водорода зависит от количества необходимого к перевозке водорода, дистанции от места производства до места потребления и от совокупной стоимости организации инфраструктуры для транспортировки.
- Транспортировка водорода составляет порядка 20% стоимости конечного продукта у потребителя.
В случае, когда расстояние не превышает 2500 километров, одним из наиболее эффективных способов массовой транспортировки водорода являются трубопроводы. Они могут иметь диаметр 20 или 48 дюймов, что соответствует 52 или 122 сантиметрам. В зависимости от мощности компрессоров, такие трубопроводы позволяют транспортировать до 130 тысяч тонн и до 1,9 миллиона тонн водорода в год соответственно.
Также возможна доставка небольших партий водорода наземным транспортом в баллонах.
Вопрос снижения стоимости транспортировки для целей международной торговли находится в центре внимания, так как технология всё ещё находится на стадии разработки. В этой связи многие проекты в мире для трансграничной торговли в ближайшей перспективе ориентированы на использование низкоуглеродного аммиака. Это связано с готовностью инфраструктуры, технологий и развитостью рынка для этого продукта.
- После доставки аммиак можно разложить обратно на водород и азот.
На сегодняшний день этот метод транспортировки водорода является наиболее перспективным для перевозки на большие расстояния. Он, судя по всему, будет актуален до тех пор, пока не будет достигнут необходимый технологический уровень для перевозки чистого водорода на дальние расстояния.
Собственно, именно транспортировка, а не стоимость производства водорода вносит основной вклад в конечную стоимость для потребителя.
На расстояния более 2500 км экономически выгодным вариантом когда нибудь станет перевозка водорода морскими танкерами, в том числе с использованием криогенных контейнеров и их последующей наземной автомобильной перевозкой.
Но давайте посмотрим на ситуацию реалистично. Для морской перевозки водорода, помимо судов, необходима специальная инфраструктура в портах. Это включает в себя доступ к глубоководной инфраструктуре и объектам для переработки водорода в удобное для транспортировки состояние в порту-экспортёре. В некоторых случаях также потребуются объекты для обратной переработки водорода в порту импорта.
Всё это затрудняет и делает более дорогостоящим процесс доставки водорода на танкерах.
Ярким примером в области перевозки сжиженного водорода является работа японской компании «Kawasaki Heavy Industries», работающая над созданием судов для транспортировки жидкого водорода.
В 2022 году произведенный ими пилотный танкер-перевозчик сжиженного водорода «Suiso Frontier» вместимостью 1250 м³ (75 тонн жидкого водорода) совершил свой успешный рейс из Австралии в Японию, доказав, что криогенный водород возможно экономически выгодно перевозить на расстоянии в несколько тысяч километров.
Это подогрело интерес к развитию подобных технологий по всему миру, сегодня и другие компании также объявляют о своих собственных проектах:
Кроме транспортировки криогенного водорода, сегодня активно идут работы над транспортировкой сжатого водорода морским транспортом как вариант транспортировки водорода для меньших масштабов.
В декабре 2022 года компания Provaris Energy (Австралия) получила принципиальное одобрение проекта «H2Neo» Американским бюро судоходства для водородного танкера емкостью 26 000 м³, способным вместить 430 тонн водорода, эксплуатация этих танкеров должна начаться в 2027 году.
В рамках немецкого проекта «OffsH2ore» компаниями PNE, Silica Verfahrenstechnik, Wystrach, Kongstein и Fraunhofer разработана концепция танкера со сжатым водородом для морской ветроэнергетики: водород, добываемый на море, можно сжать до давления 500 атмосфер и загрузить в 400-тонный танкер для транспортировки на берег.
Планируется, что ежегодный объем инвестиций в транспортировку водорода достигнет примерно $35 млрд во второй половине этого десятилетия. Эта сумма составляет примерно 40% текущих годовых расходов на газопроводы и морскую инфраструктуру.
Технологии хранения водорода можно разделить на физические и химические:
- Физические методы включают сжатие газообразного водорода или хранение в жидком виде. Сжатие газа требует использования специальных емкостей под высоким давлением, а жидкий водород хранится при крайне низких температурах, что вызывает сложности в поддержании этой температуры и транспортировке.
- Химические методы представляют собой химическое связывание водорода с металлами и другими неорганическими элементами, но имеют недостатки в виде относительно низкой плотности энергии (в случае металлогидридов) или в виде дополнительных сложностей и затрат для процесса обратного высвобождения водорода.
В качестве альтернативы рассматривается возможность хранения газообразного водорода под давлением в подземных соляных пещерах или в отработанных нефтегазовых месторождениях.
На сегодняшний день больше всего проектов хранения водорода, связанных именно с подземным хранением, было заявлено в Германии и Великобритании (по 9 проектов), во Франции (7 проектов), в США — 4 проекта, при этом два из них будут находиться в одном кластере.
Что в России?
Создание и испытание отечественных технологий изготовления, хранения и транспортировки водорода ведется в рамках деятельности компаний ООО «НПО „Центротех“» (Росатом), НПФ «Реал-Шторм» (Росатом), АО «НИИграфит» (Росатом), а также «Н2 Тех», «Криогенмаш» и НПО «Гелиймаш».
Часть 9. Конечный потребитель водорода
Завершающим элементом цепочки поставок низкоуглеродного водорода является потребитель, без которого, очевидно, переход в формат низкоуглеродной экономики невозможен.
Однако, как уже известно, переход будет происходить неравномерно в разных регионах и секторах экономики. В рамках этого процесса запускаются точечные пилотные проекты и промышленные кластеры.
Сделано это для сглаживания существующего разрыва, связанного с тем, что базовый фокус инвестиционной активности по запуску пилотных проектов больше сосредоточен на развитии промышленных систем производства, а не потребления водорода.
То есть сегодня в основном инвестиции идут в разработку технологий производства, хранения и доставки водорода, нежели в его потребление.
Потому ключевым драйвером развития водородной экономики в краткосрочной перспективе (до 2030 года) будет транспортный сектор, для которого уровень технологической готовности позволяет запускать масштабные проекты как по производству водорода, так и по потреблению.
В то же время в период с 2025 по 2030 годы планируется запустить более 30 проектов для сталелитейной промышленности. Еще один сектор — потенциальный лидер потребления низкоуглеродного водорода — энергетика. Заявленные проекты по использованию водорода и аммиака в энергетике могут составить порядка 5,8 ГВт установленной мощности к 2030 году.
Около 70% проектов связаны с использованием водорода в открытом или комбинированном цикле на базе газовых турбин, при этом использование водорода в топливных элементах составляет 10%, а совместное сжигание аммиака на угольных электростанциях — около 3% заявленной мощности.
Часть 10. Водород и транспорт
Как говорилось выше, транспортный сектор во всех ключевых прогнозах рассматривается как основной рынок-потребитель водорода. Одним из важных факторов роста рынка водородного транспорта связано с тем, что транспорт является ключевым источником выбросов СО2 (на долю транспортных средств приходится 25-30% от общего объема выбросов парниковых газов в мире).
В 2022 году общий объём потребления водорода в этом секторе составил около 33 тысяч тонн. По прогнозам Международного энергетического агентства, к 2030 году использование водорода в транспорте достигнет 4 миллионов тонн в год.
К концу 2022 года парк автомобилей на водородных топливных элементах увеличился почти на 40% по сравнению с 2021 годом, превысив 70 000 ед. По итогам 2023 года продажи водородных автомобилей упали на 30%, при этом парк автомобилей на конец года составил 85 000 единиц, а крупнейшими рынками по-прежнему остаются такие страны как Корея, Китай, США, Европа и Япония.
Общемировое падение продаж связано, прежде всего, с падением продаж в Южной Корее на 55,2%, которое, в свою очередь, связано с ростом цен на топливо и кризисом его поставок в страну.
Потому что корейцы решили ввести санкции против России, а ввели против себя (назло маме отморожу уши).
Разработкой водородных транспортных средств в России занимается «КАМАЗ», «Группа ГАЗ» и Холдинг «БМГ».
Прототипы водородных транспортных средств успешно прошли испытания и были представлены в 2021–2022 годах. Помимо КАМАЗа и ГАЗа, активными игроками в области водородного транспорта являются «Росатом» и АФК «Система».
- В 2022 году АФК «Система» и «КАМАЗ» подписали соглашение об объединении и координации усилий в создании серийных моделей, использующих водород в транспортных средствах.
- «Росатом» совместно с партнерами-производителями транспортных средств активно развивает водородную транспортную тематику, сотрудничает с регионами России по развитию транспортных проектов, расчету моделей на водороде.
Первая российская водородная заправка появилась в 2020 году в Черноголовке:
ООО «Поликом» в 2023 году представил российскую заправочную станцию с давлением до 350 атмосфер:
Пилотные транспортные проекты в области железнодорожных перевозок также запускаются по всему миру. Сегодня в мире эксплуатируется более 50 поездов с водородным двигателем, а странами-лидерами являются Германия, США, Франция.
На сегодняшний день более 10 стран заявили о создании пилотов водородных поездов или покупки парка поездов, а также о намерениях расширения уже существующего водородного парка.
В России запуск первых водородных поездов запланирован на 2025 год. Из-за ухода французского партнера из России «Росатому» пришлось искать ему замену для организации производства водорода на острове Сахалин.
По данным «Русатом Оверсиз» и РЖД, для реализации проекта кроме строительства завода по производству водорода потребуется создать еще несколько сооружений:
- два водородно-заправочных комплекса (семи поездам потребуется 265 тонн водорода в год);
- здание цеха для технического обслуживания и ремонта поездов в Южно-Сахалинске;
- реконструировать действующее здание цеха для техобслуживания в Холмске.
В проекте рассматривается возможность использования российских технологий, например, в конструкции поезда планируется максимально использовать комплектующие российского производства. Однако на начальном этапе будут применяться серийно выпускаемые водородные топливные ячейки и система хранения водорода зарубежного производства, иначе сроки запуска проекта сдвинутся еще на несколько лет.
Декарбонизацию морских и авиаперевозок также связывают с водородом. В настоящее время для авиации основным топливом являются бензин и керосин. В судоходстве используются тяжелый мазут (HFO) и морской газойль (MGO), а сжиженный природный газ (СПГ) присутствует незначительно.
При этом водород в той или иной части присутствует в разных вариантах возможной цепочки производства SAF (Sustainable Aviation Fuels — Устойчивое топливо для авиации) и в топливе для судов.
Под «устойчивым топливом» подразумеваются уменьшенные выбросы углекислого газа в атмосферу — от 20 до почти 100% по сравнению с авиационным керосином.
Обязательства по использованию SAF и соглашения на покупку в горизонте 2023–2030 уже приняты авиаперевозчиками Lufthansa, Air France и Norwegian Air.
Единственным крупным проектом в сфере морского транспорта занимается датский Maersk, планирующий перевести 19 кораблей на «зеленый» метанол, а к 2040 году выйти в ноль по выбросам в атмосферу.
Еще немного осталось, последний рывок!
Часть 11. Водород и металлургия
Переход к миру с низким уровнем выбросов углекислого газа требует изменений в способах производства железа и стали.
Каждая тонна произведенной стали в среднем выбрасывает в атмосферу 1,8 тонны CO₂, а для производства алюминия выброс CO₂ может достигать 22 тонны.
Нет, это не ошибка, это с тонны производимого металла!
По данным российского кадастра антропогенных выбросов, лидерство по генерации парниковых газов в нашей стране — у черной и цветной металлургии: на них приходится 28% выбросов, а в мире, по разным оценкам, на эту отрасль приходится 7–9% глобальных выбросов CO₂.
- В России не транспорт главный источник выброса CO₂, а металлургия.
В настоящее время металлургические компании рассматривают возможность использования водорода для декарбонизации отрасли.
Первый подход заключается в разработке и внедрении прорывной технологии восстановления водорода (прямое восстановление оксида железа и сплавов на его основе водородом), практически исключающей прямые выбросы парниковых газов, например в процессе выплавки чугуна. Ряд сталелитейных компаний используют этот подход; среди ключевых проектов — Hybrit (SSAB/LKAB/Vattenfall) и пилотный проект ArcelorMittal в Гамбурге.
Другая группа сталелитейных компаний рассматривает возможность переходного использования водорода путем смешивания его с ископаемыми восстановителями, используя его в традиционных процессах выплавки стали (BF и DRI) для повышения эффективности использования газов.
- Thyssenkrupp тестирует использование водорода в доменной печи; природного газа с высоким содержанием водорода, проект выйдет на уровень готовности TRL 7 к 2025 году.
Компании Tenova, Salzgitter и Thyssenkrupp уже проводят испытания DRI на основе природного газа с высоким содержанием водорода (TRL 7 к 2030).
Проект SuSteel компании Voestalpine предполагает применение водородного плазменного восстановления для выплавки чугуна, а Университет Юты исследует технологию флэш-железоделательного производства (степень готовности на сегодня TRL 4, создание прототипа).
Водород также может использоваться во вспомогательных процессах, например, в нагревательных печах, в качестве заменителя природного газа.
В России ведущие металлургические компании, включая «Северсталь», Холдинг «Металлоинвест» и ОК «РУСАЛ», уделяют большое внимание вопросам устойчивого развития, в том числе внедрению водородных технологий. Однако на данный момент нет подробной информации о разрабатываемых технологиях и сроках их внедрения.
Часть 12. Мировые водородные проекты сегодня
Тренд на развитие водородных проектов продолжается: в 2021 году сообщалось о 520 проектах водородной энергетики с объемом инвестиций до 2030 года, равным $160 млрд, спустя 2 года количество заявленных проектов насчитывается более 1500 с заявленным уровнем инвестиций до 2030 года в $570 млрд.
Количество проектов, дошедших до FID, также существенно увеличилось за последние два года: если в 2021 году было 20 таких проектов, то к концу 2023 года Международное энергетическое агентство сообщает о 226 проектах с объемом инвестиций в $39 млрд.
Final Investment Decision (FID) — это этап жизненного цикла проекта, на котором компания принимает решение о том, двигаться вперёд или отказаться от проекта.
Большинство проектов формируется на кластерной основе — в зонах наличия дешевых энергоресурсов, инфраструктуры, в том числе портовой (как в случае с кластерами для целей торговли в Роттердаме, Суэцком канале в Египте), а также с учетом мер поддержки.
Согласно прогнозам, в 2030 году объем международной торговли водородом будет составлять 18 млн тонн, при этом большая часть будет проходить посредством трубопровода (8,1 млн тонн) и аммиака (6,3 млн тонн).
Ключевые кластеры-поставщики будут находиться в странах Северной и Латинской Америки, Австралии, Северной Африки, а основными покупателями станут Южная Корея, Япония, Китай и ЕС.
В целом наблюдается прямая взаимосвязь по формированию центров производства и потребления водорода. И это не случайно. IRENA в своем отчете Geopolitics of the Energy Transformation: The Hydrogen Factor открыто говорит о том, что энергопереход, в том числе на базе низкоуглеродного водорода, уже формирует геополитические центры влияния, как с точки зрения развития технологий, так и с точки зрения наличия ресурсов для их развития.
А что это означает простым языком? Если раньше воевали за нефть, то теперь будем ещё и за водород и водородные технологии. Тут без изменений.
Часть 13. Действующие механизмы поддержки водородной энергетики
Производственные проекты и кластеры формируются там, где есть стимул для производителя и потребителя. Ключевой ресурс — меры поддержки, а ключевая цель — создание конкурентоспособного продукта и технологическое лидерство.
Если водородные стратегии приняты в 41 государстве, отвечающих за почти 80% мировых выбросов CO₂, то действительные финансовые механизмы введены только в США, ЕС, Китае, Японии и Корее. Эти меры включают гранты, налоговые стимулы и прямые субсидии. Эти же страны сегодня не случайно являются лидерами в развитии технологий и отрасли в целом.
Кратко рассмотрим, в каком виде государственные меры поддержки и регулирования в сфере водородной энергетики развиваются в странах-лидерах:
> США
Закон о снижении инфляции (IRA) предусматривает возможность включения проектов по производству «чистого водорода» в программу инвестиционного налогового кредита (ITC) для чистой энергетики. Согласно этой программе, компании могут получить компенсацию в размере 30% от общих инвестиционных расходов, в зависимости от интенсивности выбросов, возникающих в процессе производства.
Производители водорода в США получат значительную субсидию в размере около $100 млрд по программе IRA. Механизм IRA в части производства водорода включает субсидию (производственная помощь) на чистый водород в размере от $0,60 до $3 за кг произведенного чистого водорода в зависимости от уровня выбросов CO₂ в течение 10 лет после начала производства.
Налоговые вычеты по инвестициям в производственные мощности (распространяется в том числе на производителей электролизного оборудования) составляют от 6 до 30% (также в привязке к CO₂) и налоговый вычет в размере $85 за тонну уловленного CO₂.
То есть производители водорода в США покрывают почти все затраты на производство водорода и улавливание СО2 благодаря механизму субсидирования IRA.
> ЕС
Меры поддержки в ЕС сведены к нескольким крупным инициативам: Renewable Energy Directive (RED III), Водородный банк, инициативы на наднациональном и национальном уровнях. Директива RED III от октября 2023 года фактически закрепляет целевые показатели по водороду на законодательном уровне для таких отраслей, как производство аммиака, синтетического топлива, нефтепереработки и производства стали.
Целевые показатели — не менее 42% использования «зеленого» водорода к 2030 году и не менее 60% к 2035 году. Европейский водородный банк будет предоставлять субсидии производителям зеленого водорода в виде фиксированной премии за единицу произведенного водорода.
- На пилотный раунд выделено 800 млн евро.
Помимо этого, есть и второстепенные механизмы поддержки в ЕС:
- IPCEI HY2USE (Важные проекты, представляющие общий европейский интерес). Поддержку в рамках механизма получили 35 водородных проектов со сроком реализации до 2036 года и общим объемом государственных инвестиций в размере 5,2 млрд. евро).
- Партнёрство по чистому водороду (Clean Hydrogen Partnership) — поддержка выделена 27 проектам общей стоимостью 245 млн евро, средняя интенсивность финансирования — 63% от стоимости инвестиций.
- Инновационный фонд (Innovation Fund) — общая сумма выделенного финансирования на водородные проекты — 402 млн евро.
В основном меры ЕС распределены по многочисленным грантовым программам, что делает их менее доступными, чем в США.
> ВЕЛИКОБРИТАНИЯ
В 2020 году правительство Великобритании опубликовало «Десять пунктов плана зеленой промышленной революции» (Ten Point Plan for a Green Industrial Revolution), в котором была поставлена задача к 2030 году иметь 5 ГВт мощностей по производству низкоуглеродного водорода (и 1 ГВт к 2025 году).
Этот план из десяти пунктов позволит привлечь 12 миллиардов фунтов стерлингов государственных инвестиций и 47 млрд долларов средств частного сектора для создания и поддержки до 250 000 экологически чистых рабочих мест.
> Китай
В марте 2022 года Национальный комитет по развитию и реформам Китая (NDRC) представил среднесрочный и долгосрочный план развития водородной энергетики на период с 2021 по 2035 годы.
Это первый отраслевой план национального уровня, который признает водород как ключевой элемент будущей национальной энергетической системы.
Одна из основных целей плана — разработка к 2025 году полной и специализированной нормативной базы для поддержки всей цепочки создания стоимости водорода. Также планируется ежегодно производить от 0,1 до 0,2 миллиона тонн зелёного водорода к 2025 году.
Суммарные инвестиции регионов в зелёный водород уже превышают национальный показатель и составляют производство 1 миллиона тонн к 2025 году.
> ЮЖНАЯ КОРЕЯ
В 2019 году в Южной Корее была представлена Дорожная карта развития водородной экономики до 2040 года, а в 2021 году вступил в силу первый в мире «Закон о водороде» (Закон о развитии водородной экономики и управлении водородной безопасностью), регулирующий инфраструктуру водородного топлива.
Этот закон также предусматривает несколько важных элементов: поддержка компаний, ориентированных на водород, посредством субсидий на исследования и разработки, кредитов и налоговых льгот.
В настоящее время Закон о водороде является основным законодательным актом, регулирующим водородную отрасль в Южной Корее.
Согласно принятому закону, водородные проекты создадут не менее 38,2 миллиарда долларов экономической стоимости и 420 000 рабочих мест к 2040 году. Помимо этого, будет производиться не менее 6,2 миллиона водородных автомобилей, а количество водородных заправочных станций должно достичь 1200 штук к 2040 году.
> ЯПОНИЯ
В июне 2023 года в Японии принята новая редакция Базовой стратегии по водороду (Hydrogen Basic Strategy), которая направлена на увеличение поставок водорода и аммиака в страну, увеличение количества оборудования для электролиза с комплектующими японского производства, снижение стоимости водорода до $3 за кг к 2030 году и до $2 за кг к 2050 году.
Важным фактором развития является привлечение государственно-частных инвестиций в цепочки поставок водорода и аммиака в размере $113 млрд в течение следующих 15 лет.
В мире, помимо мер государственной поддержки и регулирования, спрос на водород сегодня также стимулируется обязательствами бизнеса и первыми тендерами на покупку «зелёного» водорода и аммиака.
В 2022 году запущен тендер на покупку импортного зеленого аммиака (произведенного на основе зеленого водорода) в Германии — HStiftung.
Тендер устанавливает первый рыночный бенчмарк: лимитная цена (нетто-продукта): 1282 евро за тонну, а также нижнюю границу стоимости контракта в 25 млн евро и максимальную в 40 млн евро в 2026–2033 годах.
В 2022 году Сингапур открыл тендер на бункеровку зеленого аммиака. В конце 2023 года было объявлено о рассмотрении 26 заявок и выборе 6 компаний для шорт-листа.
В 2024 году был открыт тендер по поставкам электроэнергии в сеть из метан-водородной смеси в Корее. По плану государство планирует выкупить 6 500 ГВт*ч, из которых не менее 20% будет произведено на базе низкоуглеродного водорода.
Часть 14. Россия и водород
И вот мы дошли до самого интересного. Постараюсь максимально кратко описать самую суть.
Россия имеет большой опыт в области разработки и освоения водородных энергетических технологий. Сегодня общий объем производства водорода в России составляет около 5 млн тонн. Весь этот водород произведен без применения систем улавливания и хранения углерода и применяется в традиционных отраслях потребления, в первую очередь в производстве минеральных удобрений и продуктов нефтепереработки.
В контексте глобального вектора по развитию низкоуглеродной энергетики Правительство в 2021 году утвердило концепцию развития водородной энергетики в России. В октябре 2021 года Минпромторг России представил атлас из 40 проектов по производству низкоуглеродного и безуглеродного водорода и аммиака в 18 регионах России, суммарная производственная мощность которых насчитывает более 20 млн тонн в год к 2030 году.
В 2022 году Правительством была утверждена дорожная карта развития высокотехнологичного направления «Водородная энергетика», которая стала единым документом развития отрасли до 2030 года.
Компаниями, отвечающими за реализацию карты, стали «Газпром» и «Росатом», подписав соглашение о намерениях в целях развития высокотехнологичного направления «Развитие водородной энергетики».
В совокупности эти документы подразумевают создание необходимых технологий производства, хранения, транспортировки и потребления водорода, а также запуск территориальных производственных кластеров для отработки технологий в формате пилотных проектов: Северо-Западного, Восточного и Арктического.
Наиболее приоритетными направлениями выбраны инициативы по развитию технологий производства водорода с применением атомной энергии, ВИЭ и природного газа, технологий захоронения углекислого газа, водородных энергетических установок для транспорта, специальных заправочных станций, систем хранения и транспортировки водорода в компримированном и в сжиженном виде.
В феврале 2023 года был создан Национальный союз развития водородной энергетики (Национальный водородный союз). Учредителями союза выступили структуры «Росатома», «Газпромбанка» и «Роснано», в то же время эти компании являются партнерами по развитию дорожной карты.
Ожидается, что Национальный водородный союз объединит компании, потребителей, финансовые институты и научные организации в целях развития новой отрасли, а также для подготовки предложений по ее государственному стимулированию. Союз также будет способствовать взаимодействию и обмену опытом с международными организациями и создателями водородных технологий и инфраструктуры.
Развитие технологий водородной энергетики в России напрямую связано с созданием водородных кластеров, которые могут выступать не только в качестве полигонов для отработки технологий, мест потенциального спроса на водород, хабов для экспортных поставок или для декарбонизации экспортно-ориентированной промышленности, но также местом интеграции различных бизнесов в водородную экономику.
Часть 15. Российский водородный транспорт и программы развития водородной энергетики
Россия также пошла по пути развития ключевых водородных технологий на базе транспорта.
Разработкой водородных транспортных средств занимается «КАМАЗ», «Группа ГАЗ», Холдинг «БМГ». Выход на промышленное производство запланирован в горизонте 2–3 лет. Успех проектов во многом зависит от развития заправочной инфраструктуры и развития нормативно-правовой базы, прежде всего, в части регулирования безопасности.
В 2024 году в городе Южно-Сахалинске на базе СКВ САМИ начал развертываться испытательный полигон, оснащённый новейшими водородными технологиями. Одним из ключевых объектов станет заправочная станция, способная обеспечивать экологически чистым топливом несколько десятков автомобилей в день.
В дорожной карте развития ВТН «Водородная энергетика» до 2030 года устанавливается цель по сооружению 500 водородно-заправочных комплексов (что достаточно для заправки порядка 3 000 транспортных средств).
Активную работу по разработке стандартов, применимых к водородному транспорту и инфраструктуре, ведет Технический комитет Росстата ТК 029 «Водородные технологии».
Запуск этих пилотных проектов и формирование заказа на экологически чистый транспорт, в том числе на уровне регионов, открывают в России широкие перспективы для развития водородных транспортных проектов. Особенно это актуально для специальных экономических зон и регионов, которые взяли на себя обязательства по снижению выбросов CO₂.
Помимо этого, в России реализуется стратегическая программа развития возобновляемой энергетики, возглавляемой Госкорпорацией «Росатом».
В её основе три основных компонента:
- Научная
- Технологическая
- Коммерческая
С 2022 года стало особенно важно, чтобы разрабатываемые коммерческие проекты использовали отечественные технологии. При этом приоритет получили технологии, созданные «Росатомом», чтобы обеспечить долгосрочную технологическую независимость.
«Росатом» на АТОМЭКСПО 2024 представил, как будет выглядеть реализуемый сегодня проект кластера с водородными поездами, транспортом, портом и т. д.:
Также были представлены водородные баллоны высокого давления для транспортной отрасли:
- Рабочее давление — 386 атмосфер.
- Предельное — 580 атмосфер.
На основе этой технологии в 2024 году специалисты «Центротеха» (предприятие топливного дивизиона «Росатома») разработали и испытали опытные образцы металлокомпозитных баллонов разного объема для хранения и транспортировки водорода с рабочим давлением в 700 атмосфер.
Металлокомпозитные баллоны дешевле, чем просто композитные решения для хранения водорода, и обладают меньшими утечками.
Дополнительный материал:
Постскриптум:
Дорогие мои спонсоры-студенты, не используйте этот материал как готовую курсовую работу! Используйте этот материал как дополнение к вашему, или как шаблон, ну или хотя бы значительно измените текст и повествование.
Если я решу использовать материал в видео, частично либо полностью, то вы попросту спалитесь со своей работой. А так уже было!
Vkontakte
Twitter
Одноклассники
%20%D0%9A%D0%98%D0%A2%D0%90%D0%AF.pdf?preview=1)
