«В последние годы произошел громадный скачок в развитии зеленой водородной энергетики»
Профессор Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ Михаил Аким — о тенденциях формирования глобального рынка водорода
Развитие технологий производства и транспортировки водорода в последние годы значительно ускорилось благодаря поддержке многими государствами усилий по сокращению выбросов CO2 и масштабным инвестициям в проекты в области возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в период пандемии, а также из-за текущих геополитических изменений, которые вносят существенный вклад в формирование глобальной энергетической повестки. При этом развитые страны делают ставку на зеленый водород как способ хранения и передачи энергии, произведенной в различных регионах мира с использованием возобновляемых источников. О последних трендах в мировой и российской индустрии водородной энергетики рассказал профессор Высшей школы бизнеса НИУ ВШЭ Михаил Аким.
— Эксперты международной организации Hydrogen Council (Совет по водороду) несколько лет назад прогнозировали, что к 2050 году доля водорода в глобальном энергобалансе составит 18 % и мир будет потреблять 550 млн тонн водорода в год. Как вы считаете, эти оценки реалистичны?
— Если мы говорим про горизонт 2050 года, здесь пока корректнее говорить о трендах, а не о конкретных цифрах, поскольку мы находимся в условиях сложной геополитической ситуации, которая так или иначе влияет на весь мир. Какие-то конкретные цифры для прогнозирования на 25–30 лет достаточно сложно рассчитать.
— Как сейчас в основном используется водород? Меняются ли области его применения?
— Сейчас речь идет в основном об использовании водорода для промышленности (металлургия, производство удобрений). Но в последнее время тенденция такова, что водород из химического элемента, который используется в ряде технологических процессов, постепенно трансформируется в метод хранения зеленой энергии, энергоноситель.
Чтобы понять, как это происходит, стоит посмотреть на развитие мировых процессов производства энергии из возобновляемых источников. Сегодня различными странами, в особенности Китаем, вводится громадное количество мощностей ВИЭ. Например, мощность возобновляемых источников энергии Китая достигла 1213 ГВт в 2022 году, что составляет 47,3% от общей генерирующей мощности этой страны. Стоимость производства солнечной и ветровой энергии сейчас крайне незначительна по сравнению с тем, что мы наблюдали 5–10 лет назад: практики строительства оптимизируются, и мощности растут.
Европа, которая одной из первых вступила в гонку по созданию мощностей ВИЭ, прежде всего ветрогенерации, сейчас столкнулась с недостатком и дороговизной площадей для строительства ветростанций. Около 10 лет назад европейские компании уже пытались использовать Африку как место для строительства мощностей ВИЭ, но на тот момент проект оказался слишком дорогостоящим и труднореализуемым, в частности из-за сложности и стоимости передачи энергии из Африки в Европу.
Развитие водородных технологий способно решить две ключевые проблемы, возникшие в связи с ростом производства энергии из возобновляемых источников. Во-первых, это проблема транспортировки. Наиболее высокая производительность ветрогенерации, как правило, наблюдается недалеко от моря или в море, то есть на определенном расстоянии от потребителя. Есть несколько методов, как в принципе доставлять электроэнергию, полученную с помощью ВИЭ. Традиционный метод — это высоковольтные линии электропередачи переменного тока, но на таких линиях теряется огромное количество энергии. Другой способ — строительство высоковольтных линий электропередачи постоянного тока, что дорого и сложно. Оба метода, в частности, требуют большого количества меди для кабелей. А медь дорожает вместе с ростом спроса, связанного в том числе с развитием альтернативной энергетики. Трансформация энергии в водород (как носитель) может составить конкуренцию двум этим способам.
Вторая проблема связана с хранением энергии, она вызвана несоответствием между предложением и спросом. Очевидно, что энергия генерируется, когда дует сильный ветер и светит солнце, а не именно тогда, когда она вам нужна. Газ вы можете хранить, так как есть газохранилища, у вас в этом нет никаких ограничений — это один из факторов, объясняющих популярность газовой генерации. Но когда у вас есть дневные или сезонные колебания предложения со стороны генерации на основе ВИЭ, вам эти колебания нужно нивелировать. Соответственно, вам нужно создать буфер в виде технологии хранения энергии. В настоящее время в крупнотоннажном объеме единственный такой буфер, который можно представить на ближайшие годы, — это водород или его производные.
Аммиак получают путем синтеза из водорода и азота. Чтобы транспортировать водород, можно использовать несколько способов: трубопроводным транспортом, с помощью контейнерных перевозок, а также в криогенных цистернах или в носителях, таких как аммиак или гидриды металлов. Например, для перевозки в криогенных цистернах водород необходимо превращать в жидкость и охлаждать до очень низких температур — это дорогостоящий и энергоемкий процесс, для которого в настоящее время нет подходящей инфраструктуры, в отличие от технологий, связанных с аммиаком. После доставки аммиака в страны назначения его можно снова разделить на водород и азот или использовать напрямую.
Подробности
— Какие технологии, связанные с водородом как носителем энергии, вы могли бы выделить?
— Проблема в том, что водород опасно и дорого транспортировать. Прорыв двух последних лет, который позволил резко нарастить объемы проектов по созданию новых водородных мощностей, — это переход от транспортировки водорода к транспортировке аммиака, фактически конвертация водорода в аммиак. При этом энергетическая способность аммиака выше, чем у водорода. Кроме того, по всему миру уже есть устоявшиеся схемы транспортировки аммиака через газопроводы и танкеры — это давно известные и опробованные технологии. Таким образом, именно это звено, которое еще три-четыре года назад являлось одним из основных препятствий для внедрения водородной энергетики, разрешается в обозримом будущем с помощью этой технологии.
— Можно ли говорить, что будущее именно за зеленым водородом, учитывая, что пока доля голубого водорода в мире остается самой высокой?
— Здесь важно отличать, говорим ли мы о том, что имеем сейчас, или о тенденции. Сейчас доля водорода в энергобалансе в целом очень мала. В промышленности действительно преимущественно используется голубой водород. А если мы говорим про тенденцию — для чего вообще водородная энергетика развивается, — да, будущее в первую очередь за зеленым водородом. Довольно много исследований показывали, что углеродный след водорода при производстве его из метана значительно выше, чем след от использования непосредственно метана. Как бы нам ни хотелось рассказывать, что метан — это «наше все» в энергетике, надо понимать, что это не так. В ближайшее время, скорее всего, производство энергии из метана будет оставаться дешевле (в зависимости от региона), но в принципе при продолжающемся уменьшении стоимости строительства мощностей ВИЭ, при сокращении стоимости производства водорода и его дальнейшей конвертации в аммиак водородная энергетика может, по сути, стать могильщиком метана.
Цветовые обозначения водорода
В соответствии с методами производства и обусловленной ими экологической чистотой водороду присваивают разные цветовые коды. Важно отметить, что пока они не стандартизированы, поэтому в водородных стратегиях разных стран и в различных публикациях на эту тему встречаются разные обозначения.
Экологически безупречный водород называют зеленым. Он производится методом электролиза воды, при этом электричество должно поступать исключительно из возобновляемых источников. По вопросу отнесения атомной энергии к чистым видам мировое сообщество все еще не достигло консенсуса, поэтому некоторые эксперты называют водород, произведенный методом электролиза на АЭС, также зеленым, другие же выделяют для него отдельный код — желтый, оранжевый или розовый (пурпурный).
Водород, произведенный из природного газа, обычно называют голубым. Здесь также есть нюансы. В последнее время голубым чаще называют водород, произведенный методом паровой конверсии метана с использованием технологий улавливания СО2, если же такие технологии не используют, то водород, произведенный из ископаемых источников, называют серым, при этом иногда дополнительно выделяют черный водород — произведенный из угля (встречается и расширенная классификация, в которой в зависимости от типа используемого угля в дополнение к черному еще выделяется бурый, или коричневый, водород). Можно встретить бирюзовый код — это водород, произведенный методом пиролиза метана, и изумрудный — произведенный из биометана или природного газа с помощью термоплазменного электролиза.
Белым называют природный водород, огромные запасы которого предположительно скрыты глубоко под землей. Некоторые компании уже ведут поиски таких залежей, чтобы «застолбить» их первыми, как это было на заре нефтяной эры.
Подробности
— Если сравнить то, как вы оценивали перспективы развития водородной энергетики два-три года назад, с тем, как оцениваете сейчас, то что изменилось? Развитие происходит быстрее или медленнее, чем предполагалось?
— Развитие невероятно ускорилось, и геополитика здесь стала ключевым фактором. Европейский энергетический рынок в прошлом году начал очень сильно трансформироваться. И одним из путей трансформации является переход от использования газа к поиску других источников, а также регионов, которые могут стать производителями энергии из возобновляемых источников и поставщиками этой энергии для Европы. Германия при этом является инженерным центром, сфокусированным на разработке оборудования для водородной энергетики. Соответственно, возникают альянсы между Германией как потенциальным потребителем водорода и одновременно потенциальным производителем оборудования и теми странами, где энергию из возобновляемых источников можно недорого производить. Если говорить о США, то при текущей геополитической ситуации эта страна самодостаточна в вопросах энергетики, а Китай вводит громадное количество солнечных и ветровых электростанций и является бенефициаром в получении дешевых энергоносителей. У Китая есть, с одной стороны, поставки газа и нефти из России, с другой — возобновленная поставка угля из Австралии, плюс к этому идет строительство атомных электростанций, а происходящее в Европе стало дополнительным стимулом для развития ВИЭ.
Не менее важными факторами развития водородных проектов стали инвестиции в ВИЭ в период пандемии и вливания в эту отрасль так называемых «вертолетных денег» (прямая финансовая поддержка граждан и бизнеса за счет средств государства. — Прим. ред.), а также общая повестка по декарбонизации с целью стабилизации климатических изменений. Эти факторы обеспечили громадный скачок в направлении развития зеленой водородной энергетики.
— Можно ли говорить, что водородный бум — это потенциал не только для развитых, но и для развивающихся стран, где есть условия для наращивания мощностей ВИЭ?
— Да, безусловно. Очень интересно, как будет в принципе происходить интеграция водородной энергетики в глобальные цепочки. Если посмотреть, например, на Индию, которая является одной из крупнейших быстрорастущих экономик, то эта страна планирует наращивать производство и экспорт водорода. Любой быстрый рост требует энергетических ресурсов, соответственно, возникает некоторый диссонанс: с одной стороны, на развитие экономики Индии нужно очень много энергии, с другой — Индия сама выходит на громадные объемы производства энергии из возобновляемых источников и заявляет о своих амбициях как поставщика водорода. Если следить за этим трендом, то получается, что скорость введения мощностей ВИЭ должна быть выше, чем необходимость потребления электричества растущей промышленностью.
— Какие еще страны на сегодняшний день имеют потенциал для развития водородной энергетики?
— Нужно отметить, что наращивание мощностей по производству водорода — это в целом очень положительный сценарий для стран, где развиты другие низкоуглеродные энергетические отрасли, такие как атомная и гидроэнергетика. В частности, если говорить про гидроэнергетику, то один из крупнейших известных проектов по зеленому водороду намечен в Бразилии. Когда мы анализировали возможности производства конкурентного по цене водорода в России, то мы также пришли к тому, что это именно водород, полученный с использованием мощностей ГЭС.
С развитием технологий появятся новые регионы, которые могут стать крупными производителями энергии из возобновляемых источников для последующего производства водорода. Например, Австралия с ее большим потенциалом для введения мощностей ВИЭ, Чили, имеющая большую береговую линию, которая дает возможности для строительства ветромощностей, Бразилия, про которую я уже говорил, и, наконец, страны Африки.
— Можем ли мы сказать, что глобальный рынок водорода уже сформирован, или он в процессе формирования? От чего в ближайшие годы будет зависеть возможность появления на нем новых игроков? Это могут быть частные компании, или водородные технологии — это, скорее, история государственного масштаба?
— В каком-то смысле это уже сложившаяся ситуация. Как я ранее упоминал, в период пандемии ведущими развитыми странами были влиты сотни миллиардов долларов на развитие возобновляемой энергетики на государственном уровне.
Европа, которая объективно страдает от недостатка энергетических ресурсов, чтобы отвязать свое потребление от рынка углеводородов, готова и вынуждена вкладываться в развитие технологий и строительство мощностей. Интересен следующий вопрос: что окажется более конкурентоспособным в долгосрочной перспективе — получение зеленой энергии из различных регионов посредством транспортировки водорода (вне зависимости от места его производства или в меньшей зависимости) или собственные европейские мощности ВИЭ?
Любой этап конвертации затратен — и с точки зрения КПД, и с точки зрения стоимости в целом. Если производительность ветровых и солнечных установок станет значительно выше в ближайшее время и позволит сохранить относительно невысокую стоимость, то вполне возможно, что, с учетом совершенствования технологий, через 20–30 лет Европа по мощностям окажется конкурентной с другими регионами, откуда будет привозиться водород. Условно: в Бразилии вы произвели энергию на ГЭС, потом преобразовали ее в водород, затем в аммиак, далее на танкерах повезли в Германию и в конце конвертировали его обратно в энергию. Скажем, если вы можете построить по европейскому берегу достаточное количество эффективных ветроэлектростанций (в достаточном объеме для европейского потребления), вполне возможно, что исключение шагов по трансформации и транспортировке может быть вполне целесообразным при определенном развитии технологий в области возобновляемой энергетики.
— Россия сейчас делает ставку на голубой водород, в том числе произведенный с помощью ядерных реакторов, а широкомасштабное производство зеленого водорода с использованием мощностей АЭС пока не планируется, во всяком случае на горизонте 2030 года. Как вы думаете, изменится ли ситуация в дальнейшем?
— Я думаю, что история с голубым водородом — это во многом инертность системы планирования, потому что в принципе стратегия по развитию водородной энергетики в России создавалась до мирового водородного бума. Когда миропорядок и технологии настолько быстро меняются, стратегия, которая создавалась 10 или даже 5 лет назад, может быть не вполне актуальной.
«Атомный» же водород может быть очень интересным направлением, так как ЕС, скажем, признает атом низкоуглеродным источником энергии. Если мы смотрим в настоящее время с точки зрения загрузки существующих атомных мощностей, то производство водорода — это идеальный способ наиболее эффективного их использования. Водород идеален для того, чтобы максимально использовать, хранить и передавать энергию, произведенную на АЭС в непиковое время. Однако вопрос масштабного развития проектов по зеленому водороду у нас пока не стоит, так как в России ввод мощностей ВИЭ все еще очень незначителен.
— Если сейчас для России в связи с геополитической ситуацией европейские экспортные рынки закрыты, основной фокус должен делаться на внутренний спрос?
— Я думаю, что да. Я бы не рискнул прогнозировать это с точки зрения возможного изменения в геополитике. Понятно, что в настоящее время поставки энергии и энергоносителей из России в Европу крайне ограничены, а водород — тот же самый энергоноситель. Я не вижу причин, почему водород может выбиваться из общего тренда зависимости энергетических поставок от геополитических рисков.
При этом нужно понимать, для чего водород нужен потребителю: как энергоноситель или для промышленного использования. Еще одна развилка, о которой нужно упомянуть, — это транспорт. Например, компания Toyota разработала прорывную технологию автомобиля на водороде и во многом благодаря помощи японского правительства сумела ее коммерциализировать более 10 лет назад. Очевидно, что в тот момент, когда водород станет дешевым, такой транспорт станет конкурентоспособным.
