В настоящее время водородными технологиями в России занимается несколько десятков компаний, в том числе «Росатом», «Роснано», «НОВАТЭК», «H2 Чистая энергетика», АФК «Система», «Норникель» в том числе и те, что занимаются добычей газа, как например «Газпром» и другие. Они инвестируют в разработку технологий производства, хранения и транспортировки водорода, утилизации СО2, а также работают над использованием водорода в различных областях промышленности.
Водород называют топливом будущего. Он является самым распространенным элементом во Вселенной. При его сгорании высвобождается большое количество энергии и образуется вода без выделения каких-либо вредных газов. При этом водород не встречается на Земле в чистом виде. Его нужно получать, а все существующие способы либо очень затратные, либо малоэффективные. В этой связи нужны новые высокоэффективные технологии хранения и транспортировки водорода. Над созданием технологий и оборудования для этой отрасли работают специалисты разных компаний.
Водородная энергетика с 2018 года является одним из приоритетов стратегии научно-технического развития «Росатома». Госкорпорация развивает сотрудничество в этой сфере с компаниями нефтегазовой отрасли и металлургического сектора, ведущими академическими институтами Российской академии наук.
Основные направления работы «Росатома» по развитию водородных технологий охватывают все сегменты водородной цепочки — производство, хранение, транспортировку, улавливание углекислого газа (СО2), разработку новых материалов для топливных элементов и электролизеров, систем хранения и транспортировки. Эти направления, как отмечают в госкорпорации, находятся на разной стадии готовности — от начала исследований и разработок до проверки основных технологических компонентов в реальных условиях.
Сейчас реализуются проекты по созданию стендового испытательного комплекса по производству водорода на Кольской АЭС, а также по производству водорода и запуску водородного поезда.
Ожидается, что перевозка пассажиров на первых в России водородных поездах начнется в четвертом квартале 2025 года, сообщили и в компании «Русатом Оверсиз» («дочка» «Росатома»), и в холдинге «Российские железные дороги» («РЖД»). Изначально «Росатом» рассчитывал запустить эти поезда на Сахалине в 2023 году.
Корректировка сроков связана с «инновационностью проекта», отметили в компании «Русатом Оверсиз». Сроки уточняются по мере проработки технических решений. Запуск в эксплуатацию водородных поездов на Сахалине — очень сложный и наукоемкий проект, подчеркнули в «РЖД».
Участникам проекта предстоит решать вопросы получения на Сахалине водорода, его транспортировки, заправки, обслуживания поездов и разработки соответствующей регуляторной базы, подчеркнули в «Трансмашхолдинге».
По данным «Русатом Оверсиз» и «РЖД», для реализации проекта кроме строительства завода по производству водорода потребуется создать еще несколько сооружений:
- два водородно-заправочных комплекса (семи поездам потребуется 265 т водорода в год);
- цех технического обслуживания и ремонта поездов в Южно-Сахалинске;
- нужно также реконструировать действующий цех тех-обслуживания в Холмске.
В конструкции поезда предусматривается максимальное применение комплектующих из России. На первом этапе будут использованы серийно изготавливаемые водородные топливные ячейки и система хранения водорода зарубежного производства, уточнили в пресс-службе «РЖД».
Получение водорода на базе высокотемпературного газоохлаждаемого реактора
Один из важнейших проектов «Росатома» — создание атомного энерготехнологического комплекса получения экологически чистого водорода на базе высокотемпературного газоохлаждаемого реактора. Он позволит использовать высокотемпературное тепло от реактора для производства водородосодержащих смесей. Из этих смесей затем можно выделять чистый водород.
Это новый тип реактора, охлаждаемый не водой, а гелием, дающим высокотемпературный пар в диапазоне от 750 до 850 градусов, и выше. Специалисты «Росатома» предполагают, что этот реактор будет запущен в период 2030–2032 годов.
В госкорпорации уточнили, что в настоящее время ведутся работы по созданию новых материалов с тем, чтобы довести температуру пара до уровня 1 тыс. градусов. На таком реакторе конверсия метана не потребует сжигания газа для повышения температуры, что позволит добиться уменьшения углеродного следа.
Также специалистами госкорпорации рассматривается возможность перспективной технологии получения водорода из природного газа с облегченной задачей утилизации СО2, где углерод получается твердым. Это пока предварительные разработки на лабораторном уровне.
Проекты получения водорода на действующих станциях планируется реализовать на Кольской АЭС, где есть избыток электроэнергии, и сейчас создается испытательный комплекс, а также на Курской АЭС, где водород может использоваться в металлургии при переходе от электровосстановления к прямому восстановлению железа водородом, отметили в госкорпорации.
Помимо этого, в «Росатоме» разрабатывается технология композитного баллона для транспортировки водорода. Она позволит создавать баллоны фактически бесконечной длины, то есть, другими словами — трубопроводы.
Четыре проекта «Росатома» по производству водорода будут реализованы на территории Калининградской, Мурманской и Сахалинской областей, следует из Атласа российских проектов по производству низкоуглеродного и безуглеродного водорода и аммиака, опубликованного Минпромторгом России.
В Калининградской области на 2024 год запланирован запуск производства «зеленого» водорода методом электролиза воды с использованием ветровой энергии. Продукцию планируется продавать на внутреннем и внешнем рынках.
В Мурманской области в 2024 году «Росатом» запустит проект «Низкоуглеродный водород», ориентированный на европейские рынки. Здесь также предполагается производить низкоуглеродный водород методом электролиза воды.
Однако электроэнергию предполагается получать с Кольской АЭС. Прогнозный объем производства в 2024 году составляет 150 т водорода. Достижение промышленных объемов производства запланировано к 2030 году.
Две программы госкорпорация предполагает запустить в 2025 году на Сахалине. Проект «Голубой водород/аммиак» предполагает производство методом паровой конверсии метана с улавливанием CO2. К 2030 году планируется выйти на уровень ежегодного выпуска 100 тыс. т водорода.
Еще один проект на Сахалине — «Зеленый водород». Он также запланирован на 2025 год. Водород будет производиться методом электролиза воды с использованием ветровой электроэнергии.
Оба сахалинских проекта, как отмечается в Атласе Минпромторга, в первую очередь ориентированы на страны Азиатско-Тихоокеанского региона.
Водород должен стать новым ключевым продуктом «Росатома», — считает академик РАН, научный консультант гендиректора «Росэнергоатома» Николай Пономарев-Степной. Он отметил, что при масштабном освоении технологий производства, транспортировки и хранения водород может быть использован для решения проблем большой энергетики.
Среди них следует выделить аккумулирование энергии в энергосистемах с неравномерным графиком нагрузок, особенно для АЭС, энергоснабжение локальных потребителей и дальнее теплоснабжение.
Водород и его производные — востребованный товар для внутреннего и зарубежного рынков. Создание продуктовой линейки должно будет базироваться на разработанных в России ядерных технологиях нового поколения, к примеру, технологии высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов, считает академик.
Компания «Центр водородных технологий» по заказу компании «Аэромакс» (обе входят в АФК «Система») займется разработкой отечественной водородной силовой установки для гражданских беспилотников.
В рамках проекта планируется создать электрохимический генератор на основе водород-воздушного топливного элемента мощностью до 100 кВт. Технология основана на получении электрической энергии путем химической реакции водорода и кислорода. Ожидается, что такая установка сможет поднять в воздух грузовой беспилотный вертолет взлетной массой 750 кг, сообщили в «Аэромаксе». Эта компания разрабатывает и производит гражданские беспилотные авиационные системы самолетного и вертолетного типа, средства навигации и наземного управления.
Ожидается, что первые опытные образцы будут представлены летом этого года в составе беспилотного воздушного судна SH-750, а на осень запланированы летные испытания первых беспилотников на водородных топливных элементах.
Эффективность использования водородного топливного элемента превосходит электродвигатели и стремится к показателям классических силовых установок, которые работают на дизеле или бензине, считают в компании. При этом они не производят вредных выбросов в атмосферу, бесшумны и просты в обслуживании.
Рассматривается возможность запуска пилотного производства на площадке «Северстали» в Череповце. Проект предусматривает развитие и других «зеленых» технологий: утилизацию СО2 при производстве из метана «голубого» водорода и использование его при производстве стали.
Также будут разработаны технологии хранения и транспортировки водорода. «НОВАТЭК» выступит поставщиком газа для проекта и совместно с «Северсталью» примет участие в разработке водородных технологий. По оценке Fitch Ratings, стоимость подобных проектов у зарубежных металлургических компаний составляет $100–200 млн, и в данном случае речь, скорее всего, идет о сопоставимом бюджете.
«Северсталь», как отмечают в компании, в будущем хочет заменить уголь на водород в производственной цепочке плавки. Но для этого нужно существенно снизить себестоимость его производства.
Отраслевые эксперты отмечают, что в мире пока отсутствуют технологии, снижающие себестоимость водорода до уровня, который позволит экономически эффективно использовать его в металлургическом производстве. Поэтому и задача по замещению угля в металлургическом производстве на данном этапе развития водородных технологий пока ещё является недостижимой. При этом рынок сбыта водорода очень ограничен. Он производится и используется в нефтепереработке, а также при производстве аммиака.
Осенью 2022 года из-за санкций «НОВАТЭК» приостановил рассмотрение проекта по производству аммиака и водорода — «Обский ГХК». Сроки принятия инвестиционного решения не известны.
«Обский ГХК» — проект «НОВАТЭКа» по производству из природного газа 2,2 млн т аммиака и 130 тыс. т водорода в год. В проект вошли Верхнетиутейское и Западно-Сеяхинское месторождения на Ямале, затем к ним добавились Нейтинское и Арктическое месторождения.
Запуск первой линии завода запланирован на 2026 год, второй линии — на 2027 год. В едином комплексе с «Обским ГХК» планировалось строить завод по сжижению газа «Обский СПГ».
«Норникель», крупнейший в мире поставщик палладия, совместно с научным сообществом создал первый прототип палладий-содержащего катализатора — наноразмерный металлический материал для мембранно-электродных блоков, которые используются для генерации электролизного водорода.
Сегодня на рынке водородной энергетики есть катализаторы на основе платины и иридия. «Норникель» рассматривает возможность повысить эффективность катализаторов, частично заменив эти металлы на родственный палладий. Благодаря экстремально высокой химической стойкости палладий более эффективен в катализаторах, чем другие металлы платиновой группы.
В качестве производственной площадки задействован Кольский дивизион компании, который создает ограниченные партии химических соединений с металлами платиновой группы. Их можно будет использовать в качестве исходного материала, так называемых прекурсоров, для изготовления палладиевых катализаторов.
«Норникель» видит перспективы развития не только катализаторов, но и других сегментов водородной энергетики — технологий мембранного получения высоко чистого водорода, его хранения и транспортировки.
Для первого прототипа катализатора специалисты использовали прекурсоры сторонних производителей. Свойства катализатора не уступают коммерческим аналогам. Компания планирует протестировать прототипы на китайском рынке, чтобы взвесить перспективы коммерческого производства. Согласно плану исследований, следующие прототипы и первые пробные прекурсоры будут готовы в 2023 году.