Роль газовой отрасли в энергетической модели на основе водорода

Газовая отрасль России постепенно вышла в режим новой реальности - экспорт газа составляет около 200 млрд м³ в год. Но это не безусловно заданная постоянная новой нормальности как на сегодня, так и на завтрашний день. Стратегический просчет в оценке перспектив развития рынков газа недопустим и нельзя упустить их прикрываясь сегодняшними тактическими успехами.

Эволюция газового экспорта России в европейском направлении неизбежна. Это связано с постепенным дрейфом ЕС к потреблению газа также и в качестве сырья для производства водорода с целью его дальнейшего использования в виде «чистого топлива» в рамках опережающего движения ЕС в сторону низкоуглеродного развития.

Водородная экономика - это будущее глобальной экономики и водород станет новым эффективным энергоносителем. По разным прогнозам, это может случиться уже после 2040 г.

Многие компании, регионы и государства взяли на себя обязательства по борьбе с глобальным изменением климата и эта борьба подразумевает сокращение выбросов СО² и водородная экономика в состоянии решить много пунктов из этой проблемы. И если возобновляемые источники энергии могут декарбонизировать в основном электроэнергетику, то водородные решения претендуют на сокращение выбросов СО2 в энергообеспечение зданий, транспортном секторе и промышленности.

Более 20 государств и свыше 50 корпораций приняли долгосрочные программы развития водородных технологий. Эти программы финансируются разноуровневыми бюджетами и поддерживаются международной технологической кооперацией.

Вызов и цель ближайших десятилетий - создание принципиально нового рынка и индустрии, основанной на безуглеродном производстве водорода, его хранении и транспортировке по трубопроводам и в танкерах, в организации широкомасштабного использования в энергетике, транспорте, промышленности – от газовых турбин до индивидуальных источников энергии для домохозяйств и промышленности.

Нашим ответом на эти глобальные вызовы может стать либо встраивание водородных технологий в российскую долгосрочную энергетическую стратегию (низкоуглеродного развития), либо создание и принятие национальной водородной программы, в центре которой должны встать три основных принципа:

- поддержка технологического развития;

- создание долгосрочного спроса и рынка;

- стимулирование международных инвестиций.

Почему именно сейчас? Новые стимулы развития водородных технологий.

После открытия электролиза в 1800 году (процесс получения водорода из воды с использованием электроэнергии) к середине XIX века были изобретены топливные элементы (электрохимические устройства, получающие электроэнергию из водорода, без процесса горения). В первой трети XX века появились опытные установки паровой конверсии метана (которые позволяли получать водород из легких углеводородов). На сегодняшний день эти технологии составляют основу использования водорода в промышленности.

Высокая энергетическая ценность водорода (теплота сгорания 120 МДж/кг против 56 МДж/кг у метана) предопределила его использование в качестве топлива для транспорта. Жидкий водород стал топливом для американской и советской космических программ. В конце 1980-х годов первый самолет с одним из трёх двигателей на водородном топливе был создан в СССР на базе Ту-154. Первые автомобили на водороде появились в те же годы, но широкого распространения эти технологии не получили в силу дороговизны и невысокой эффективности. В наши дни водород в качестве топлива используется в очень ограниченных объемах.

Водород - самое эффективное и экологически чистое топливо. По теплоте сгорания единицы массы он в 2.75 раза превосходит бензин, имеет значительно более широкий интервал воспламенения в смеси с воздухом (от 4 до 75 объемных %) и более высокие температуры сгорания (для ламинарного пламени в воздухе - 2300 К) и самовоспламенения в воздухе (850 К). Эти уникальные свойства водорода обеспечивают возможность повышения КПД тепловых двигателей в 1.5-1.7 раза, причем реальный цикл двигателя при работе на водороде существенно ближе к теоретическому, чем на любом углеводородном топливе.

http://neftegas.info/upload/iblock/7ba/7bab561974fb22122bc00607e463b67d.pdf

Главные направления использования водорода сегодня - это нефтепереработка и химическая промышленность (аммиак и метанола) (рис. 1). При этом, энергетическое использование водорода составляет всего в 1-2% от общих объемов его потребления. https://energy.skolkovo.ru/downloads/documents/SEneC/Research/SKOLKOVO_EneC_Hydrogen-economy_Rus.pdf

Общий объем производства водорода в мире в настоящее время оценивается разными источниками в 55-65 млн тонн, при среднегодовых темпах его роста за последние 20 лет - около 1,6%.