Матвеев И.Е. Водородная промышленность США и Канады.
В первом квартале 2021 года германское независимое агентство «Adelphi» опубликовало два научных исследования, посвященных водородной промышленности США и Канады:
- «Водород в США: потенциал, дискурс, политика и трансатлантическая кооперация»;
- «Водород в Канаде: Текущая ситуация, дебаты и потенциал».
Обе работы выполнены в рамках проекта «Содействие энергодиалогу правительства США и правительства штата Калифорния, двустороннему энергетическому сотрудничеству Канады, Австралии и Новой Зеландии» при поддержке Федерального агентства по экономике и экспортному контролю ФРГ (BAFA) и Министерства экономики и энергетики ФРГ (BMWi).
В указанных исследованиях водород подразделяется на три основных типа в зависимости от источника происхождения: «зеленый», «серый» и «голубой». Первый вырабатывается на базе ВИЭ-электроэнергии методом электролиза воды и принимается за климатически нейтральный. Водород, произведенный на основе ископаемых ресурсов без применения технологий улавливания СО2, называется «серым» (основные способы – паровая конверсия метана, газификация углей) и он является наиболее «грязным» с точки зрения выбросов «парниковых» газов. Третий тип водорода вырабатывается из ископаемого топлива с применением технологий улавливания углекислоты с последующим захоронением и/или использованием в производственном цикле. Выпуск «голубого» водорода сопряжен с эмиссией углекислого газа, но она меньше, чем при выработке «серого» водорода.
Работа, посвященная США, содержит пять глав («Водород в США: статус кво», «История дебатов в США до настоящего времени», «Потенциал: производство, стоимость, спрос», «Прогноз: водородная политика и экспорт», «Потенциал кооперации с Германией») и 18 приложений, характеризующих ситуацию в хозяйстве и климатическую политику страны.
В национальной экономике в период с 90-х годов до 2006 г. производство и потребление водорода увеличилось в два раза, в 2016-2016 гг. – еще в три раза по различным причинам, в первую очередь - из-за расширения спроса на нефтепродукты с низким содержанием серы (моторных топлив и других продуктов), что обусловлено ужесточением экологических требований и технических норм (с принятием «Закона о чистом воздухе», прочих актов, стандартов, рекомендаций).
В последние несколько лет в глобальном выпуске водорода удельный вес США находился в пределах 12-16%. В абсолютном выражении производство оценивалось в 10-12 млн. т в основном «серого» газа (77% - путем паровой конверсии метана, 23% - в виде побочного продукта нефтеперерабатывающего сектора). Технологии выработки с использованием ВИЭ-электролизеров находились на начальном этапе внедрения. Потребители водорода - промышленные и нефтеперерабатывающие предприятия. В мировом хозяйстве по производству и потреблению водорода страна занимала второе место после КНР.
В настоящее время в США действуют 80 относительно крупных заводов по производству водорода. Многие из них управляются четырьмя ведущими компаниями отрасли (на коллективной основе): Air Products, Praxair, Air Liquide, BOC Group. В географическом разрезе 40% мощностей находятся в шт. Калифорния, 22% - в Мексиканском заливе (из них в шт. Техас – 9%, шт. Миссисипи – 8%, шт. Луизиана – 4% и шт. Алабама – 1%). Водород поставляется потребителям преимущественно по трубопроводам, некоторым предприятиям - с использованием специальных емкостей. Суммарная протяженность водородопроводов превышает 2,6 тыс. км (как правило, это короткие магистрали по 200-300 км). Суммарная протяженность амиакопроводов (аммиак - носитель для доставки водорода) – около 5 тыс. км.
В начале 2000-х годов усилилось внимание к водороду как перспективному источнику энергии на транспорте. Затем, в условиях расширения добычи сланцевых углеводородов, интерес снизился, объем НИОКР резко сократился.
Отметим, в настоящее время в США эксплуатируются более 25 тыс. единиц специальной техники (вилочных погрузчиков и других изделий) и 8,4 тыс. автотранспортных средств, включая 62 автобуса, оборудованных водородными топливными элементами. По количеству водородных автомобилей США находятся на первом месте в мире (50% соответствующего мирового автопарка). Водород отпускается на 43-х водородонаполнительных заправочных станциях (42 станции находятся в шт. Калифорния).
В 2021 г. руководство США подтвердило участие государства в Парижском соглашении. Правительство объявило о намерении в 2035-2050 гг. достичь углеродной нейтральности в электроэнергетике. Что касается регионов, то 22 штата заявили о планах по снижению на 80-100% выбросов углекислоты к 2050 г. В сложившихся условиях водородная проблематика вновь стала актуальной. Задача по наращиванию выпуска «возобновляемого водорода» (renewable hydrogen) включена в программу инновационного развития, предложенную командой Д. Байдена и К. Харрис.
Для роста производства «голубого» водорода в США имеются необходимые предпосылки: мощная сырьевая база, высокоразвитая промышленная инфраструктура, благоприятные геологические условия, позволяющие строить подземные хранилища большой вместимости. Однако, в этом водородном сегменте сохраняется неопределенность, обусловленная отсутствием стратегических решений правительства в отношении ряда отраслей. Например, остаются неясными перспективы атомной энергетики. Атомная промышленность, являющаяся военно-стратегической, требует развития, несмотря на имеющиеся трудности, но в открытом доступе конкретные планы не представлены. По техническим причинам АЭС способны эффективно участвовать в производстве водорода.
Страна обладает высокоразвитой возобновляемой энергетикой, что является важным фактором, определяющим выработку «зеленого» водорода. Возможности отрасли могут повысится (вероятно, в период после 2030 г.) при условии увеличения стоимости выбросов/квот на выбросы СО2 и проведении политики стимулирования производства/потребления водорода/водородосодержащих продуктов. После принятия законодательных мер и выработки политики в отношении водородного сектора следует ожидать резкое увеличение притока инвестиций во многие отрасли хозяйства. Как следствие, это приведет к расширению суммарной мощности ВИЭ-электролизеров, которые в подобных благоприятных условиях смогут конкурировать с установками, выпускающими другие типы водорода.
Развитие водородной промышленности позволит США не только снизить выбросы СО2 предприятий, но и увеличить экспорт климатически нейтральных топливно-энергетических товаров. Подобная постановка вопроса позволяет посмотреть под другим углом зрения на противоречия, складывающиеся у политиков и экспертов по таким вопросам, как: противодействие изменению климата, стабильное развитие экономики, международные отношения и государственная безопасность. В целом, США пока не осознали выгоды от возможностей, открывающихся при увеличении производства и потребления водорода, водородосодержащей продукции, экспорта экологически чистых товаров и услуг. Например, при реализации политики по достижению климатической нейтральности снижаются риски для вывоза СПГ.
У ФРГ имеются возможности по расширению энергодиалога с США, в ходе которого обсуждаются различные вопросы, включая торговлю энергоносителями. Совместная работа специалистов обоих государств необходима для проведения НИОКР, тестирования водородных технологий в различных секторах промышленности и на транспорте, стандартизации и сертификации, углубления кооперации и формирования новых цепочек создания стоимости, становления центров экспорта водорода и механизмов биржевой торговли. Стороны могут повысить эффективность эксплуатации СПГ-терминалов путем наращивания поставок в Германию сжиженного природного газа из США, а в обратном направлении – «зеленого» водорода. Водородная политика может поддержать развитие ВИЭ-сектора в Северной Америке и странах объединенной Европы, снизить остроту критики проекта газопровода «Северный поток-2». С географической точки зрения для Германии приоритетными регионами США являются северо-восточные штаты, шт. Калифорния и шт. Техас.
Исследование, посвященное Канаде, содержит пять глав («Водород в Канаде», «Канадская стратегия развития водородного сектора», «Разнородные интересы и политика провинций», «Канада как потенциальный экспортер водорода», «Потенциал кооперации с Германией») и семь приложений, характеризующих параметры национального сектора ВИЭ, возможности производителей, потребителей и экспортеров водорода.
В мировом рейтинге производителей водорода Канада замыкает десятку лидеров (3 млн. т в год). На территории страны, в основном в западных провинциях, вырабатывается «серый» продукт из углеводородного сырья путем паровой конверсии метана. Потребителями являются химические и нефтехимические предприятия, производящие аммиак, метанол, нефтепродукты. В энергетике и на транспорте водород используется в незначительных объемах. В Канаде эксплуатируются 180 автотранспортных средств, оборудованных водородными топливными элементами, и две водородонаполнительные станции в провинциях Квебек и Британская Колумбия (данные по состоянию на 2019 г.). На территории страны имеется водородопровод протяженностью 147 км (по этому показателю она занимает 6-е месте в мире).
В 2019 г. в глобальном списке экспортеров Канада находилась на второй позиции после Нидерландов (вывезено 22, 4 тыс. т на сумму 50 млн. евро). Основные внешние потребители - соседние штаты. В относительном измерении указанное количество водорода соответствовало 0,7% национального выпуска и 0,2% внутреннего спроса США.
Местные компании начали развивать водородные технологии в 80-х годах прошлого века. Первым шагом стало создание топливных элементов для транспортных средств. В последующие годы к ним добавились электролизеры, емкости для хранения водорода. Затем национальные научно-исследовательские предприятия сконцентрировались на проблемах применения водорода в различных отраслях промышленности. В конце второго десятилетия наступившего столетия водородные технологии, товары и услуги в основном экспортировались. Крупнейшими покупателями являлись Китай (40% канадского вывоза водородных технологий и устройств), США и ФРГ (соответственно 9% и 8%). На современном этапе Канада является одним ведущих мировых разработчиков и поставщиков топливных элементов для транспортных средств, различных систем и деталей водородонаполнительных станций, оборудования по производству и хранению водорода, промышленных и бытовых устройств, использующих водород.
В последние несколько лет в Канаде ведется реализация нескольких десятков проектов, предназначенных для демонстрации возможностей водородной индустрии и исследовательских целей. Проекты нацелены на создание производств (1) «зеленого» водорода с использованием электролизеров, (2) «голубого» водорода с организацией хранилищ углекислоты, (3) мощностей по переработке природного газа путем многостадийного пиролиза, а также (4) строительство сети промышленных хранилищ водорода и углекислоты. Необходимо отметить также крупный пилотный проект по модернизации одной из региональных систем газоснабжения с целью подачи в газораспределительную сеть смеси метана и водорода.
Научно-технологическая база водородного сектора неуклонно развивается. Исследования ведутся государственными и частными структурами, крупными научно-исследовательскими институтами, университетами (National Research Council of Canada, Hydrogen Research Institute, University of British Columbia, Université du Québec и другими), отраслевыми ассоциациями и небольшими лабораториями. В 2017 г. национальные расходы на НИОКР составили 16,3 млн. евро, что меньше, чем в США, Японии, Китае и Евросоюзе.
Канада поддерживает международные инициативы по противодействию изменению климата. Страна заявила о достижении углеродной нейтральности к 2050 г. В период до 2030 г. предполагается:
1. продолжить развитие системы торговли выбросами СО2,
2. увеличить до 170 кан. долл./т стоимость двуокиси углерода (примерно 116 евро/т),
3. внедрить более жесткие требования к качеству углеводородного топлива,
4. создать хранилища углекислоты в каждой провинции,
5. вывести из эксплуатации угольные электростанции и предпринять ряд других мер.
В декабре 2020 г. опубликована национальная водородная стратегия. В документе приведены два сценария: «Инкрементальный» (пошаговый, базовый) и «Трансформационный» (углеродная нейтральность не достигается). Согласно первому сценарию, в 2050 г. страна может занять третье место в мире по выпуску водорода и обеспечить до 1/3 внутреннего потребления первичной энергии за счет его применения (20,5 млн. т водорода в год), создать 358 тыс. новых рабочих мест, увеличить до 5 млн. количество транспортных средств, оборудованных водородными топливными элементами, обеспечить отпуск водорода конечным потребителям по цене 1,5-3,5 кан. долл./кг (1,0-2,4 евро/кг), расширить до 47 млрд. кан. долл. в год (32 млрд. евро в год) оборот водородного сектора, нарастить экспорт товаров и услуг. Основные направления развития сектора приведены ниже в таблице 1.
Однако, конкретные меры и способы решения соответствующих задач в стратегии не указаны. Предполагается, что производство водорода будет основано на переработке углеводородов с использованием технологий улавливания углекислого газа. Вопросы увеличения ВИЭ-мощностей и создания крупнотоннажных производств, применяющих метод электролиза, намечено обсудить в ближайшей перспективе. В региональном разрезе наиболее активное развитие водородной промышленности (по сути - наращивание выпуска «голубого» водорода) ожидается в газодобывающих провинциях Альберта и Британская Колумбия.
