Ещё раз про «бирюзовый водород» и «зеленую сталь» 
Наша давняя статья «Водородная сталь, или Всё те же грабли» (от 21 июля 2020 года) негативно оценивала перспективы быстрого развития водородной энергетики и её внедрения в металлургию. И получила множество позитивных оценок читателей.
Но стараниями «зеленых» и малограмотных политиков (недалеко ушедших от Греты Тунберг), а также мировых массмедиа маршрут на карте нарисован однозначно – идея всемирного крестового похода за экологию не угасает.
Невзирая на огромный масштаб изменений, накопившихся в мировой политике и экономике с тех пор, этой весной и в начале лета вновь озвучены десятки инновационных проектов и действий по революционной трансформации черной металлургии, обнуляющей ее углеродные выбросы.
Приведем несколько недавних примеров. Шведская компания H2 Green Steel 8 июня подписала 7-летнее соглашение о покупке электроэнергии у норвежской Statkraft. Сообщается, что контракт на 2 ТВт·ч в год обеспечит энергией электролизер мощностью до 800 МВт, который будет производить «голубой водород» для восстановления железной руды на заводе в Бодене. Завод c 2024 года будет выпускать 2,5 млн т «зеленой стали» стали в год, а к 2030 году H2 Green Steel планирует удвоить мощности.
В тот же день крупнейшая железорудная компания мира, Rio Tinto, подписала соглашение с Salzgitter для участия в проекте «безуглеродистой стали» Salcos в Германии.
ArcelorMittal сообщила, что инвестирует до $100 млн в год в «трансформационные технологии» и инновации, которые могут ускорить декарбонизацию сталелитейного сектора в рамках нового фонда инноваций XCarb, запущенного в конце мая. Право на финансирование фондом получат новые методы производства стали, превращения отходов в газ или биоуглерод, процессы риформинга / преобразования газов, производства водорода, а также улавливания, использования и захоронения углерода (CCUS) и т.п. Напомним, что годом ранее ArcelorMittal обещала 10-летние инвестиции в декарбонизацию объемом $10 млрд.
В США Министерство энергетики 10 июня 2022 года предоставило кредитную гарантию на сумму $504 млн на реализацию крупнейшего в мире проекта по выработке и хранению абсолютно экологически чистого водорода.
Проект под названием Advanced Clean Energy Storage (ACES) приведет к строительству систем электролиза воды мощностью 220 МВт на возобновляемой энергии, которая не сопровождается выбросами углерода. Сообщается, что установка будет способна каждые сутки вырабатывать 100 т водорода и она рекламируется как первый в мире проект подобной мощности (хотя производительность завышена и шведский проект много мощнее).
Для хранения водорода будет организована его закачка в солевые пещеры в штате Юта. Их объем рассчитан на хранение 5500 т водорода. Разработкой занимается компания Mitsubishi Power Americas. Благодаря гарантиям министерства в проект уже привлечено $650 млн, и эта сумма будет увеличиваться. Проект – только часть национальной программы США стоимостью $8 млрд по созданию центров для выработки и хранения водорода.
Еще масштабнее планы китайского государственного нефтяного гиганта Sinopec. Компания планирует запустить свой первый проект по производству экологически чистого водорода в регионе Внутренняя Монголия (город Ордос) в 2022 году. Завод с общим объемом инвестиций 2,6 млрд юаней ($405,6 млн) рассчитан на годовую производственную мощность 20 тыс. т. На первом этапе будет производиться 10 тыс. т водорода при поддержке солнечной электростанции мощностью 270 МВт и ветряной электростанции мощностью 50 МВт.
Sinopec планирует также построить завод по производству «зеленого водорода» мощностью 20 тыс. т в год в городе Кука в северо-западном регионе Китая Синьцзян, работающий от солнечной электростанции мощностью 1000 МВт.
Особо отметим, что поток инновационных проектов по-прежнему нацелен на исключительное использование в производстве водорода, полученного на возобновляемой энергии, т.е. на полный отказ от ископаемого топлива. Хотя альтернативные варианты сокращения выбросов СО2, например с производством «бирюзового водорода», много дешевле и эффективнее (см. вкладку «Радуга водородных технологий»).
Тем временем ситуация с главной надеждой «зеленых» политиков – мировой энергетикой – к весне 2022 года существенно изменилась. Металлургия, как энергоемкое производство, всегда следовала за ценами на энергоносители. Но сейчас взлет цен на природный газ, нефть и уголь стал беспрецедентным (рис. 1).
Причем проблема здесь не столько в санкциях против России, сколько в резком спаде инвестиций в разведку и добычу ископаемых видов топлива (как крайне неэкологичные и бесперспективные источники энергии), о чем мы писали в статье двухлетней давности.
А возобновляемые источники энергии – ветровые и солнечные электростанции – в 2021–2022 годах не раз и не два подводили потребителей. Приемлемых технологий хранения энергии по ночам и в безветренную погоду в мире нет и в ближайшие десятилетия не будет. Крупнейшие проекты по производству и хранению водорода (которые еще предстоит реализовать) по накопленной энергии эквивалентны нескольким ж/д составам с углем – не более того. А вопрос экономичной и надежной транспортировки водорода на большие расстояния вообще не вышел из стадии научных исследований.
Итог дня – полномасштабный энергетический кризис во многих регионах мира, особенно в «экологически продвинутом» Евросоюзе.
В Германии, например, среднесуточные цены на электроэнергию составили в 2021 году €96,81 за мегаватт-час, что было самым высоким годовым уровнем за всю историю. В текущем году на 31 мая биржевые цены Epex Spot взлетели почти вдвое, до €179,4. А фьючерсы для базового контракта на 2023 год на бирже EEX выросли до €240 за мегаватт-час, причем конца росту цен на электроэнергию не предвидится.
Западные политики уже призывают экономить тепло и электричество, обещая сдерживать тарифы для населения. Однако промышленному сектору Европы и ряда бедных стран придется совсем несладко. При этом себестоимость любых индустриальных проектов, включая экологичные, увеличивается в несколько раз. Среди них – и проекты масштабного перевода мировой металлургии на безуглеродную технологию.
По предварительным оценкам «Северстали», озвученным в декабре 2021 года, российской металлургии потребуется порядка 10 трлн рублей (около $135 млрд) для перевода производства 70 млн т стали в год, как сейчас, на технологию прямого восстановления железа из железорудного сырья с помощью водорода. В сущности – на прямой аналог существующего производства DRI/HBI c использованием природного газа.
Отмечалось, что при этом «где-то должны возникнуть» примерно 110 ГВт «зеленой» электроэнергии, которые позволили бы переплавить это сырье в сталь. При этом на 1 января 2021 года общая установленная мощность электростанций ЕЭС России составляла 246 ГВт.
По прошлогодним оценкам НЛМК, для «новой металлургии» в стране нужно построить около 100 ГВт новых возобновляемых источников электроэнергии, что почти в 33 раза больше текущего объема. Для стабильной работы энергосистемы придется также ввести еще 50 ГВт традиционной генерации. Объем инвестиций в строительство этих объектов составит примерно $50 млрд.
Специалисты отмечают, что есть дополнительные расходы на очистку водородного сырья (воды), оборот электролизных химреактивов, решение труднейшей проблемы транспортировки водорода и т.п., которые пока оценены недостаточно детально.
В итоге можно говорить о затратах на водородную металлургию и энергетику России на уровне $200 млрд. Или о глобальных затратах более $5 трлн, причем растущих буквально на глазах ввиду явной и общемировой инфляции.
Естественно, что при всех разговорах об экологии металлургии и «зеленой стали» никто на подобные расходы не идет. Сумма затрат развитых и прочих стран на различные исследования и пилотные проекты не достигает даже 1% нужных инвестиций. Более того, достаточных для получения значимого результата вложений в водородную металлургию нет ни в ближайших, ни в дальнесрочных планах. Зато более чем достаточно обещаний внедрения безуглеродных технологий.
Россия в прошедшие годы не могла остаться в стороне от прогрессивной тенденции. Тем более что ее стальной экспорт попадал под углеродный налог ЕС, оцениваемый в $314 млн в год.
Однако наши специалисты (как и китайские) реально оценивали ситуацию с огромным объемом требуемых инвестиций, а также то, что использование водорода приведет к росту себестоимости производства стали в 3–4 раза. «Не думаю, что в среднесрочной перспективе будут найдены экономически оправданные решения по безуглеродной технологии производства стали», – говорил полгода назад гендиректор «Северстали» Александр Шевелев.
Больший энтузиазм вызывали водородные технологии у его основного производителя в России – компании «Газпром». На его предприятиях в настоящее время ежегодно вырабатывается более 350 тыс. т «серого водорода» и водородосодержащего (до 80%) газа, который используется для получения различных видов продукции или сжигается.
«Газпром» считает много более эффективным, т.е. перспективным, поэтапное сокращение выбросов углерода в промышленности. Во-первых, благодаря расширению применения природного газа вместо угля в металлургии, что сразу дает 25%-й эффект. Далее – за счет более активного применения водородообогащенных смесей (на существующей инфраструктуре) с эффектом более 50%. И наконец, благодаря экономичному производству «бирюзового водорода» паровым риформингом (с улавливанием углекислого газа) или пиролизом (с улавливанием углерода), что дает почти 100%-й эффект по выбросам. Причем реально и в обозримые сроки это достижимо при наличии соответствующих (все равно немалых) инвестиций.
При этом наши власти углядели в водороде немалый экспортный потенциал, и в августе 2021 года распоряжением правительства РФ была утверждена Концепция развития водородной энергетики в РФ. В зависимости от темпов декарбонизации мировой экономики и роста спроса на водород на международном рынке потенциальные объемы экспорта Н2 из России оцениваются до 200 тыс. т в 2024 году, от 2 млн до 12 млн т в 2035 году и 15–50 млн т в 2050 году, полагают в правительстве.
В октябре прошлого года правительство РФ и «Газпром» подписали Соглашение о намерениях в целях развития высокотехнологичной области «Развитие водородной энергетики и декарбонизация промышленности и транспорта на основе природного газа».
В ноябре 2021 года «Газпром» опубликовал дорожную карту мероприятий по достижению этих грандиозных планов. Но жизнь (начало специальной военной операции на Украине) внесла в наши и западные планы буквально катастрофические изменения. Санкции и наши ответные действия обрушили как мировой рынок энергоносителей, так и европейский рынок электроэнергии.
Европейская металлургия получила резкий рост затрат и предельное снижение рентабельности, невзирая на заоблачные цены. Обещанные (и категорически недостаточные) инвестиции в «зеленую сталь» все больше напоминают рекламную кампанию. Нужно только закрыть глаза на источники электроэнергии и использовать металлолом – далее можно сообщать о первом в мире «зеленом грузовике» и т.п. А фактически в ЕС уже прорабатывают вопрос оживления АЭС и угольных электростанций, ищут дрова на зиму и запасаются теплой одеждой. В западной экологической моде делается не просто шаг, а огромный прыжок назад.
России на этом рынке делать нечего ни сейчас, ни в перспективе. Этот «праздник жизни» совсем не наш.
Радуга водородных технологий
Ввиду большого разнообразия способов и технологических цепочек производства водорода, для краткости описаний в ЕС, а далее и во всем мире принята их стандартная цветовая классификация (см. таблицу).
Рассмотрим чуть подробнее основных представителей этой разноцветной таблицы. Коричневый, или бурый, водород – продукт паровоздушной газификации или риформинга угля, включая низкотемпературный подземный процесс прямо на угольных месторождениях. Сравнительно недорог, но нестабилен по составу выходящего синтез-газа (CO, H2, СО2, CH4) и примесей (водяного пара, воздуха, углеводородов и сероводорода). В конечном итоге при любых видах переработки и использования крайне неэкологичен.
Основное производство водорода в мире (более 70 млн т «серого водорода» в год) идет по схожей технологии парового риформинга природного газа, преимущественно состоящего из метана (CH4). При отлаженной технологии выход чистого водорода стабилен и превышает 65%. Однако для рассматриваемых целей дополнительно необходим процесс улавливания оксидов углерода (CCS), который вдвое увеличивает конечную стоимость уже «голубого водорода» (до уровня $3–3,5 за кг).
Еще более эффективен процесс пиролиза (высокотемпературного разложения) природного газа без доступа кислорода. Побочным продуктом процесса является легкоулавливаемый твердый углерод (сажа), а основным – особо чистый «бирюзовый водород». Выбросы углекислого газа при этом полностью отсутствуют.
Технологически у процесса пиролиза есть перспективы наращивания мощности и эффективности, например плазменными технологиями, что снижает инвестиционные затраты и себестоимость водорода до уровня около $2 за кг.
«Зеленый водород», производимый методом электролиза воды за счет возобновляемых источников энергии (солнечной и ветровой), имеет высокую себестоимость (на уровне $5–10 за кг) и высокие инвестиционные затраты. Предлагаемые западными «специалистами» методы укрупнения производств водорода и приближения наиболее мощных из них (1 ГВт и более) к источникам энергии не выдерживают никакой критики. Вопрос дальней транспортировки водорода к потребителям очень дорог и не решен технологически.
В целом отметим, что вопрос рентабельности и перспектив различных видов производства водорода остается крайне политизированным. Поставленные Западом экологические цели – снижения выбросов углекислого газа для торможения глобального потепления – подменены в последние годы другой целью. Это полный отказ от ископаемого топлива, крайне болезненный для России, Китая и многих других развивающихся стран. «Бирюзовый водород» буквально игнорируется, а проблемы «зеленого водорода» преуменьшаются и замалчиваются. |
