Водород — новая нефть? Изучаем перспективу топлива для мира, где нефть больше никому не нужна

К 2050 году основной покупатель российских углеводородов — Евросоюз — хочет полностью отказаться от энергии, при производстве которой в атмосферу выбрасывается углекислый газ (CO2). При этом процесс постепенного снижения от поставок югорской нефти и ямальского газа уже идет. В ближайшие годы России необходимо найти новые способы заработка на энергетическом рынке. NEFT подробно разобрала одну из альтернатив нефти — водородную энергетику. 

Преимущества — высокий КПД, недостатки — дорого и небезопасно

Водородная энергия — потенциальная замена привычному нам топливу, для которого добывают нефть и газ. Использовать водород можно как на производстве, так и, например, в автомобиле, ракето- или самолетостроении. BMW, Toyota и Hyundai уже производят серийно несколько моделей авто с водородными двигателями. 

У водорода есть несколько преимуществ перед той же нефтью. Во-первых, водород при горении выделяет безвредный для человека и природы водяной пар. Во-вторых, коэффициент полезного действия у водородного двигателя составляет 90%, а у двигателя внутреннего сгорания — 35%. В-третьих, водород экономичнее: расход такого топлива ниже, чем расход углеводородного. 

«Мир пережил несколько энергетических циклов: переход с дровяного цикла на угольный, потом — на нефтяной и на газовый. От цикла к циклу росла и так называемая плотность энергии. Энергетики называют ее калорийным эквивалентом. У дров этот эквивалент был 0,2, у угля — 0,7, у нефти — 1,4, у газа — 1,8. Сейчас мы подходим к четвертой энергетической революции, которая связана с интеллектуализацией труда. Теперь все механические машины должны стать умными. А для этого нужны принципиально новые энергоисточники — с высокой и очень высокой плотностью энергии. Например, у водорода плотность энергии — уже около 4 в калорийном эквиваленте», — рассказал NEFT доктор экономических наук, академик РАЕН Юрий Плакиткин.

К тому же, водород можно транспортировать по газопроводам, сеть которых уже создана в России. Подобные предложения уже высказал исполнительный директор «Северного потока — 2» Маттиас Варниг в интервью газете Handelsblatt. Он заявил, что компания изучает возможность транспортировать в Европу водород.

Основной же недостаток водородной энергии состоит в сложности хранения. Никто пока не придумал, как безопасно перевозить и хранить водород. Это летучий газ, который попадает в мельчайшие зазоры и полости, пишут исследователи Российского госуниверситета нефти и газа. По этой причине немногие металлы способны перенести его влияние. Хранение такого топлива происходит в жидкой или сжатой форме. В случае пробоя бака водород испаряется, возможны утечки и взрывы. 

По данным «Энергетического бюллетеня», выпущенного аналитическим центром при президенте России в октябре 2020-го, в мире сегодня нет универсального решения для хранения и перевозки водорода. Под разные задачи приходится придумывать разные варианты. Исследования в этом направлении ведутся, но «их роль в развитии коммерческого направления в ближайшее десятилетие несущественна».

Участники водородной гонки

В 2000-х мир скептически оценивал переход на водородную энергию, однако с 2017-го, как пишут исследователи МГУ, ситуация изменилась. По данным «Энергетического бюллетеня», ведущие страны стали вкладываться в развитие этого вида энергии. Евросоюз инвестирует в отрасль 170 млрд долларов на гранты и субсидии до 2030 года, Франция — 8,5 млрд долларов до 2030 года, Южная Корея — 2,2 млрд долларов до 2022 года. Также вложатся в водород Германия, Нидерланды, Япония, Португалия, Австралия, Норвегия и ряд других стран.

Россия тоже увеличит инвестиции в водородную энергетику. До 2030 года туда уйдет около 777 млрд рублей или 10,7 млрд долларов бюджетных денег. Водородную энергию власти считают перспективной: в Энергетической стратегии РФ до 2035 года эту отрасль называют потенциальной заменой нефти и газа. 

«Прогнозируется, что водород, используемый сегодня в основном в химической и нефтехимической промышленности, в перспективе способен стать новым энергоносителем, замещающим углеводородные энергоносители, и сформировать „водородную экономику“», — сообщает текст стратегии.

Как его производить и продавать?

Производить водород можно разными способами, причем некоторые из них не экологичнее добычи нефти и газа. Сырье делят на группы в зависимости от способа производства. Самые популярные типы: «серый», «желтый», «голубой» и «зеленый» водород.

«Серый» водород — самый вредный, его в России уже добывают. Такое топливо делают путем паровой конверсии природного газа. Это особая химическая реакция, которая происходит в трубах с участием никелевых катализаторов. Трубы, в которых находится газ, нагревают, и в результате цепочки реакций метан распадается на водород и СО2. Вредным для окружающей среды полученное топливо называют как раз из-за углекислого газа, который выделяется в атмосферу в процессе добычи. 

Зато этот же способ — самый дешевый и простой. Стоимость производства «серого» водорода в стране составляет 1-2 доллара за кг, утверждает замглавы Минпромторга Михаил Иванов. Однако производство «серого» не соответствует принципам европейских партнеров, поэтому его сложно будет продать. 

В России, по данным РБК на апрель 2021 года, нефтяная, атомная и аграрная промышленность производит около 3 млн тонн «серого» водорода в год для собственных нужд. Об экспорте в другие страны речи не идет.

«Желтый» водород получают с помощью электролиза воды с использованием электричества, выработанного на атомной станции. При этом процессе нет вредных выбросов в атмосферу. Однако его производство дороже: согласно данным группы ученых РГГУ им. Губкина, стоимость производства составляет 2,33 доллара за кг. При этом, по словам ученых, атомная энергетика сопряжена с рисками (достаточно вспомнить катастрофы в Чернобыле и в Фукусиме) и может сильно увеличить себестоимость водорода в будущем — АЭС изнашиваются, а их ремонт и модернизация стоит больших денег.

«Желтый» водород в России тоже производят — этим занимается «Росатом». В год компания для собственных нужд получает 4,2 тыс. тонн «желтого» водорода. В 2023 году госкомпания запустит производство водорода на Кольской АЭС в Мурманской области. 

«Зеленый» водород — самый безопасный с точки зрения экологии, но и самый дорогой в производстве. Его тоже получают путем разложения воды под воздействием тока, однако электричество берут не у атомных станций, а из возобновляемых источников энергии — ветряков, энергии приливов и отливов, солнечной энергии, биотоплива и так далее. По данным ученых РГГУ им. Губкина, себестоимость такого водорода при использовании ветрогенераторов достигает 7-10 долларов за кг, при использовании солнца — 10-30 долларов за кг.

Сейчас в России такого производства нет, но его планирует запустить до 2024 год совместное предприятие «Роснано» и итальянской Enel. Как пишет «Коммерсант», инвестиции в проект оцениваются в 320 млн долларов, а объемы экспорта в ЕС — 55 млн долларов ежегодно. Планируется это производство тоже в Мурманской области.

Есть так называемый «голубой» водород — альтернатива дорогим зеленым технологиям. Принцип добычи водорода при нем такой же, как и с вредным «серым». Только разница в том, что выделившийся углекислый газ будут собирать специальные установки по улавливанию СО2. Этот способ исследователям из РГГУ им. Губкина кажется самым выгодным для России. Себестоимость голубого водорода практически такая же, как у «серого» — порядка 1,5-2 долларов за кг.

В России производства «голубого» водорода нет. Здесь главной проблемой является отсутствие нужной инфраструктуры — установок по улавливанию СО2. По словам совладельца «ЛУКОЙЛа», заместителя главы комитета Российского союза промышленников и предпринимателей по климату Леонида Федуна, одна установка по улавливанию 300 тыс. тонн СО2 в год будет стоить порядка 100–150 млн долларов. При этом крупные компании за этот промежуток выбрасывают в 13 раз больше — 4 млн тонн. Получается, России нужно вложить почти 2 млрд долларов или более 143 млрд рублей. 

Планы грандиозные, но инфраструктуры нет

Российское правительство хочет начать торговать водородом уже в 2024 году. В планах у властей к этому времени — выйти на экспорт 200 тыс. тонн водорода, к 2035 году нарастить объем в десять раз — до 2 млн тонн, а к 2050-му — от 15 до 50 млн тонн, сообщается в концепции развития водородной энергетики. 

В апреле РБК опубликовал утекшие данные из проекта этой концепции, в котором власти упоминали о 100,2 млрд долларов в год в нынешних ценах, которые потенциально Россия может заработать на водороде. В опубликованной в августе концепции этой цифры уже нет. Отметим, что по данным Федеральной таможенной службы, на экспорте товаров топливно-энергетического комплекса в 2020 году страна заработала около 155 млрд долларов. То есть, водород, если верить расчетам властей, всего на треть менее прибыльнее поставок привычной нефти и газа. Правда, слепо верить этому прогнозу нельзя, пока непонятно на основании чего власти приводят эту цифру.

Российские власти хотят также развивать инфраструктуру, завязанную на водородном топливе. Для этого нужно строить в стране заправки для водородных автомобилей, переводить на водород тяжелую промышленную технику. Сейчас это кажется сказкой: первая водородная заправка появилась в России в конце 2020 года. 

В ближайшие годы власти хотят ситуацию переломить. К 2030 году, согласно Концепции развития производства и использования электротранспорта, в России появится 1200 водородных заправок. На это уйдет 126 млрд рублей. Планируется также построить завод водородных топливных элементов за 38,5 млрд рублей. Проект запустят в 2025-м

Куда деваться нефтяникам

Доцент кафедры экономики, организации и управления Санкт-Петербургского горного университета, кандидат экономических наук Алина Ильинова прогнозирует постепенное сокращение рабочих мест в нефтяной отрасли в будущем. Да, процесс не быстрый, но технологии развиваются — появляются автоматизированные производства, умные месторождения с минимальным вмешательством человека. 

«Для Арктики, например, сейчас развивают такие технологии — безлюдные, но с максимальным техническим оснащением», — отмечает Ильинова. Но пока поводов для беспокойства нет как для тех, кто уже работает, так и для тех, кто учится в отрасли. По крайней мере, в этом уверена Ильинова.

Она также уверена, что в ближайшие пять-семь лет главное место в российской энергетике займет газ, который как раз нужен для производства водорода. Вообще, из него можно получать целый набор продуктов, которые сегодня в дефиците на российском рынке.

«Будет происходит смещение от добычи ресурсов к их переработке. Профили профессий потихоньку будут меняться. Вскоре нам понадобятся инженеры, концентрирующиеся на переработке углеводородов», — предполагает Ильинова.

Старший аналитик Центра энергетики Московской школы управления Сколково Юрий Мельников уверен, что инженерам и вахтовикам можно будет сменить работу, не меняя образование.

Водород хорошо знаком нефтехимическим компаниям и их работникам, поэтому их знания пригодятся и в новой отрасли. Также при производстве «голубого водорода» нужно утилизировать огромные объемы углекислого газа, закачивая его под землю. Здесь и пригодятся компетенции тех, кто сейчас разрабатывает и эксплуатирует месторождения и системы подземного хранения газа.

Однако узкие специалисты все-таки понадобятся, и об этом нужно думать уже сейчас. «Всем российским нефтегазовым компаниям придется реализовывать стратегии декарбонизации, и им будут очень нужны специалисты, готовые содержательно работать в этой сфере. В новых условиях учиться нужно на протяжении всей жизни — важна и инициатива сотрудника, и поддержка со стороны корпоративного обучения от компании», — резюмирует Мельников.