В 2024 году правительство утвердило концепцию развития водородной энергетики, которую планирует реализовать в течение 2025-2030 годов. Основанием для принятия такого документа стало намерение следовать Стратегии достижения углеродной нейтральности республики до 2060 года. Но насколько реализуема эта задача? И каков в целом на сегодняшний день спрос на водородную энергетику в стране и мире?
Водородная энергия большинством развитых стран мира признана самым подходящим ресурсом для замены ископаемого топлива и перехода на чистую энергию. Страны Европейского союза (ЕС), который является главным торговым партнером и самым крупным импортером нефти Казахстана, одними из первых приняли водородную стратегию, поставив задачу добиться нулевых выбросов благодаря «зеленому» водороду.
Водород – третий по распространенности элемент на поверхности Земли после кислорода и кремния. Он присутствует в составе практически каждого вещества. Однако, чтобы использовать в качестве энергоресурса, его необходимо отделить, а чтобы при этом он был экологически чистым – это необходимо сделать с помощью возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Такая, казалось бы, нехитрая процедура делает водород сегодня очень дорогим топливом, что затрудняет его широкое применение. Тем не менее, многие страны мира заявили об амбициозных планах инвестировать в развитие водородной энергетики и намерены найти технологии, способные удешевить производство и применение «зеленого» водорода. Казахстан решил следовать примеру этих государств.
Почему «зеленый» водород?
Водород – самое распространенное и в то же время уникальное вещество по своим характеристикам. Это чистый энергоресурс, который при использовании в качестве топлива производит только воду. То есть автомобиль или электростанция, работающие на нем, не выбрасывают вредных веществ в атмосферу в процессе выработки энергии, в отличие от использования тех же нефти, газа и угля.
Бывают различные виды водорода, в зависимости от того, каким способом его получили: «серый», «голубой», «желтый», «зеленый» и другие. Но наиболее востребованными являются «голубой» и «зеленый». Первый получают, выделяя водород из природного газа методом паровой конверсии, второй – выводят с помощью электролиза, когда воду при помощи электричества расщепляют на водород и кислород.
Метод получения водорода из метана относительно дешевый. Но он не может быть признан экологически чистым, если не улавливать углерод, выделяемый в процессе разделения. И такой водород уже будет являться «серым». А применение технологии улавливания делает его «голубым» водородом, но уже дорогим из-за стоимости производства. Сегодня в мире около 95% всего водорода производится путем парового риформинга природного газа.
Самый чистый водород – это «зеленый» водород, который получен из воды с использованием электричества, произведенного на солнечных или ветровых электростанциях, то есть без выбросов парниковых газов.
Специалисты консалтинговой компании McKinsey в октябре 2024 года прогнозировали, что спрос на водород к 2050 году вырастет в два-четыре раза. По состоянию на декабрь 2023 года в мире было объявлено о более чем 1400 крупномасштабных водородных проектах, предполагающих $570 млрд прямых инвестиций. Эксперты ожидают, что в Европе водород будет играть значительную роль в декарбонизации.
Получение водорода с помощью ВИЭ – относительно новая технология. Ожидается, что производственные затраты на «зеленый» водород снизятся примерно на 30% к 2030 году, что после 2024 года почти все новые производства будут выпускать «зеленый» или «голубой» водород. McKinsey прогнозирует, что к 2050 году чистый водород может составить от 75% до 90% от общего спроса на водород.
Сейчас он востребован в основном в отрасли производства удобрений и перерабатывающей сфере. Однако в будущем должен стать основным сырьем для выработки энергии, заменив ископаемое топливо, например, для сталелитейной промышленности, на долю которой приходится 8% мировых ежегодных выбросов парниковых газов. Ожидается, что к 2050 году авиация будет обеспечивать до 15% спроса на водородную энергию из-за высокого спроса на синтетический керосин.
Эксперты считают, что водородные двигатели внутреннего сгорания могут представлять собой относительно простой переход от нынешних двигателей внутреннего сгорания – в отличие от моторов, работающих на батареях или топливных элементах. Более того, эти двигатели могут использовать существующие цепочки поставок автомобильной промышленности, производственные мощности, а также навыки и знания ее рабочей силы.
Цепочка создания стоимости водорода является одновременно сложной и капиталоемкой. Причина, по которой водород сейчас не вносит существенного вклада в декарбонизацию, заключается в слишком малых инвестициях. К 2030 году для достижения чистого нуля необходимо дополнительно инвестировать в водород $460 млрд. В частности, около $150 млрд нужно направить в производство чистого водорода, более $165 млрд – в его передачу, распределение и хранение, в разработку инфраструктуры заправки для транспортных средств, строительство трубопроводов для поставок на промышленные предприятия. Еще $145 млрд надо инвестировать в масштабирование его использования, удовлетворение прогнозируемого спроса на водород в различных конечных применениях.
Предполагается, в краткосрочной и среднесрочной перспективе будет легче масштабировать «голубой» водород, а «зеленый» займет большую долю рынка в среднесрочной и долгосрочной перспективе, поскольку он становится всё более экономически жизнеспособным.
При этом водород взрывоопасен, его трудно транспортировать, будь то по трубопроводу или по суше, или по морю. При перевозке он должен быть либо в жидкой форме, либо преобразован в аммиак.
В McKinsey считают, что для последовательного развития зарождающейся отрасли производства чистого водорода потребители, страны и другие участники рынка должны работать сообща. Правительства могут играть ведущую роль в первоначальном развитии водородной экономики как на местном, так и на международном уровне. Это потребует разработки водородных дорожных карт, внедрения правил декарбонизации, применения соответствующей нормативной поддержки.
Таким образом, водородная энергетика в самом начале своего развития. Она нужна, чтобы все отрасли смогли снизить выбросы до нуля, и чтобы предотвратить постоянное потепление планеты. Но также нужна ее всесторонняя поддержка и в первую очередь – государственная.
У нас есть план…
Казахстан поставил цель достичь углеродной нейтральности к 2060 году. Активно развивает зеленую энергетику. С 2014 по 2023 год количество электростанций, работающих на ВИЭ, увеличилось с 26 до 148 единиц, а их мощность – с 177,5 МВт до 2,9 ГВт. В прошлом году возобновляемые источники выработали 7,58 млрд кВт*ч электроэнергии или 6,4% от общей генерации в стране. Есть господдержка проектов ВИЭ. Хотя доля ископаемого топлива в производстве энергии по-прежнему высока. В 2024 году на угле вырабатывалось 66% электроэнергии, на газе – 21,2%.
Авторы концепции (разработана Министерством энергетики РК) считают, что благодаря обилию природных ресурсов и географическому положению Казахстан обладает большим потенциалом для развития водородной энергетики; имеет богатые запасы газа, что дает возможность для производства «голубого» водорода. В то же время они признают, что выпуск водорода методом паровой конверсии метана требует внедрения технологий улавливания и хранения углекислого газа, что делает его дорогим топливом.
Производство водорода с помощью электролиза является еще более затратным. Но «зеленый» водород – это то, что нужно для достижения чистого нуля в выбросах парниковых газов. Хотя для Казахстана и здесь есть свои препятствия, связанные в первую очередь с необходимостью использовать значительные объемы воды. Страна ограничена в водных ресурсах. Большая часть воды поступает из трансграничных рек, таких как Иртыш, Ишим, Урал и Сырдарья, что создает зависимость от соседних стран – России, Китая, Кыргызстана и Узбекистана. При этом вода распределена неравномерно по регионам, из-за чего южные и западные области испытывают ее дефицит. Примерно 70% доступных ресурсов используется для сельского хозяйства, особенно для орошения.
Сейчас мировое научное сообщество активно работает над снижением стоимости технологий для производства «зеленого» водорода. Исследования и разработки направлены на повышение эффективности процессов электролиза, оптимизацию использования ВИЭ и разработку более доступных материалов для оборудования. Эти усилия помогут сделать чистый водород экономически конкурентоспособным и ускорить его масштабное внедрение, ожидают авторы концепции.
В октябре 2022 года правительство подписало инвестиционное оглашение с ТОО «Хайрэйжа Уан», дочерним предприятием шведско-немецкой компании Svevind. Проект на $50 млрд предполагает создание в Мангистауской области центра по выработке 40 ГВт возобновляемой энергии и производству 2 млн тонн «зеленого» водорода или 11 млн тонн аммиака.
Инициаторы проекта хотят построить на берегу Каспия ветровые (27 ГВт) и солнечные (13 ГВт) электростанции. Они будут ежегодно вырабатывать до 120 ТВт*ч электроэнергии, которые используют для производства чистого водорода с помощью электролиза. При этом воду планируется брать из Каспия, опреснять ее и только потом подвергать электролизу.
Предполагается, что практически весь полученный водород будет экспортироваться в Евросоюз. Чтобы было удобнее транспортировать, водород будут преобразовывать в аммиак, перевозить в цистернах до покупателей и уже на месте приемки обратно перерабатывать в водород.
Начало строительства намечено на 2027 год, первые поставки – на 2030, а выход на полную мощность – в 2032.
Авторы концепции считают, что проект позволит стимулировать экономику Казахстана в развитии ВИЭ, производстве низкоуглеродных продуктов переработки, таких как сталь, алюминий, удобрения и цемент, также создаст «зеленые» рабочие места.
Как используется водород
Сейчас в Казахстане водород выпускается в ограниченном количестве и используется в основном в нефтехимической отрасли. На трех крупных нефтеперерабатывающих заводах (НПЗ) производство водорода является частью процесса гидрокрекинга, гидроочистки нефтепродуктов, выпуска высокооктановых бензинов: Атырауский НПЗ выпускает 23,5 тыс. кубометров водорода в час, Шымкентский – 25 тыс., Павлодарский – 37 тыс.
«Производится исключительно «серый» водород, использование которого ограничено технологическими нуждами. Производство «зеленого» или «синего» водорода на 2023-2024 гг. в рамках НПЗ не осуществляется», - сообщили в Минэнерго.
При этом чистый водород может использоваться в металлургической промышленности, заменив кокс и уголь в качестве восстановителя, тем самым снизив углеродную нагрузку.
Авторы концепции полагают, что участие в международных инициативах по развитию водородной энергетики и заключение двусторонних соглашений с другими странами может обеспечить Казахстану доступ к технологиям и инвестициям. При этом нужно разработать соответствующие законы, гарантирующие права инвесторов, изменить ряд действующих норм.
Практически в Казахстане планируется создание новой экспортно-ориентированной отрасли. Цель не только выпускать и продавать «зеленый» водород за границу, но и использовать его чистую энергию на промышленных предприятиях внутри страны, чтобы экспортировать товар, уже освобожденный от углеродного налога, который хотят ввести в ЕС.
Помимо этого, планируется реализовать пилотный проект по внедрению водородного транспорта, который использовался бы в крупных городах, чтобы снизить вредные выбросы. Сложно сказать, насколько удастся масштабировать этот процесс. Мы еще не весь городской общественный транспорт перевели на природный газ, хотя также приняли соответствующую концепцию, поставили задачи и установили целевые индикаторы.
Тем не менее, в концепции по водородной энергетике также обозначены необходимые цели. Так, производство водорода к 2027 году планируется довести до 10 тыс. тонн, к 2029 – 18 тыс., к 2030 – 25 тыс. При этом доля «зеленого» водорода в этом объеме должна быть не менее 50%. Экспортировать должны до 15 тыс. тонн водорода в год к 2030 году.
Также предполагается строительство хранилищ водорода общей емкостью не менее 100 тыс. куб. м, сети водородных заправок, водородопроводов суммарной длинной около 100 км.
При этом сумма инвестиций, которая должна быть привлечена в водородную энергетику к 2030 году, составляет 1 млрд тенге. Хотя надо отметить, что в первоначальном проекте концепции, который был опубликован на сайте «Открытые НПА», говорилось о 5 трлн тенге.
Нужен спрос
В настоящее время Азия является крупнейшим в мире потребителем водорода, и McKinsey прогнозирует, что так будет до 2050 года. В первую очередь это связано со спросом в химической отрасли, а также транспортным и сталелитейным секторами Китая и Индии. В Японии и Южной Корее большая доля спроса на водород, как ожидается, будет поступать от производителей электроэнергии. Регион, вероятно, будет полагаться на импорт водорода из Океании, Северной Америки и Ближнего Востока.
В Европе и США химический сектор также останется значительным драйвером спроса на водород. Ожидается, что значительный вклад в рост спроса внесут производство стали и синтетического топлива.
Аналитики полагают, что к 2050 году на долю «зеленого» водорода будет приходиться до 65% поставок водорода, на «голубой» – до 35%. Прогнозируется, что выпуск «голубого» водорода будет сосредоточен в регионах с обильным и конкурентоспособным по стоимости природным газом, включая Ближний Восток и Северную Америку. Тогда как доля «зеленого» водорода будет выше в регионах с большим количеством возобновляемых ресурсов, таких как Австралия и Пиренейский полуостров.
В обзоре по водородной отрасли за 2024 год Международное энергетическое агентство (МЭА) сообщило, что инвестиции и проекты в области водорода с низким уровнем выбросов растут, но для ускорения развертывания необходимы меры по стимулированию спроса в ключевых секторах, таких как тяжелая промышленность, нефтепереработка и дальние перевозки.
МЭА отмечает, что волна новых проектов демонстрирует сохраняющуюся динамику развития водорода, несмотря на трудности, связанные с неопределенностью в нормативной сфере, постоянным давлением затрат и отсутствием стимулов для ускорения спроса со стороны потенциальных потребителей.
Обзор показывает, что количество проектов, по которым принято окончательное инвестиционное решение, за последние 12 месяцев удвоилось, что к 2030 году позволит увеличить нынешнее мировое производство водорода с низким уровнем выбросов в пять раз. Общая мощность электролизеров, по которым принято окончательное инвестиционное решение, в настоящее время составила 20 ГВт во всем мире.
Если все объявленные проекты будут реализованы, общий объем производства может достичь почти 50 млн тонн в год к концу этого десятилетия. Однако для этого водородный сектор должен будет расти с беспрецедентным совокупным годовым темпом роста более 90% в период с настоящего момента по 2030 год, что значительно превышает темпы роста солнечной энергетики в период ее самых быстрых фаз расширения.
Из более чем 6 ГВт мощностей электролизеров, по которым в прошлом году было принято окончательное инвестиционное решение, на долю Китая приходится более 40%. КНР значительно обгоняет другие страны в плане развития водородной энергетики. На ее долю приходится 60% мировых производственных мощностей электролизеров, что при годовом показателе 25 ГВт значительно превышает средний показатель развертывания в мире.
В остальном мире, несмотря на новые объявления о проектах, установленная мощность электролизеров и объемы «зеленого» водорода остаются низкими, поскольку разработчики ждут ясности относительно государственной поддержки, прежде чем делать инвестиции. Неопределенность относительно спроса и нормативно-правовой базы означает, что большая часть потенциального производства все еще находится на стадии планирования.
В отчете подчеркивается разрыв между целями правительства по производству и спросу. Целевые показатели производства, установленные государствами, составляют в общей сложности 43 млн тонн в год к 2030 году, но целевые показатели спроса составляют всего лишь чуть более четверти от этого, – 11 млн тонн.
Как зарождающийся сектор, водород с низким уровнем выбросов все еще сталкивается с давлением на технологические и производственные издержки, в частности, электролизеры откатываются назад от своего прошлого прогресса из-за высоких цен и узких цепочек поставок. Продолжение снижения издержек зависит от развития технологий, а также от оптимизации процессов развертывания и перехода к массовому производству.
Стоимость «зеленого» водорода по сравнению с «серым» по-прежнему остается высокой. Чистый водород, произведенный с помощью электролиза, в мире в 2024 году стоил в диапазоне от $4 до $12 за килограмм, тогда как водород, выпущенный методом паровой конверсии метана без улавливания углерода – $1 и $2 за кг. BloombergNEF прогнозирует, что к 2040 году «зеленый» водород станет конкурентоспособным и достигнет ценового паритета с «серым» водородом только на двух рынках – в Китае и Индии.
Таким образом, глобально, да и в Казахстане, «зеленая» водородная энергетика в самом начале своего развития, и отрасль не встанет на ноги, если ей не окажут большую поддержку. При этом в последние годы, особенно после энергетического кризиса 2022 года, всё больше звучат голоса о необходимости увеличения инвестиций в добычу углеводородов. Эксперты призывают быть реалистами и постепенно отказываться от ископаемого топлива. Крупнейшие нефтяные компании мира, такие как BP, TotalEnergies меняют стратегию развития и уже хотят не сокращать, а увеличивать расходы на добычу углеводородного сырья. Похоже, пока нефть и газ остаются самыми надежными и наиболее доступными источниками энергии.