Владимир Капустин, завкафедрой технологии переработки нефти РГУ нефти и газа (НИУ) имени И. М. Губкина, доктор техн. наук, академик РАЕН
О водороде как экологичном топливе будущего сегодня говорит весь мир. В России утвержден план по развитию водородной энергетики, которая расширит экспортные возможности страны. Однако тягаться с традиционными ресурсами за место в мировом энергобалансе водороду еще долгие годы будет не по силам – тем более при нынешних ценах на нефть.
Развитие водородной энергетики - необходимость
По поводу водородной энергетики есть много разных мнений. Она существовала на протяжении всего 20-го века и не является для нас чем-то новым. Толчком к возобновлению дискуссий по данной теме стало Парижское соглашение, регулирующее меры по снижению выбросов парниковых газов в атмосферу с 2020 года.
Большинство стран стало двигаться в сторону безуглеродной энергетики. Но инициатива идет от Европейского экономического сообщества, Японии и других государств. Россия как раз меньше всех заинтересована в данном процессе – при наших-то запасах традиционных ресурсов! Но мы продаем нефть и газ в основном в Европу, а там всерьез считают, что глобальное потепление климата происходит из-за углерода. Поэтому европейцы будут постепенно переходить на водород, который при сгорании выделяет только воду. Поначалу это будет смесь водорода с метаном, но доля газа со временем будет снижаться.
Уже сейчас наши партнеры говорят о добавлении в экспортируемые бензин и дизельное топливо тех или иных элементов безуглеродной энергетики. Невыполнение этого требования в будущем грозит нам штрафами – $15–20 за тонну, что в конечном счете может вылиться в десятки миллиардов долларов. Очевидно, что нам нужно развиваться в этом направлении, чтобы не отстать от других.
Перспективы водородного экспорта
Единственный сегодня путь развития – это получение водорода из метана. Но при использовании метана выделяется CO2 , приблизительно около 50 %. То есть, поставляя так называемый серый водород в Европу, мы будем иметь в России много углеродных отходов. В идеале, конечно, производить «зеленый» водород методом электролиза, то есть с помощью воды и электричества. Он полностью отсекает загрязняющие химические вещества, но в то же время требует очень много энергии, поэтому зеленый водород очень дорогой.
Сегодня ученые активно ищут способы снизить стоимость водорода при получении его из воды. У нас есть технологии, которые позволяют производить и продавать зеленый водород в ту же Японию по цене ниже, чем в других странах. Но пока реальные перспективы имеет только дешевый водород – тот, что получают по методу Фишера – Тропша. Это конверсия метана, то есть взаимодействие метана с парами воды при высокой температуре.
У России большие планы на экспорт газа, но мы должны быть готовы поставлять не чистый метан, а его смесь с водородом. Причем, несмотря на то, что в России заговорили о строительстве «Северного потока-3» для поставок водорода в Европу, мне кажется, что строить подобные планы и прокладывать трубопроводы пока преждевременно. Для транспортировки метана с водородом (а речь пока может идти только об их смеси) подойдут обыкновенные газовые трубопроводы, поскольку добавление водорода в объеме 10–20 % существенно не меняет требований к магистрали. Специальная труба нужна только для перегонки чистого водорода.
Возможен вариант, при котором мы будем поставлять метан за рубеж, а наши партнеры сами начнут производить из него водород. Но водород из метана – это недешевое удовольствие. Для европейцев лучше, чтобы мы сами превращали метан в водород, оставляя у себя в России углеродный след. Поэтому, скорее всего, они будут покупать водород. Сначала его доля в трубе будет 10–20 %, потом появятся технологии, которые позволят довести ее до 50 %.
«Далекая энергетика» не заменит нефть
В мире, в частности, и в России, объемы потребления водорода в десятки раз меньше, чем нефти и газа. Если водорода производят в среднем 75 млн тонн в год, то только нефти добывается и перерабатывается на уровне 4,5 млрд тонн. Это несопоставимые цифры! Допустим даже, что производство водорода начнет расти ежегодно на 5 %: через десять лет рост составит 50 % – 112, 5 млн тонн. А потребление нефти и газа, по прогнозам, к этому времени достигнет уже 5 млрд тонн в год.
Надо отметить, что из тех 75 млн тонн водорода, которые есть сегодня, 3/4 испо льзуется в работе установок гидропроцессов (для очистки нефтепродуктов) и получения аммиака для производства удобрений. А доля зеленого водорода в этом объеме и вовсе менее 1 %! То есть пока это очень далекая от нас энергетика. Поэтому я мало верю в прогнозы о том, что к 2030-м годам все перейдут на водород. Это дорого! При нынешнем обвале цен на нефть никто не откажется от традиционных видов топлива. Это первое. А второе – неочевидно, что климат меняется из-за выбросов парниковых газов. К примеру, США не согласны с этим утверждением и отказались заключать Парижское соглашение.
На протяжении многих лет в природе постоянно происходят какие-то изменения в климате – то в одну сторону, то в другую. Поэтому однозначно говорить, что в глобальном потеплении виноват углерод, на котором ездят автомобили, – неправильно. Известно же, что при крупных извержениях вулканов выделяется углекислоты больше, чем от деятельности людей. Так что это все-таки дискуссионный вопрос. Но поскольку Европа пользуется нашими энергоресурсами и больше нам их продавать некуда, она может диктовать нам условия.
Мы должны быть готовы к изменениям спроса. Поэтому нужно разрабатывать и развивать свои технологии, заниматься водородом, зелеными парафинами, биоэтанолом – теми видами топлива, которые при сгорании выделяют как можно меньше углерода или не выделяют вообще. При наших запасах нефти и газа отказываться от их использования нецелесообразно.
Конечно, водородная энергетика интересна, потому что позволяет получать чистое топливо, но это дорогое удовольствие. Так, водород, полученный из воды методом электролиза, примерно в десять раз дороже своего аналога из метана. Говорят, что через десять лет его удастся сделать дешевле, но пока все это лишь разговоры. Мы не раз слышали, что солнце и ветер вытеснят нефть и газ, и что? Вышли на какую-то цифру в 5–10 %, не более. Потому что нефть даже при цене $80–100 спокойно выдерживает конкуренцию с любыми ВИЭ. А сейчас она стоит $40, в перспективе ожидают падения до $30.
Нефти много, и закончится она не скоро. Поэтому, развивая «чистые» виды топлива, мы должны понимать, что нефть и газ все равно не уступят лидерство в мировом энергобалансе еще очень долгое время. Это чистая экономика.
24.12.2020
