Водород из метана: перспективы России

Центр энергетики Московской школы управления СКОЛКОВО выпустил исследование «Низкоуглеродный водород из природного газа: глобальная перспектива и возможности для России». В нём представлен анализ роли низкоуглеродного водорода, произведенного из углеводородного сырья на горизонте 2030 — 2050 годов.

Международные аналитические агентства в сценарных прогнозах развития энергетики, выпущенных в 2021 г., отводят низкоуглеродному водороду около 10–20% от конечного энергопотребления к 2050 г. с нынешних значений, близких к нулю. Большинство сценариев исходят из того, что к 2030 г. производство серого, голубого и зеленого водорода составит около 100 млн тонн в год, причем производство голубого водорода может составить от 20–50 млн тонн в год, достигнув к 2050 г. планки в 200 млн. тонн.

В наши дни водород производится в основном из природного газа методом паровой конверсии (риформинга) метана. Это наиболее отработанная коммерческая технология крупнотоннажного производства водорода. Вызов для неё – достижение высокой (от 90%) доли улавливания СО₂ на всех выходных потоках для обеспечения минимального углеродного следа производимого водорода. Альтернативой выступает автотермический риформинг метана (пока не столь отработанный), в котором улавливание СО₂ обеспечить проще и дешевле. Недостатки обеих технологий – необходимость надежного долгосрочного хранения вырабатываемого СО₂ и трудности в масштабировании.

Пиролиз метана, в ходе которого происходит преобразование метана в водород и твердый углерод, позволяет избежать проблем с улавливанием и хранением СО₂ – но эта технология пока не готова для широкомасштабного применения. К преимуществам пиролиза можно отнести отсутствие потребности в воде, до 5 раз меньшую (по сравнению с электролизом воды) потребность в электроэнергии и, соответственно, меньшую зависимость углеродного следа водорода от источника электроэнергии.

Массовый выход углерода после пиролиза сопоставим с массовым выходом СО₂ после риформинга метана, но сложности и стоимость транспортировки и хранения СО₂ пока несравнимо выше, чем для твердого углерода.

В мире насчитывается более 40 проектов в области производства низкоуглеродного водорода из природного газа, в первую очередь в Европе. Для достижения климатических целей в сценарии Net Zero, по оценке МЭА, уже к 2030 г. потребуется построить около 230 заводов по производству голубого водорода с CCUS (либо дооснастить CCUS существующие мощности по производству «серого» водорода). Пиролиз метана может сыграть роль в реализации этих целей, если технология достигнет более высоких уровней готовности в промышленных масштабах.

В настоящее время серый водород является наиболее доступной альтернативой – дешевле голубого примерно в 2 раза и зеленого в 4-5 раз. При этом у серого водорода максимальный углеродный след, что делает его применение невозможным в условиях декарбонизации и достижения климатических целей.

Конкурентоспособность голубого водорода будет зависеть от того, как долго он будет оставаться привлекательным по сравнению с зеленым с точки зрения стоимости и углеродного следа.

Большинство аналитических агентств отмечают, что серый водород будет постепенно дорожать (в первую очередь из-за введения ценообразования на СО₂), а зеленый и голубой – дешеветь по мере масштабирования соответствующих технологий. Голубой водород уже в ближайшем десятилетии станет коммерчески конкурентоспособным энергоносителем (по сравнению с серым водородом), и разворачивание его производства может стать основой для низкоуглеродной водородной экономики. При этом, большинство сценариев к 2050 г. показывают паритет между зеленым и голубым водородом, при этом по некоторым оценкам зеленый водород может оказаться в среднем вдвое дешевле голубого. Эти тренды по-разному проявляют себя в различных странах в зависимости от доступа к ресурсам, стоимости электроэнергии и платы за сброс отходов (СО₂ или твердый углерод).

Многие аналитические агентства считают, что в течение 2020-х годов зеленый водород достигнет ценового паритета с голубым. Но пока разрыв в стоимости очень привлекателен для голубого водорода, и разворачивание водородной экономики на основе более доступного источника выглядит предпочтительным. В то же время, для обеспечения долгосрочной конкурентоспособности голубому водороду нужно быть не только дешевым, но и обладать подтвержденным низким углеродным следом.

Содействовать реализации проектов производства водорода из природного газа можно на уровне энергетической политики, стратегических и венчурных инвестиций.

Большинство стран, важных для водородной экономики будущего, исходят в своих энергостратегиях из принципа технологической нейтральности, хотя на ключевом рынке –Евросоюзе – водороду из природного газа отдан второй приоритет по сравнению с возобновляемым. Инвестиционное сообщество по-разному реагирует на эти сигналы регуляторов, но в проекты по производству водорода из природного газа уже вкладываются как мейджоры (крупные нефтегазовые компании), так и венчурные фонды. Чтобы обеспечить сохранность этих инвестиций, важно уже сейчас обеспечить подтверждение низкого углеродного следа природного газа, который используется на водородном заводе. Технологические процессы и цепочки поставок сырья и энергии, используемые в инвестиционных проектах, должны позволять в будущем обеспечить международную сертификацию водорода по его углеродному следу и происхождению. Сертификация водорода – ключ к формированию глобального водородного рынка и, соответственно, ключ для стран и инвесторов, стремящихся занять существенную долю на этом рынке в будущем. Важным условием для раскрытия потенциала низкоуглеродного водорода из природного газа является работа, направленная на улучшение общественной приемлемости этой сферы – через открытое обсуждение рисков и технологических мер по их нивелированию. Этому может помочь реализация образовательных и просветительских программ.