The issue of the use of hydrogen energy in the Russian Federation and world practice was considered
hydrogen, hydrogen energy, renewable energy sources, greenhouse effect
Водородная энергетика основана на использовании водорода в качестве энергоносителя, которая включает в себя:
– процесс разработки и совершенствования методов производства водорода из воды и природного углеводородного сырья;
– разработку методов использования водорода, способов хранения и транспортировки;
– обеспечение безопасности при работе, хранении и транспортировке водорода.
Сегодня водородная энергетика рассматривается как одно из ключевых направлений при реализации программ декарбонизации и достижения углеродной нейтральности – водород можно получать из низко углеродных источников, и его использование в качестве энергоносителя не приводит к выбросам парниковых газов. По сути, водород является видом энергоносителя, который рассматривается для решения климатических задач и может быть использован для накопления, хранения и доставки энергии. Энергетическое использование водорода оценивается всего от 1 до 2% от общих объёмов его потребления (рисунок 1) [1].
Сегодня в качестве сырья для производства водорода доминируют углеводороды. Более 68% водорода получают сейчас из природного газа, 16% из нефти, 11% - из угля и 5% - из воды с помощью электролиза. Это объясняется сравнительной дешевизной производства из углеводородов – по различным оценкам, себестоимость водорода из природного газа пока от 2 до 5 раз ниже, чем при электролизе (рисунок 2) [2].
Рисунок – Способы получения водорода
Интенсификация научных исследований и практического внедрения водородной энергетики произошло после принятия Парижского соглашения 4 ноября 2016 года. Россия присоединилась к Парижскому соглашению осенью 2019 года. В соответствии с данным соглашением страны берут на себя ряд обязательств [3].
Во-первых, в период с 2050 по 2100 годы ограничивать выброс парниковых газов до уровня, который экосфера сможет переработать естественным образом. При этом каждая страна добровольно берет на себя обязательства по определенному снижению уровня эмиссии и обязуется раз в 5 лет снижать объемы выбросов.
Во-вторых, развитые страны мира (преимущественно страны группы «Большой семёрки» G7) обязуются выделять деньги в специальный климатический фонд для помощи бедным государствам в борьбе с последствиями климатических изменений и переход на возобновляемые источники энергии. Ориентировочные объемы помощи - 100 млрд. долл. ежегодно до 2020 года
На рисунке 3 представлена диаграмма выбросов парниковых газов по странам за 2020 год, млн. тонн [3]. 8 июля 2020 года Европейская комиссия опубликовала Стратегию в области водорода (Building a hydrogen economy for a climate-neutral Europe). В этот же день было официально объявлено о начале работы Альянса по развитию «чистого» водорода (Сlean Hydrogen Alliance).
Рисунок 3 – Выбросы парниковых газов по странам за 2020 год, млн. тонн
В Стратегии впервые приводится подробная классификация различных видов этого газа в зависимости от источника происхождения и способа производства (рисунок 4) [4].
Водород принято классифицировать по способам его производства:
– «зеленый» - водород, произведённый технологией электролиза с использованием возобновляемой энергии;
– «голубой» - водород, синтезированный из природного газа;
– «серый» - водород, полученный с помощью технологии газификации угля;
– «бирюзовый» - пиролиз метана;
– «жёлтый» - электролиз (атомная энергия);
– «оранжевый» – электролиз (использует электроэнергию из системы электроснабжения).
Ежегодно в мире производится около 70 млн. тонн водорода, более 90% которого приходится на неэкологичный «голубой» водород (при синтезе 1 кг «голубого» водорода в атмосферу выделяется 3 кг углекислого газа). В соответствии с принятыми стратегиями целевой вид водорода - «зеленый», себестоимость которого пока от 2 до 3 раз превышает неэкологичную альтернативу. На ближайшие десять лет национальные стратегии ставят задачи по увеличению масштабов производства и снижению себестоимости водорода независимо от способа его производства.
При этом переход от «голубого» водорода к «зеленому» откладывается до 2030-х годов. Распоряжением Правительства Российской Федерации от 12 октября 2020 г. № 2634-р принята программа по развитию водородной энергетики до 2024 года [5].
Эта программа направлена на увеличение производства и расширение сферы применения водорода в качестве экологически чистого энергоносителя, а также вхождение страны в число мировых лидеров по его производству и экспорту. В 2020 г. в России было переработано около 270 млн. тонн нефти, что составляет 6% мировой нефтепереработки, для этого было использовано около 2,2 млн. тонн водорода [5]. К 2030 г. ожидается рост спроса на нефтепродукты и соответственно на водород в этом сегменте на 8%. Спрос на водород в России для производства аммиака и метанола в 2020 г. составлял примерно 2,8 млн. тонн и 700 тыс. тонн соответственно. С учетом мировых темпов роста производства этих веществ, в 2030 г. спрос на водород в России в химической промышленности составит около 4,4 млн. тонн (3,4 млн. тонн и 1 млн. тонн в производстве аммиака и метанола соответственно) [6].
Применение водорода в транспорте имеет свои особенности. Водородное топливо уступает по технико-экономическим показателям электрическим аккумуляторам для транспортных средств на небольшие расстояния, но имеет преимущество для больших расстояний. Главным образом в авиации и морских перевозках. Водород может использоваться в электроэнергетике для балансировки пиков производства и потребления электроэнергии. Электроэнергия может генерироваться как с использованием ВИЭ, так и на основе АЭС или ГЭС. В первом случае использование водородного топлива позволит сбалансировать неравномерное производство и потребление электроэнергии. Во втором случае АЭС или ГЭС, работая в равномерном режиме, способны в периоды снижения спроса на электроэнергию обеспечивать производство водородного топлива, которое может быть использовано для покрытия пиков спроса на электроэнергию.
1. Razvitie vodorodnoy energetiki v Rossii: novaya energeticheskaya po-litika // [Elektronnyy resurs]: https://delprof.ru/press-center/open-analytics/razvitie-vodorodnoy-energetiki-v-rossii-novaya-energopolitika/ (data obrascheniya 16.04.2022).
2. Klassifikaciya i vidy vodoroda dlya energetiki// [Elektronnyy re-surs]: https://neftegaz.ru/tech-library/energoresursy-toplivo/672526-klassifikatsiya-vodoroda-po-tsvetu/ (data obrascheniya 16.04.2022).
3. Vybrosy parnikovyh gazov po stranam za 2020 god.// [Elektronnyy re-surs]: http://global carbon atlas.org (obraschenie 16.04.2022).
4. Energeticheskaya politika// [Elektronnyy resurs]: https://energypolicy.ru. (data obrascheniya 16.04.2022).
5. Vodorodnaya energetika v Rossii// [Elektronnyy resurs]: https://wiki2.org/ru (data obrascheniya 16.04.2022).
6. Vodorodnaya energetika. Pererabotka nefti i gaza.// [Elektronnyy re-surs]: https://ru.wikipedia.org/wiki/ (data obrascheniya 16.04.2022).
