Евросоюз ищет замену традиционным энергоносителям

Российский министр Денис Мантуров – один из энтузиастов водородной энергетики. Фото Reuters

Водородная энергетика, уверены в ЕС, придет на смену традиционным видам полезных ископаемых – нефти и газу. Согласно представленной в начале июля Стратегии Еврокомиссии, к 2030 году водородное топливо должно стать интегральной частью энергосистемы Евросоюза. В ближайшие четыре года в ЕС должно быть обеспечено строительство электролизных установок, которые позволят запустить производство до 1 млн т возобновляемого водорода. В перспективе водород планируется использовать в секторах, трудно поддающихся процессу декарбонизации, например в тяжелой промышленности и на транспорте.

Поиск новых элементов сотрудничества

Сумеют ли в этих условиях Россия и Германия переориентировать прежнее сотрудничество двух стран на новые энергоносители и технологии? Это был основной вопрос одной из дискуссионных площадок Российско-германского сырьевого форума, проходившего в формате видеоконференции 29 апреля. Форум как возможность для встреч между импортерами из Германии и экспортерами сырья из РФ действует с 2006 года и ежегодно собирает вместе – хотя в последнее время только в режиме онлайн – ключевых участников рынка и весьма влиятельных политиков.

На нынешней встрече спикеры с немецкой стороны рассказывали о том, что ФРГ уже начала реализовывать свою Национальную водородную стратегию, а Евросоюз – «зеленую сделку», которые вместе предполагают переход на возобновляемые источники энергии, сокращение выбросов парниковых газов и достижение климатической нейтральности к 2050 году. Об этом сообщает немецкое государственное информационное агентство Deutsche Welle (DW).

На форуме не было недостатка в заявлениях о возможностях России в налаживании водородного сотрудничества с Германией.

Германия видит своего российского «соседа» (у стран нет общей границы, но сразу несколько участников говорили о двух странах как «соседях») с его огромным потенциалом важным партнером в реализации «зеленой сделки», заявил на форуме министр экономики и энергетики Германии Петер Альтмайер. Альтмайера поддержал и другой член кабинета министров ФРГ, глава Министерства по вопросам экономического сотрудничества и развития Герд Мюллер. «Экологический рывок мы сможем сделать только вместе», – сказал Мюллер, заметив, что экологические проблемы Арктики и таяния вечной мерзлоты отразятся и на Германии.

Оптимизм по поводу того, что Германия и Россия справятся как партнеры с переходом к новой эре водородной энергетики, выражали большинство участников, включая выступившего, как и все, по видеосвязи вице-премьера Александра Новака. На днях в прессу просочился проект концепции развития водородной энергетики, согласно которому Минэнерго РФ планирует к 2050 году зарабатывать до 100 млрд долл. на экспорте чистого, или, как говорят в Германии, «зеленого» водорода.

Новак, как и подключившийся к форуму министр промышленности и торговли РФ Денис Мантуров, заверил, что Россия готовится к изменениям климата и «в полной мере» модернизирует свою промышленность с целью сделать ее более экологичной. «У нас очень амбициозные цели», – заверил Мантуров: мол, пока только сложно сформировать прогноз спроса, но Россия, по его словам, намерена стать одним из мировых лидеров экспорта водорода.

Участники форума в целом придерживались картины будущего, обрисованной министром экономики и энергетики ФРГ Альтмайером: газ, согласно ей, сохранит свое значение в ближайшие годы как топливо переходного периода, а в конце газового перехода Германию и Россию будут ждать возобновляемые источники энергии и «зеленый» водород.

Планы по энергобалансу

О серьезности подхода Европы к назначению «зеленого» водорода главным энергоносителем континента в будущем говорит подписанное в конце апреля заявление о намерениях сооружения специального водородного трубопровода AquaDuctus. Договор подписали такие известные немецкие фирмы, как Gasunie, RWE и англо-нидерландская Shell. Согласно тексту договора, по водородному трубопроводу будут транспортировать, начиная с 2035 года, до 1 млн т «зеленого» водорода через Северное море от офшорных ветровых парков вблизи острова Гельголанд на континент. Этот водородопровод рассматривается как значительный вклад в декарбонизацию континента. Для производства водорода будут сооружены установки по электролизу мошностью 10 гВт. С их помощью будут очищаться и подвергаться электролизу значительные объемы морской воды. Конечно, водородопровод в определенных отношениях выгоднее, чем строительство высоковольтных линий электропередач от офшорных ветропарков на континент. Один такой трубопровод заменяет пять линий электропередач на постоянном токе. Если передача осуществляется на расстояния более 400 км, то водородопровод предпочтительнее. Но имеется одно «но».

По данным немецкого энергетического портала www.tga-fachplaner.de, для производства 1 кг водорода методом электролиза требуется более 22 кг неочищенной воды. Много это или мало? В 2020 году потребление газа в Германии достигло 939 млрд кВт-ч. Если это количество газа заменить водородом, то потребуется для его производства 214,6 млн куб. м воды. Это примерно 24 500 куб. м в час. Такое количество воды соответствует ежечасному потреблению 4,7 млн человек. Другими словами, это Берлин с пригородами. При этом надо учитывать, что газопотребление в 2020 году из-за пандемии коронавируса упало.

Электролизная установка превращает обыкновенную воду в водород и водяной пар. Фото с сайта www.aegps.com

Британская компания HiiROC в городе Кингстон Сити Халл занимается развитием технологии пиролиза метана. Поэтому Wintershall Dea Technology Ventures GmbH, дочернее предприятие Wintershall Dea GmbH, и VNG Innovation GmbH, дочернее предприятие компании VNG AG, вкладывают свои капиталы в технологии британской фирмы.

По данным «Газпрома», компания сейчас активно занимается поиском приемлемых технологий добычи водорода из природного газа. К ним относятся крекинг метана в расплавах жидких металлов, плазмохимическая конверсия природного газа и пиролиз, получение водорода из сероводорода (сероводородная конверсия и плазмохимическая конверсия).

С учетом перспектив водородной энергетики России как потенциально крупному игроку на этом рынке уже стоит задуматься о развитии необходимых технологий, чтобы встроиться в меняющийся энергетический ландшафт своего крупнейшего покупателя газа.

Как поставлять

Основной вопрос при этом будет связан с транспортировкой водорода. Надо отметить, что именно хранение и транспортировка представляют собой главные проблемы для водородной энергетики. Как правило, водород хранят в сжиженном, абсорбированном, либо сжатом газообразном состоянии. Основные проблемы, требующие решения при разработке технологий хранения водорода, имеют отношение к обеспечению их рентабельности и безопасности, что напрямую связано с химическими и физическими свойствами водорода.

Наиболее перспективным методом считается хранение водорода в абсорбированном состоянии. Большинство материалов позволяют сорбировать не более 7–8% водорода в массовой доле. Добились успеха в создании абсорбентов Adam Phillips и Bellave Shivaram – они описали процесс синтеза композитного вещества на основе металлического титана, у которого способность сорбировать до 12,4% водорода (массы).

Компьютерное моделирование показало возможность хранения водорода в бакиболах (кластерных углеродных структурах). Бакиболы являются представителями фуллеренов. Достаточно необычный, но при этом весьма недорогой способ хранения водорода – с использованием карбонизированных волокон куриных перьев. Транспортировка осуществляется в жидком или газообразном формах. Проблема транспортировки в жидком виде связана с тем, что в жидком виде водород существует исключительно при температурах от –252 до –259 градусов. Сжатый газ необходимо хранить и транспортировать в специальных баллонах с соответствующей маркировкой. Поэтому организация транспортировки по трубопроводам представляет особый интерес.

Сейчас, отмечает DW, 11 крупных компаний Европы, обладающих инфраструктурой по транспортировке и хранению газа, уже составили свои планы водородного будущего, согласно которым к 2040 году протяженность водородных трубопроводов достигнет 23 тыс. км, а 75% из них будет состоять из переоборудованных газовых труб. Перестроить на водород, в частности, планируется и трубопровод, который является продолжением балтийских маршрутов поставок газа из России – «Северный поток» и строящийся «Северный поток – 2». Последние при этом рассматриваются как «потенциальные дополнительные маршруты» поставок.

По словам аналитиков, в настоящее время без серьезной модернизации инфраструктура газопроводов допускает подмешивание c природным газом (метаном) до 10–20% водорода. «Принимая во внимание климатическую повестку ЕС, в частности недавно принятую водородную стратегию, предусматривающую импорт водорода из соседних стран, компания-оператор, равно как и «Газпром», серьезно прорабатывают вопрос прокачки газоводородной смеси. Тем более у «Северного потока – 2», в отличие, например, от текущей газопроводной системы Украины, будут для этого технические возможности», – отмечает директор по исследованиям Vygon Consulting Мария Белова. К тому же, добавляет она, поставка водорода позволит поднять вопрос о смягчении условий по действующему ограничению на резервирование 50% мощности «Северного потока – 2».

В статье Голунова, Лурье и Мусаилова в издании «Территория Нефтегаз», посвященной транспорту водорода, представлен вариант решения задачи транспортировки значительных объемов водорода в виде так называемых метано-водородных смесей, то есть природного газа с определенным содержанием водорода, по действующим и проектируемым магистральным газопроводам. Решение данной задачи является значимым этапом на пути к созданию перспективной водородной энергетики, базирующейся на использовании водорода как энергоносителя. Метано-водородные смеси могут быть получены путем инжекции в природный газ чистого водорода, произведенного путем гидролиза воды или пиролиза метана, в размере 10–25% транспортируемого объема. Исследовано влияние расходного объемного содержания чистого водорода в метано-водородной смеси на газодинамические параметры газотранспортной магистрали, главным образом на давление и расход газа в газопроводе. Изложена теория расчета движения метано-водородной смеси в газопроводах, в том числе с большим перепадом высотных отметок, с высокими (10–15 МПа) и сверхвысокими (15–25 МПа) давлениями, учитывающая фракционный состав транспортируемой смеси. В качестве примера рассмотрен подводный участок магистрального газопровода типа «Северный поток», пролегающего по дну Балтийского моря. Показано, что водород, добавленный к природному газу в пределах указанных концентраций, незначительно изменит давление и пропускную способность газопровода, что является весомым аргументом в пользу возможности транспортировки водорода по существующей системе газопроводов. Цена такой транспортировки гораздо дешевле, чем транспорт чистого водорода.

Возможно, именно в этом заключается решение проблемы «Северного потока – 2». Вот что сказал на сырьевом форуме глава компании Uniper Клаус-Дитер Маубах, отвечая на вопрос о том, каким он видит партнерские отношения с Россией через 10 лет: «Мы будем экспортировать не только газ, но и водород, и уже никто не будет спорить о газопроводе «Северный поток – 2», потому что он станет частью общепризнанной энергетической инфраструктуры». В связи с этим заслуживают внимания основополагающие тезисы (Positionspapier) компании Wintershall Dea, опубликованные в мае 2019 года и посвященные роли водорода в энергетическом повороте. В них, в частности, предлагается не делать разницы между способами получения водорода (на сегодня известны такие основные виды, как «зеленый», «голубой», «серый» водород) и подходить к ним одинаково. Правда, в данных тезисах предлагается не делать разницы между водородом, добытым путем электролиза воды или из природного газа.