Перспективы водородной энергетики в России

Понятие «водородная энергетика» было впервые сформулировано в конце прошлого века а в наше время приобрело широкую популярность в мировых средствах массовой информации из-за надвигающегося исчерпания запасов углеводородных источников энергии и растущими экологическими проблемами, из-за изменения теплового климатического баланса, и при этом «водородная энергетика» в СМИ иногда противопоставлена «углеводородной» энергетике (ставится задача «декарбонизации»).

Актуальный упор на водородную энергетику (ВЭ) обусловлен тем фактом, что углеводородная энергетика, имеет недостаточную эффективность и негативно влияет на мировой климат. «Водородная энергетика», дополняющая традиционную энергетику, использующую углеводородное топливо, рассматривается как способ удовлетворить потребности мировой экономики в экологически чистой энергии.

Для достижения такой цели требуется определить порядок решения самых разнообразных задач, среди которых основными являются:

— выработка водорода с использованием различных методов

— обеспечение возможности безопасной транспортировки;

— обеспечение возможности безопасного хранения;

— преобразование водорода в электроэнергию с нужными параметрами

Главным способом преобразования водорода в электроэнергию с нужными параметрами являются так называемые «топливные элементы» (ТЭ), КПД которых может превосходить 60%.

Типовой ТЭ состоит из двух газодиффузионных электродов — анода и катода, и помещенного между ними электролита. Для оптимизации процесса в ТЭ, как правило, используются катализаторы.

Выигрышной особенностью ВЭ является то, что водород — самый распространённый в мире химический элемент. Главный изотоп водорода для ВЭ — протий — самый распространённый и лёгкий среди изотопов водорода. Природный водород состоит из 99,985% протия и 0,015% дейтерия. В чистом виде в природе водород практически не встречается.

Технологические методы получения энергетического водорода классифицируется следующим образом:

«Зеленый водород» — наиболее «чистый» метод, вырабатывается электролизом при условии, если энергозатраты на такое производство должны поступать от возобновляемых источников энергии — от ветрогенерации, солнечных панелей или от гидроэлектростанций — выбросов оксида углерода практически нет.

 «Желтый (оранжевый) водород» – вырабатывается электролизом, снабжение энергией для выработки – от атомных электростанций, т.е. такой метод не самый экологически «чистый».

«Бирюзовый водород» — вырабатывается методом пиролиза. Твердый углерод, полученный как отход, может быть захоронен или использован в промышленности.

«Серый водород» — вырабатывается методом паровой конверсии метана. Во время выработки выделяется такое же количество углекислоты, как и при сжигании метана.

«Голубой водород» — выработка методом паровая конверсия метана, но углерод улавливается во время производства, что может снизить объем отходов углерода почти в два раза.

«Коричневый (бурый) водород» — выработка с газификацией бурого угля, в результате чего образуется смесь углекислого газа, монооксида углерода CO, водорода, метана и этилена. Наиболее «грязный» метод.

Для производства энергетического водорода используется: природный газ — 68% от общего объема, нефть – 16%, уголь — 11%, электролиз воды – 5%.

Сейчас в общем количестве произведенного энергетического водорода – «голубой водород» составляет около 95%, а «зеленый водород» около 5% (но надо учитывать, что производство «зеленого» водорода в 3÷6 раз дороже, чем производство «голубого»).

Очевидно, что из-за особенностей актуальных методов получения водорода в настоящее время «водородную энергетику» невозможно отнести к типу полностью «экологичной энергетики».

Сейчас «водородная энергетика» проходит стадию интенсивны научно-технических исследований, которые проводятся во всех развитых странах планеты, однако надо признать, что успешных и надежных результатов в ощутимых масштабах пока недостаточно.

Необходимо отметить, что в России водород уже вырабатывается, используется он в основном в нефтепереработке, металлургии и химии, но пока не в энергетике.

Затем последовало Распоряжение Правительства РФ от 05.08.2021 г. № 2162-р по утверждению Концепции развития водородной энергетики в Российской Федерации. Параллельно с этим документом вышло Распоряжения Правительства РФ от 23.08.2021 г. № 2290-р по утверждению Концепции по развитию производства и использования электрического автомобильного транспорта в Российской Федерации на период до 2030 г. Концепция развития электротранспорта включает в себя и развитие водородных технологий. Отдельно прописано применение водорода для транспорта.

В феврале 2023 г. Межведомственной рабочей группой по развитию водородной энергетики в Российской Федерации (правительство РФ совместно с ПАО «Газпром» и ГК «Росатом») была утверждена «Дорожная карта» развития высокотехнологичного направления «Водородная энергетика» на период до 2030 г. Согласно дорожной карте, к концу 2024 года промышленность РФ должна вырабатывать 200 тыс. тонн водорода в год и до 12 млн тонн к 2035 году.

По оптимистическим оценкам всемирный рынок водородного топлива может достичь к 2040 г. объема в $164 млрд. Согласно планам государства водородная энергетика в РФ должна сформироваться в период 2025-2035 гг., для чего потребуются инвестиции в $2,2–3,9 млрд., что позволит приносить ежегодный доход до $3,1 млрд. в год. Производить энергетический водород можно будет на недозагруженных ГЭС и АЭС.  

Конкурентные преимущества РФ в развитии водородной энергетики очевидны – наличие резервов энергетических мощностей, близость к потенциальным потребителям (страны Восточной и Юго-Восточной Азии), а также наличие действующей инфраструктуры транспортировки.

Следует особо отметить, что в работах по водородной энергетике в РФ активно участвуют РНЦ «Курчатовский институт», РКК «Энергия», несколько организаций Российской Академии Наук.

В рамках реализации Федерального проекта «Чистая энергетика» и согласно Концепции развития водородной энергетики был создан и успешно развивается Полигон водородных технологий МФТИ. В конце текущего года на базе Полигона успешно тестировалось новое оборудование для реализации водородных проектов в реальном секторе экономики Дальнего Востока и Крайнего Севера. На этом полигоне были опробованы новые решения в энергообеспечении водородом вышек сотовой связи, накоплении энергии ВИЭ в водородном цикле для отдаленных поселений, мобильных электростанций, а также АЗС для водородного транспорта и др.

Уже в 2024 г. часть оборудования после наладки и тестирования будет перевезена с Полигона на Сахалин, где МФТИ совместно с индустриальными партнерами (основными отечественными энергетическими и инновационными компаниями) будет внедрять разработки водородных технологий на опытных площадках.

 Выражаем надежду на успехи внедрения новых отечественных технологий водородной энергетики, что в будущем позволит России, независимо от использования иностранных технологий, эффективно использовать их повсеместно, в том числе и в высокотехнологических отраслях, таких как авиация, космос, судостроение, атомная энергетика.  Это должно стать очередным шагом в достижении научно-технической и технологической независимости отечественной энергетики и промышленности.