Эксперты оценили возможность поставлять водород через «Северный поток-2»
Опрошенные РБК эксперты оценили возможность использовать трубопровод «Северный поток-2» для транспортировки водорода. Ранее исполнительный директор Nord Stream 2 AG (оператор трубы) Маттиас Варниг сообщил, что компания изучает такую возможность.
«Исследования в этом направлении ведутся и в рамках научно-технической деятельности «Газпрома», и, судя по заявлению господина Варнига, на уровне компании-оператора. Условий для того, чтобы это внедрять прямо сейчас, нет — ни коммерческих, ни регуляторных. Технически тоже пока не все ясно, но техника тут как раз намного опережает коммерцию и правовую среду», — сообщил РБК заместитель главы Фонда национальной энергетической безопасности Алексей Гривач.
По словам замглавы фонда, в целом перспективы еще большего «озеленения» газа, поставляемого на рынок через новые магистрали из России в Европу, есть, но когда и как это будет происходить, сказать сложно. «На мой взгляд, природный газ, учитывая сегодняшний топливно-энергетический баланс Европы, — это само по себе наиболее экологичное из доступных и надежных решений и самое быстрое из всего спектра возможностей по сокращению вредных выбросов в атмосферу», — добавил он.
Аналитик, старший директор отдела корпораций рейтингового агентства Fitch Дмитрий Маринченко в беседе с РБК заявил, что поставлять чистый водород по текущей системе газопроводов технически проблематично, так как у него атомы небольшого размера и могут вызывать коррозию металла. «Речь идет о том, чтобы смешивать природный газ с водородом и поставлять эту смесь каким-то из текущих покупателей. Это позволило бы «Газпрому» усилить свой имидж как компании, ориентированной на «зеленую» энергетику и потенциально увеличить долю рынка, особенно если европейское законодательно будет давать преференции компаниям, поставляющим и покупающим водород или газоводородную смесь», — отметил он.
Маринченко подчеркнул, что пока механизм ценообразования и регулирования на рынке водорода не ясен, поэтому количественно оценить потенциальные выгоды «Газпрома» от этого проекта невозможно. «Тут скорее можно говорить об опции, а не о четком плане», — считает эксперт.
Декан факультета международного энергетического бизнеса РГУ нефти и газа им. Губкина Елена Телегина в разговоре с РБК заявила, что сейчас водородная энергетика в тренде. «Это сейчас самое модное направление развития. И в принципе, Россия может занять очень хорошую позицию на этом рынке, потому что инфраструктура транспортировки газа легко переделывается под транспортировку водорода. И сейчас уже «Газпром» начал работу в этом направлении. И да, действительно, «Северный поток-2», действующая система, которая есть, может быть достаточно легко трансформирована в транспорт водорода. Это новая стратегия, новый проект — они совместные, потому что это дорогая технология. Они вместе с европейскими компаниями на европейский рынок направлены, потому что водород в рамках низкоуглеродной энергетики — чистое топливо, которое будет очень востребовано на европейском рынке», — рассказала она.
По оценкам Телегиной, трансформировать систему для транспортировки не слишком сложно, самое сложное — разобраться с технологиями производства водорода. «Есть чистые, без выбросов вредных веществ, но это дорогие технологии. И есть более загрязняющие атмосферу. Тут вопрос еще, какие технологии производства водорода будут использоваться, главное — с точки зрения инвестиций. А сама транспортная инфраструктура легко может быть трансформирована технологически, потому что это тот же газ под давлением, который идет по трубопроводным системам. Это прежде всего, наверное, будет немецкий рынок, рынок крупных стран. Европейский рынок, в те страны, которые готовы к использованию водородных технологий», — пояснила она.
О том, что Nord Stream 2 изучает возможность использовать трубопровод для транспортировки водорода, Варниг заявил на прошлой неделе. «Вполне реально, что не позже чем через десять лет мы сможем добавлять водород в одну или обе нитки», — сказал он.
Транспортировка не только газа, но и водорода по «Северному потоку-2» возможна, поскольку при строительстве трубопровода были использованы специальные материалы, говорил глава Восточного комитета немецкой экономики Оливер Хермес. «Северный поток-2» в отличие от более старых газопроводов уже в ближайшие десятилетия может быть на 70% заполнен водородом», — заявил он (цитата по «Интерфаксу»).
«Водородный бум» есть — морских перевозок нет
Главный принцип энергоперехода, который так активно сегодня пытаются развивать правительства США, европейских и некоторых азиатских стран, — это использование энергоносителя, не оставляющего (при производстве и использовании) углеродного следа, а также являющегося возобновляемым. Под эти условия пока что подходят лишь солнце, ветер и «зеленый» водород.
Однако солнечные панели и ветропарки в силу зависимости от погодных условий нуждаются в дополнительном источнике генерации, способном их подстраховать — в водороде, который политики в ЕС, США, а также ряде стран Азии призывают производить все больше. К примеру, правительство и бизнес в Австралии готовы тратить на эту задачу огромные ресурсы и время.
При этом в консалтинговой группе обозначили главную проблему Австралии. Речь идет даже не о сомнительной экологичности продукта. Напомним, даже «зеленый» водород не такой уж возобновляемый, поскольку при производстве требует сотен тонн дистиллированной воды, а истощение водных ресурсов в любом регионе мира — это урон местной экосистеме.
В данном случае речь идет о сложности транспортировки водорода, причем именно по морю.
Главные экспортные рынки для энергоносителей Австралии — это Япония, Южная Корея, Китай, Индия и Европа. Очевидно, что раз уж Канберра активно наращивает производство водорода, ей нужен флот, способный доставить энергоноситель морским путем на все эти рынки. При этом нет четкой синхронизации между двумя процессами: ростом инвестиций, позволяющих увеличивать производственные мощности водорода, и разработкой технической возможности транспортировать этот водород на судах.
С созданием подобного энергоносителя все относительно понятно, его главная проблема сейчас — это себестоимость продукта, которая пока не может конкурировать с традиционным метаном. А вот вопрос перевозки по морю до сих пор остается открытым. Только в последние несколько лет некоторые страны начали тестировать разные способы доставки такого энергоносителя на судах.
Пример Австралии тем и хорош, что ярче всего показывает проблематику работы с водородом. На первый взгляд, кажется, что страна просто обязана заниматься именно этим типом энергоносителя. Ветропарков и солнечных панелей, необходимых для производства «зеленого» водорода, на континенте много: погодные условия для их работы намного лучше, чем в США, Европе или Китае. Портфель проектов электролизеров в Австралии (по состоянию на 2020 год) тоже весьма внушительный — 2,94 ГВт мощности. Объем австралийских проектов, связанных с водородом, на продвинутой и ранней стадии в этом году вырос еще на 45%, до 4,25 ГВт.
Компании также занимаются вопросом добавления водорода (до 10%) в трубопроводы для метана, привлекая для этой задачи даже китайские корпорации State Grid Corp of China и Singapore Power. В Сиднее в этом году уже будет запущена магистраль, по которой будут прокачивать 2% водорода (остальное — метан).
Но при всех этих достижениях и уникальных условиях для наращивания производства водорода в правительстве и крупнейших компаниях Австралии до сих пор не выработана стратегия по продаже водорода в другие страны.
Выходит, пока в стране реализуются проекты вроде HyEnergy Project, ни у кого нет четкого плана, как его доставить в другие страны.
В Европе с этим проще, хоть и с оговорками, — там есть трубопроводная сеть.
Да, газопроводы в ЕС строились не по единому проекту и в разное время, трубы состоят из разных сплавов, а значит обладают разной степенью изнашиваемости при прокачке по ним водорода, следовательно, они могут транспортировать его, но в разных соотношениях с метаном. Теоретически их можно модернизировать и доработать, чтобы транспортировать водород в любую точку ЕС. Конечно, встает вопрос об экономической целесообразности подобной затеи, но она хотя бы решаема в техническом плане.
Но как быть с морем, где нет никаких трубопроводов? Простой факт, чтобы лучше понять проблематику: первое в мире судно, способное перевозить водород (в сжиженном состоянии) спустили на воду только в декабре 2019 года. Выходит, экспортерам водорода вроде Австралии предстоит долгая и затратная работа по созданию флота, способного перевозить такой груз по морю.
В связи с этим местные СМИ вроде Yomiuri Shimbun даже выражают весьма здравый скептицизм по поводу спроса на водород, причем не из-за стоимости авто, а цены самого топлива. «По оценкам министерства экономики, стоимость водорода сейчас — около 100 йен за кубометр. При масштабировании поставок из Австралии к 2030 году она снизится примерно до 30 йен. Предполагается, что она будет понижаться до менее 20 йен к 2050 году. К слову, именно столько сейчас стоит в стране природный газ», — пишет Yomiuri Shimbun.
Выходит, Австралии нужно на свой страх и риск создавать дорогостоящий и высокотехнологичный флот для транспортировки водорода, не будучи уверенной, что такой «экологический» продукт гарантировано найдет покупателя в Японии.
Кстати об экологии. Силовая установка на «Suisso Frontier» — дизель-электрическая, а значит, доставка водорода в Японию полностью углеродно-нейтральной считаться не может. Впрочем, не до конца экологичным можно назвать и сам водород, который Австралия хочет поставлять своему азиатскому соседу.
На судно «Suisso Frontier» (первая поставка была в марте этого года) загружают водород, полученный из бурого угля, который предварительно подвергают газификации, а потом используют пиролиз. Во время этого процесса выполняется улавливание СО2, однако нужно отметить, что улавливание и захоронение таких вредных веществ — процесс весьма затратный, что делает себестоимость водорода еще более высокой.
Терминалы по конвертации водорода в сжиженное состояние и обратно уже есть в японском городе Кобе и австралийском Латроб-Вэлли. Однако оба они были построены не только за счет отечественных и зарубежных компаний, а еще и благодаря финпомощи правительств. Это значит, что экономическая целесообразность подобных объектов держится больше за счет идеологии энергоперехода, а не коммерческой выгоды.
Кроме австралийского метода перевозки водорода морским путем есть и опыт других стран.
В 2020 году Япония и Бруней организовали сеть поставок водорода с использованием жидкого органического водородного носителя. Как сообщает Advanced Hydrogen Energy Chain Association for Technology Development (ассоциация японских компаний), суть такой транспортировки — водород производят в Брунее, добавляют в толуол, из которого получают метилциклогексан. Эту смесь доставляют морским путем в цистернах на завод в японском городе Кавасаки, где водород заново извлекают из этой смеси, а толуол отправляется обратно в Бруней.
Еще более сложную схему поставок водорода, которую можно считать весьма условной, хочет использовать Saudi Aramco. Компания в марте этого года заключила договор с южнокорейской Hyundai OilBank, которая будет закупать у Саудовской Аравии сжиженный нефтяной газ (LPG). На танкерах его доставят в азиатскую страну, где из LPG начнут производить «голубой» водород. СО2, который будет улавливаться в процессе производства, Южная Корея отправит обратно в ближневосточное королевство, где углекислый газ уже будет использоваться Saudi Aramco для увеличения нефтеотдачи на старых месторождениях.
Дата начала таких «поставок» водорода неизвестна, но в любом случае подобная модель вряд ли подойдет странам вроде Австралии, которой необходимо транспортировать по морю именно водород, а не вещества, из которых его производят.
Смешивать его с толуолом, как это делают Япония и Бруней, — значит увеличить расходы на доставку. Впрочем, даже постройка терминалов по конвертации (для сжижения), как в австралийском штате Виктория и японском городе Кобе, это тоже дополнительные расходы. Но другого выхода нет. Транспортировать его просто так в чистом виде нельзя. Водород является одним из самых опасных грузов для перевозки, поскольку воспламеняется при любом контакте с воздухом или кислородом. Из-за взрывоопасности его перевозка имеет ряд технических сложностей.
Именно поэтому массово строить суда для транспортировки подобного груза даже экономически развитые страны особо не торопятся. Одно дело, когда водород в жидком состоянии можно перевозить в небольших количествах на грузовиках с помощью автомобильных цистерн ТРЖВ-20 и ТРЖВ-24 (вместимость около 20 кубометров), которые были созданы еще в СССР, или с помощью цистерн от «Криогенмаша» (цистерны до 45 кубометров). Совсем другое — транспортировать тысячи или десятки тысяч кубометров по воде, где еще и в любой момент может начаться качка.
Осторожные попытки решения этого вопроса, не считая японского судна «Suisso Frontier», только начинают делать Южная Корея и Норвегия. Korea Shipbuilding & Offshore Engineering сейчас работает над созданием коммерческого судна, способного перевозить сжиженный водород. Компания сотрудничает со сталелитейным заводом в Южной Корее. Цель кооперации — разработать высокопрочную сталь, новую технологию сварки, улучшенную изоляцию, чтобы сдержать водород и снизить риск растрескивания труб или резервуаров.
Аналогичной задачей сегодня занимается и норвежская компания Wilhelmsen Group. Ее вице-президент Пер Бринчманн уверил, что корпорация работает над созданием судна, способного перевозить жидкий водород в контейнерах или трейлерах, которые находятся на борту. Сроков по завершению разработки и постройки такого морского транспорта он пока назвать не может.
Есть разработки канадской компании Ballard Power Systems и австралийской Global Energy Ventures, разрабатывающих судно для транспортировки сжатого водорода в газовой форме. Вице-президент Ballard Power Systems Николас Покард сообщил, что разработка судна завершится не ранее 2025 года.
При этом все соглашаются, что такие суда будут весьма дороги, причем не только по себестоимости, но и в эксплуатации.
«Высокая стоимость такого судна во многом зависит от дороговизны хранения жидкого водорода, поскольку это крайне сложная в техническом плане задача»,
— говорится в апрельском исследовании 2021 года, которое подготовил Карло Рауччи, консультант Всемирного банка по декарбонизации.
Как заявил в комментарии для «НиК» доктор технических наук, профессор, главный научный сотрудник Объединенного института высоких температур РАН Олег Попель, транспортировка водорода даже по трубопроводам невыгодна. А что касается перевозки морским путем — это еще большие затраты, которые в ближайшем будущем вообще не понятно, как можно сократить.
Если транспортировать его по морю в виде смеси с толуолом, то вы тоже потратите энергию на предприятиях, где происходит его смешивание, а затем еще и при отделении от толуола, когда будете отгружать его, скажем, в Японии. Какая тут может быть конкуренция по цене с метаном?», — задает риторический вопрос эксперт.
Из этого всего следует, что наращивание производства водорода — это весьма опасная стратегия, которая может привести к тому, что страна-производитель такого энергоресурса физически не сможет доставить его (сохраняя адекватную себестоимость) на рынки сбыта. Безусловно, прогресс не стоит на месте. На разработку СПГ перевозок по морю ушли десятилетия, прежде чем такой тип энергоносителя стал транспортироваться в массовом порядке. Отсюда простой вывод: водород, сколько бы его не производили Австралия или другие страны, объективно не сможет «вытолкнуть» газ или нефть с рынков Европы и Азии, по крайней мере, в ближайшем будущем.
Как собирать, хранить и поставлять водород
В одном из прошлых постов мы выяснили, что в обозримой перспективе себестоимость производства водорода снизится настолько, что этот газ станет конкурентоспособным энергоносителем на транспорте и в энергетике. Но есть ещё одна потенциальная проблема водородной экономики: хранить, транспортировать и поставлять H2 не так просто, как кажется. В этот раз мы расскажем, какие технологии решат эти задач и не «съедят» ли транспортные издержки прибыль будущих водородных магнатов.
Где и как хранить водород
По мере превращения водорода из промышленного в потребительский товар — им будут заправлять машины, питать электросистему и отопление домов — его нужно будет запасать в больших количествах. Это нужно будет и для того, чтобы цены на водород не скакали. Причём газ будет храниться долго, поэтому не столько важна скорость закачки/откачки и расположение, сколько объём хранилищ.
Второй естественный резервуар для водорода — истощённые пласты залежей природного газа или нефти и водоносные горизонты. Они больше соляных пещер, но водород в них сильнее загрязняется, вступая в реакцию с горной породой, микробами, жидкостями. В такие пещеры водород пока не закачивают, поэтому считать «экономику» рано.
Карта водородного будущего Европы. Большинство соляных пещер для водорода (обозначены зелёными треугольниками) сосредоточено на севере Германии, в Нидерландах и Франции. Источник: European Hydrogen Backbone Perspective, 2020.
Однако для краткосрочного и мелкомасштабного хранения водорода такие «пещеры горного короля» не подходят — нужны баки. В резервуарах хранят сжатый или сжиженный водород, который можно быстро закачать или откачать в нужных объёмах.
Сжатый водород (при давлении 700 бар, т. е. приблизительно 690 атм.) имеет только 15% плотности энергии (количество энергии на единицу объёма) бензина, и чтобы хранить эквивалентное количество топлива, скажем, на водородной заправке, нужно в семь раз больше места.
Поэтому водород скорее всего будут мешать с аммиаком, у которого плотность больше, а места такой смеси требуется меньше, что позволит транспортировать больше водорода без увеличения объёма хранилища. Правда, придётся потратиться на конверсию и реконверсию смеси.
В каком виде транспортировать водород
Проблема подготовки водорода для транспортировки решается по-разному: H2 сжимают, сжижают, смешивают с другими веществами. У каждого из этих вариантов свои преимущества и недостатки, а оптимальное решение зависит от географии поставок, расстояния, объёма и вида водорода для потребителя.
В любом агрегатном состоянии (кроме твёрдого, конечно) водород можно пустить по имеющимся газовым трубам, что однозначно дешевле, чем строить новую инфраструктуру. Первый кандидат — газовые сети. В мире насчитывается 3 млн километров газопроводов и 400 млрд кубометров подземных хранилищ метана. Но с этим есть технические проблемы:
у водорода низкая плотность энергии, и объёмы (или время) его поставки через газопровод придётся увеличить;
водород очень горюч на воздухе, поэтому чтобы снизить риски, придётся менять оборудование по всей цепочке поставок;
не всякая инфраструктура для, например, метана подойдёт водороду; особенно это касается потребительских котлов, бойлеров и т. п. (об этом подробнее ниже);
В итоге наряду с газообразным водородом нам придётся производить его сжиженные и смешанные версии.
Как адаптировать мелких потребителей к водороду? На рисунке — возможный вариант. Это H2Rex — водородный генератор компании Toshiba (о нём мы рассказывали). Его топливные элементы вырабатывают электричество с помощью электрохимических реакций между полученным водородом и кислородом из атмосферы. Результат — электричество и тепло, которые получает потребитель. Источник: Toshiba ESS
Схожим образом водород можно включить в жидкий органический носитель. На конверсию и реконверсию при этом уйдёт 35-40% водорода, хотя объёмы поставок эти издержки покрывают.
Некоторые жидкие органические носители водорода могут быть негорючими, что делает перевозку безопаснее. Источник: Hydrogenious LOHC Technologies / YouTube
Как доставлять водород
Как и углеводороды сейчас, водород перемещать по миру в основном будут трубы, суда и автоцистерны. Отправлять H2 поездами в целом будет дороже, хотя удалённым потребителям в локациях без трубопровода это возможно. В мире сегодня существует много водородопроводов, но в основном они не выходят за пределы технологических площадок химических и нефтеперерабатывающих заводов. Поэтому более оптимальный вариант — трубы для передачи природного газа.
Однако далеко не все они подходят для прокачки водорода из-за типа стали: трубы из низкопрочной стали будут портиться из-за контакта с водородом (водородное охрупчивание) и давления прокачки. При этом их пропускная способность должна быть в три раза выше из-за низкой плотности водорода. Последнее решается, как мы уже выяснили, смешиванием водорода с жидкостями, и для таких соединений также есть трубопроводы. В частности, трубы используют для прокачки аммиачно-водородной смеси. Один из аммиакопроводов, к примеру, идёт из Тольятти (Россия) до Одессы (Украина) (2,4 тыс. км).
Однако трубопровод подойдёт не для всех потребителей. В некоторые страны H2 доставят морем. Пока танкеры для перевозки водорода массово не производят. Первое такое судно, получившее название Suiso Frontier, построила компания Kawasaki Heavy Industries, а спустили его на воду в декабре 2019 года в Кобе (Япония). В марте 2020 года на танкер установили резервуар объёмом 1 250 куб. м, в котором водород будут перевозить в сжиженном состоянии.
В других проектах предполагаются танкеры, схожие по размеру с судами для СПГ, которые в качестве топлива будут сжигать в день примерно 0,2% от перевозимого водорода. Более перспективны в этом отношении танкеры, которые сейчас перевозят сжиженный нефтяной газ (СНГ). В их резервуары можно залить аммиачную и другие подобные смеси водорода. Газовозами доставлять водород дороже, чем по трубопроводам.
Правда, обычно перевозят таким способом в пределах 300 км: дальше становится невыгодно. Развитие автоперевозок водорода будет зависеть от вместимости баков. Теоретически один прицеп со сжатым газообразным водородом может вместить до 1 100 кг в лёгких композитных цилиндрах (под давлением 500 бар). Однако этот показатель редко достигается на практике, поскольку правила во всем мире ограничивают допустимое давление, высоту, ширину и вес цистерн.
Потреблять бензин или солярку грузовику совсем не обязательно — его ДВС может работать на всё том же водороде. Hyundai XCIENT Fuel Cell — первый массовый грузовик на водороде, десять копий которого поставили в 2020 в Швейцарию для коммерческого использования. Заправить такой грузовик можно 32 кг водорода, которые ему хватит примерно на 400 км хода. Источник: Hyundai.news
Второй вариант — автоцистерны со сжиженным водородом, если есть постоянные потребители и объёмы поставки компенсируют расходы на сжижение.
Как видно, экономика автоперевозок зависит от объёма поставок: чем больше требуется водорода, тем более выгодно построить трубопровод. Чем меньше и чем ближе потребитель, тем выгоднее возить водород грузовиками
Итого: сколько стоят путешествия водорода
Прежде чем подвести предварительный итог напомним, во сколько обойдётся производство «зелёного» водорода и при какой цене он станет конкурентоспособным относительно традиционных энергоносителей.
Как видно, с учётом доставки «зелёный» водород на возобновляемых источниках энергии, добытый в Японии, будет дороже импортированного из Австралии или Ближнего Востока. А вот Европа вполне может не зависеть от его поставок из Северной Африки. Источник: International Energy Agency
Более того, мы в Toshiba знаем, как включить в цепь добавленной водородной стоимости новые технологии, которые позволят снизить транспортные издержки.
Как построить водородную цепь добавленной стоимости
Вырисовывается такая картина: в густонаселенных районах Европы и США водород от большого числа местных поставщиков для небольших потребителей в основном будут возить грузовики. Крупные потребители будут получать водород либо по трубопроводам от дальних поставщиков, либо импортировать морем из соседних стран (Латинская Америка для США и Северная Африка с Ближним Востоком — для Европы).
Японии будет сложнее: местный водород будет сравнительно дорогим, поэтому для крупных потребителей возможны поставки морем из стран ближнего и дальнего зарубежья. Правда, водородная энергетика всё-таки будет «демократичнее» углеводородной благодаря доступности возобновляемых источников энергии большому числу потребителей.
В последнем случае конвертировать полученный водород поможет наш генератор на топливных элементах H2Rex, который уже производит электричество и тепло из водорода и воздуха, к примеру, для гостиницы в Кавасаки. Небольшим и удалённым от производства H2 потребителям подойдут мини-электростанции типа нашей H2One. Она вырабатывает водород методом электролиза из воды, который поддерживается встроенной солнечной батареей.
Мы убеждены, что интеграция таких источников и преобразователей энергии в сочетании со строительством водородных электростанций на ВИЭ позволит снизить зависимость потребителей от зарубежных поставок H2, которые могут оказаться для них дорогими.
