ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И МИРОВОЙ ЭНЕРГОПЕРЕХОД Текст научной статьи по специальности «Экономика и бизнес»

Водородная энергетика и мировой энергопереход

Попадько Наталия Владимировна,

к.т.н, доцент кафедры стратегического управления ТЭК Российского государственного университета нефти и газа (национального исследовательского университета) имени И.М. Губкина, [email protected]

Рожнятовский Григорий Игоревич,

студент факультета международного энергетического бизнеса Российского государственного университета нефти и газа (национального исследовательского университета) имени И.М. Губкина, [email protected]

Дауди Дауддин Ильясович,

студент факультета химической технологии и экологии Российского государственного университета нефти и газа (национального исследовательского университета) имени И.М. Губкина, [email protected]

Снижение выбросов парниковых газов (для решения климатических проблем), обеспечение будущих поколений доступной и «чистой» энергией (не оказывающей негативного воздействия на мировую экосистему) являются основными задачами мирового энергетического перехода. Решение указанных задач, носящих глобальный характер, возможно путем перехода к низкоуглеродной экономике, за счет развития энергетических систем в сторону повышения их энергоэффективности, увеличения доли возобновляемой энергетики, сокращения использования традиционных видов топлива и развития инновационных технологий.

Процесс энергетического перехода, затормозив свое движение в начале пандемии ^УЮ-19, восстанавливает свои позиции в мировой энергетике[1]. К процессу декарбонизации подключаются все больше и больше стран мира. Подобная тенденция прослеживается и на корпоративном уровне: практически все нефтегазовые мейджеры, в том или ином виде, принимают и реализуют стратегию углеродной нейтральности. Одним из активно развиваемых направлений глубокой декарбонизации является развитие водородной энергетики. Ключевые слова: энергопереход, углеродная нейтральность, водородная энергетика, энергетический сектор, диверсификация, традиционные энергоресурсы.

на традиционные энергоре-

возобновляемых источников

Достижение углеродной нейтральности возможно при реализации различных подходов, таких как: повышение операционной эффективности; повторное использование вторичных энергетических ресурсов; повышение энергоэффективности; монетизация метана и попутного нефтяного газа; переход на возобновляемые источники энергии; диверсификация активов; применение углеродных кредитов; инвестиции в лесопользование; внедрение технологий улавливания, утилизации и хранения (захоронения) углерода; переход на водородное топливо [2].

Водородная энергетика стремительно набирает популярность на фоне современных тенденций. Основными драйверами всеобщего водородного интереса выступают:

— необходимость обеспечения углеродной нейтральности;

— снижение спроса сурсы;

— увеличение доли энергии;

— активное развитие транспортной инфраструктуры;

— развитие технологий;

— освоение космоса (в ракетных двигателях используются водородное топливо) и др.

Вопросы развития водородных технологий или перехода к водородной энергетике входят в энергетические стратегии практически всех стран мира. Несмотря на единство интереса, в вопросах реализации перехода к водородной энергетике нет аналогичного единства. В статье предлагается оценить возможности реализации каждого из известных на сегодняшний день типов водорода и выделить наиболее оптимальный для мировой и российской энергетики.

Известно несколько типов водорода: «серый», «голубой» (синий), «зеленый» и «жёлтый» (оранжевый). Каждый из этих видов водорода отличается, в первую очередь, методом производства [3].

«Серый» водород производят из углеводородного сырья: угля, нефти и природного газа (без применения технологии улавливания или захоронения углекислого газа, который образуется в ходе производства водорода). «Голубой» водород получают путём конверсии или пиролиза метана в комбинации с технологиями по улавливанию и хранению углекислого газа (CCUS). «Жёлтый» и «зелёный» водород получают путём электролиза воды, однако, в случае с «жёлтым» водородом в качестве источника энергии для электролиза используется атомная энергия, а в случае с «зелёным» водородом - энергия, получаемая из возобновляемых источников энергии (ВИЭ).

На сегодняшний день производство «зелёного» водорода в России не рассматривается как перспективное из-за слабо развитого сектора ВИЭ. В случае реализации сценарного плана производства «зелёного» водорода в России необходимо будет создать практически с

X X

о

го А с.

X

го т

о

ю

2 О

м

см

0

см ^

01

о ш т

X

3

<

т О X X

нуля производственным сектор, направленный на получение «чистой» энергии, что делает процесс производства «зеленого» водорода необоснованно длительным, трудоемким и экономически нецелесообразным, что в конечном итоге приведет к потере потенциальных рынков сбыта. Даже в случае оптимистичного сценария развития сектора возобновляемой энергетики (Рисунок 1) в России будет не хватать производственных мощностей ВИЭ для реализации требуемого потенциальным импортёрам объёма производства зелёного водорода.

Мировой спрос на «зеленый» водород к 2030 году по базовому сценарию составит 100 млн тонн (Рисунок 2), а максимальные производственные мощности «зелёного» водорода (при условии, что вся производимая «зеленая» энергия будет направлена на производство водорода) не будут соответствовать потенциальному спросу, таким образом, дефицит производства и отсутствие перспективы формирование олигополии на экспортном рынке водорода очевидны.

Стоит учесть, что при производстве «зелёного» водорода его стоимость будет примерно в два раза выше стоимости водорода конкурентов (4,5$/кг против 1,2-2,5$/кг) [4].

Рисунок 1 - Оптимистичный сценарий развития ВИЭ в России на период до 3035 года. Источник: [5]

Рисунок 2 - Прогноз потребления чистого водорода различными отраслями в мире (млн т) Источник: [6]

Наиболее конкурентоспособными и перспективными направлениями развития российской водородной энергетики являются 3 основных сценария: первый сценарий - развитие «серого» водорода; второй сценарий - развитие «желтого» водорода; третий сценарий - развитие «синего (голубого)» водорода.

Развитие «серого» водорода в России оптимально с точки зрения ресурсоэффективности и экономической выгоды из-за низкой себестоимости конечного продукта на сегодняшний день, однако, в производстве «серого» водорода используются традиционные углеводороды, следовательно, такое производство будет противоречить мировому экологическому тренду, что может вызвать целый ряд негативных эффектов, таких как: санкции; ухудшение инвестиционного климата; снижение уровня иностранных инвестиций; потери перспективных рынков сбыта.

Следующей проблемой для производства «серого» водорода является высокая конкуренция на рынках сбыта. Поскольку производство серого водорода является экономически эффективным, многие страны, уровень экологической ответственности и эффективности которых пока недостаточно высок, готовы развивать сектор производства «серого» водорода. Одной из таких стран является Китай (индекс экологичности КНР равен 65,10, страна занимает 109 из 180 место в экологическом рейтинге) [7]. Россия может конкурировать на Европейском рынке с Китаем из-за развитой логистической системы, однако, рынок АТР скорее всего будет потерян из-за географической близости Китая. Россия сможет конкурировать на рынках отдельных стран с Китаем, потому что себестоимость производства «серого» водорода в Китае и России примерно одинаковая (1,8$/кг у Китая и 1,1$/кг у России [4]), при этом стоимость транспортировки с учетом логистики у России в страны АТР будет намного выше из-за предполагаемого местоположения основных производственных мощностей.

Однако, говоря о ценообразовании, необходимо учесть ещё одну проблему. Как отмечалось раньше, производство «серого» водорода является недостаточно экологичным, вследствие чего, таможенные пошлины на импорт такого водорода будут высокими. Скорей всего эта мера будет применяться в основном в ЕС [8], поскольку они заинтересованы в производстве собственного, «зелёного» водорода и нацелены на сокращение импорта энергоресурсов. Из-за системы углеродного регулирования стоимость «серого» водорода перестаёт быть конкурентоспособной, а учитывая общественное мнение и экологоориентированность европейских покупателей спрос на данный энергоресурс может стать отрицательным.

Стоит рассмотреть ещё одну деталь производства «серого» водорода, в качестве основного ресурса используются традиционные углеводороды, себестоимость добычи которых растёт (Рисунок 3), потому что легкодобываемые запасы в России со временем исчерпываются. Следовательно, цена конечного продукта будет постоянно возрастать, особенно в том случае, если в качестве сырья для производства будет использоваться нефть. Однако, всё ещё остаётся возможным производить «серый» водород из газа, но в этом случае, стоит сравнить плюсы и минусы «голубого» водорода.

16000 14000 12000 10000 8000 6000 4000 2000 0

с^*

С^ С^ С^ ^ .Л? .сч*

^ 1, ^ г г т г г г т

Нефть

Уголь

Рисунок 3 - Себестоимость добычи нефти (руб/т) и себестоимость добычи угля (руб/т) Источник: Росстат, [9]

Изучив все аспекты, можно сделать следующее заключение, развитие «серого» водорода, не является целесообразным направлением для России, что обусловлено целым рядом факторов:

— высокие геополитические риски из-за низкой эко-логичности производства;

— конкуренция с Китаем;

— риск потенциального роста стоимости производства из-за роста себестоимости первичного сырья.

— высокая стоимость конечного продукта (из-за углеродного регулирования);

— отсутствие перспектив по формированию водородного лидерства на основных рынках сбыта, отсутствие спроса на неэкологичный продукт.

Таким образом, данный сценарий развития водородной энергетики не является оптимальным, все вышеперечисленных вызовы могут привести к значительным экономическим потерям российского экспорта, особенно в том случае, если будет происходит замещение уже существующих производственных мощностей углеводородной энергетики на производственные мощности по производству «серого» водорода.

Ключевым преимуществом «жёлтого» водорода является то, что процесс производства не сопровождается выбросами парниковых газов (СО2), поскольку водород получают путём электролиза воды с использованием атомной энергии (атомных электростанций, АЭС). Основными экономическими и производственными рисками получения «желтого» водорода являются:

— высокий уровень теплового загрязнения;

— высокие эксплуатационные расходы;

— дорогостоящий ремонт АЭС.

Следствием этих факторов является высокая себестоимость сырья (атомной энергии) для производства «жёлтого» водорода, что негативно сказывается и на стоимости конечного продукта [10].

«Жёлтый» водород является российской разработкой, которую планирует реализовать корпорация «Роса-том» к 2024 году. Следовательно, оценить перспективы,

анализируя потенциальный рынок «жёлтого» водорода (как это было с «серым» водородом), не представляется возможным, однако, можно оценить перспективы данного вида продукта на мировых энергетических рынках, сравнивая его с «зелёным» водородом, так как принцип получения конечного продукта схож, за исключением использования первичного источника энергии.

«Зелёный» водород характеризуется высокой себестоимостью (по сравнению с водородными конкурентами), которая составляет 4,5$/кг, а стоимость «жёлтого» водорода будет ещё более высокой, потому что атомная энергия дороже энергии, получаемой с помощью ВИЭ (Рисунок 4). Также, нельзя не отметить, что атомная энергия становится дороже с каждым годом, тогда как ВИЭ - дешевле.

Европа и Азия как наиболее перспективные рынки сбыта, вряд ли будут заинтересованы в импорте такого дорого ресурса, несмотря на его высокую экологич-ность. На европейском рынке возникает высокая конкуренция России и водородных инициатив государств Европы. Рассматривая водородные стратегии различных европейских стран, было выявлено 5 основных конкурентов: Германия, Франция, Нидерланды, Португалия и Норвегия (Таблица 1).

400

350

300

250

200

150

100

50

2009 2010 2011 2012 2013 2014 2015 2016 2017

Солнце

Ветер

Атом

Рисунок 4 - Сравнение стоимости видов энергии, долл.

США/МВт*ч

Источник: [10]

Каждая из этих стран нацелена на формирование собственного сектора водородной энергетики и планирует производить «зелёный» водород, который является более конкурентоспособным по ценовому фактору, чем «жёлтый». Помимо этого, логистические возможности этих стран конкурентоспособны с российскими.

Рассматривая азиатский рынок, необходимо учитывать конкуренцию с «серым» и «голубым» водородом, поскольку цена этих энергоресурсов ниже, чем «жёлтого» водорода.

X X

о

го А с.

X

го т

о

ю

2 О

м

0

3

<

m о x

X

Таким образом, развитие «жёлтого» водорода в России возможно при нивелировании следующих рисков:

— высокая стоимость конечного продукта;

— потенциальный рост стоимости первичного энергоресурса;

— высокая конкуренция на европейском рынке;

— высокая конкуренция на рынках АТР.

Таблица 1

Наименование страны Название стратегии Конечная цель Финансирование

Германия Национальная водородная стратегия 2020 года • Достижение климатической нейтральности; • Ориентация на импорт и внутреннее производство «зелёного» водорода; • Основное применение на транспорте и в промышленности 1,4 млрд евро (1,7 млрд долл. США) в 20162026 годах на инновации; 1,1 млрд евро (1,3 млрд долл. США) в 20202023 годах на R&D и трансфер технологий; 9 млрд евро (10,6 млрд долл. США) — План восстановления

Франция Национальная стратегия развития «чистого» водорода 2020 года • Достижение климатической нейтральности; • Расширение мощностей электролиза и внутреннее производство «зелёного» водорода; • Основное применение на транспорте и в промышленности 7,2 млрд евро (8,5 млрд долл. США) до 2030 года — План восстановления

Нидерланды Государственная стратегия по водороду 2020 года • Достижение климатической нейтральности; • Расширение мощностей электролиза и внутреннее производство «зелёного» водорода, в т.ч. с использование CCS; • Укрепление роли энергетического хаба 35 млн евро (41 млн долл. США) ежегодно с 2021 года для «зеленого» водорода

Португалия Национальная водородная стратегия 2020 года • Достижение климатической нейтральности 7 млрд евро (8,3 млрд долл. США) до 2030 года — инвестиции

Норвегия Водородная стратегия 2020 года • Достижение климатической нейтральности; • Расширение мощностей электролиза и внутреннее производство «зелёного» водорода, в т.ч. с использование CCS; • Основное применение на транспорте и в промышленности 120 млн крон (13 млрд долл. США) — План восстановления

По оценке экспертов, примерная себестоимость «голубого» водорода варьируется от 1,5$/кг до 2$/кг[11]. Эта стоимость позволяет конкурировать, как и на европейском рынке, так и на рынке АТР.

Россия заинтересована в производстве «голубого» водорода, поскольку по-прежнему является лидером по доказанным запасам природного газа (19,1% мировых запасов на 2019 год [11]), следовательно, в долгосрочной перспективе Россия сможет стать лидером по производству «голубого» водорода на мировых энергетических рынках.

Помимо этого, такое производство является не только экономически выгодным, но и экологичным, что влечёт за собой целый ряд положительных последствий:

— соответствие России мировым трендам;

— улучшение инвестиционного климата в стране;

— привлечение иностранного капитала;

— высокий экономический эффект.

Развитие «голубого» водорода поможет справиться ещё с одной серьёзной проблемой. Россия является лидером по экспорту газа (Рисунок 5), однако, цена на природный газ снижается (Рисунок 6) и Россия теряет потенциальные для реинвестирования средства. С помощью развития дополнительного экспортного сектора (в виде «голубого» водорода), можно решить эту проблему.

Африка Ближний Восток Остальное СНГ Россия Европа Центральная и Южная... Остальная Северная.

США

0 50 100 150 200 250 300

Рисунок 5 - Страны экспортеры газа в 2019 году, млрд куб3 Источник: [12]

Источник: [6]

Ключевым преимуществом «голубого» водорода является то, что производится он из природного газа, следовательно, такое производство более экологично, чем производство «серого» водорода, при этом, в исследуемой в рамках статьи схеме происходит утилизация монооксида углерода (СО), а, следовательно, «голубой» водород может конкурировать и с «зелёным», и с «жёлтым» по экологическим критериям.

Рисунок 6 - Изменение стоимости природного газа за 20192020 год, долл. США/м3 Источник: [13]

Следует отметить, что развитие «голубого» водорода перспективно для России по целому ряду факторов:

— относительная низкая себестоимость производства, высокий экономический эффект;

— высокая ресурсоэффективность производства;

— высокая конкурентоспособность на мировых энергетических рынках;

— отсутствие рисков, связанных с высокой затоваренностью на внутренних рынках Европы и нехваткой спроса;

— отсутствие штрафов и дополнительного налогообложения из-за экологичности производства.

В заключение, следует отметить, что каждый из представленных типов водорода - «серый», «желтый», «голубой», «зеленый» может быть актуален в различные временные периоды. На сегодняшний день, по нашей оценке, наиболее актуальным для российского рынка является «голубой» водород, однако, для развития водородной энергетики важна диверсификация энергетического сектора, так как производство сразу нескольких типов водорода сможет позволить активно развивать отрасль и обеспечит конкурентоспособность предлагаемых ресурсов на мировых энергетических рынках. Другой особенностью является то, что на сегодняшний день технологии по производству водорода развиты слабее по сравнению с иными энергетическим конкурентам, что свидетельствует о возможной перспективе удешевления конечного продукта и оптимизации производственных цепочек.

Россия обладает значительной ресурсной базой и высоким энергетическим потенциалом, научным заделом в сфере производства, транспортировки и хранения водорода, а также наличием действующей транспортной инфраструктуры, что в комплексе является конкурентными преимуществами по развитию водородной энергетики в условиях мирового энергоперехода.

Литература

1. Коронакризис: влияние COVID -19 на ТЭК на энергетику мира и России/ Центр энергетики МШУ СКОЛКОВО [Электронный ресурс]. URL: SKOLKOVO_EneC_COVID19_and_Energy_sector_RU.pd f (дата обращения: 12.02.2021).

2. Декарбонизация нефтегазовой отрасли: международный опыт и приоритеты/ Центр энергетики МШУ СКОЛКОВО [Электронный ресурс]. URL: https://energy.skolkovo.rU/downloads/documents/SEneC/R esearch/SKOLKOVO_EneC_Decarbonization_of_oN_and_ gas_RU_22032021.pdf (дата обращения: 02.04.2021).

3. Попадько Н.В., Панков С.В., Попадько А.М. Водородная энергетика: этапы развития, проблемы и перспективы //Инновации и инвестиции. - 2020. - №1. - С. 293-296.

4. Кристалинская С. Водород: эпоха возрождения? [Электронный ресурс]. URL: ttps://oilcapital.ru/article/general/10-09-2020/vodorod-epoha-vozrozhdeniya(дата обращения: 01.03.2021).

5. Ланьшина Т. Прогноз развития ВИЭ в России до 2035 года. [Электронный ресурс]. URL: https://www.iep.ru/files/Nauchniy_vestnik.ru/9-2019/40-47.pdf (дата обращения: 01.03.2021).

6. Водородная энергетика. Энергетический бюллетень [Электронный ресурс]. URL: https://ac.gov.ru/uploads/2-

Publications/energo/energo_oct_2020.pdf (дата обращения: 01.03.2021).

7. Рейтинг стран по уровню экологической эффективности [Электронный ресурс]. URL: https://gtmarket.ru/news/2016/01/29/7292 (дата обращения: 01.02.2021).

8. Водород у ворот. Как Россия пытается выйти на новый рынок. [Электронный ресурс]. URL: https://www.kommersant.ru/doc/4521376(дата обращения: 01.02.2021).

9. Рынок бурого угля. Текущая ситуация и прогноз [Электронный ресурс]. URL: https://alto-group.ru/new/519-rossiya-uveNchivaet-obemy-dobychi-burogo-uglya-v-2015-godu.html (дата обращения: 01.02.2021).

10. Атомная энергетика: слишком дорого и опасно [Электронный ресурс]. URL: http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=arti cle&sid=8713(дата обращения: 11.02.2021).

11. Источник с нулевым выбросом. Россия выходит на мировой рынок водорода [Электронный ресурс]. URL: https://rg.ru/2020/11/25/rossiia-vyjdet-na-mirovoj-rynok-vodoroda.html (дата обращения: 01.03.2021).

12. BP statistical review. Statistical Review of World Energy,2020 [Электронный ресурс]. URL: https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2020-full-report.pdf (дата обращения: 01.03.2021)

13. Dutch TTF Gas Futures[Электронный ресурс]. URL: https://www.theice.com/products/27996665/Dutch-TTF-Gas-Futures/data?marketId=5285046&span=3(дата обращения: 01.03.2021).

Hydrogen energy and the global energy transition

JEL classification: H87, F02, F15, F29, F40, F42, F49_

Popadko N.V., Rozhnyatovsky G.I., Daudi D.I.

Gubkin Russian State University of oil and gas (National Research University) Reducing greenhouse gas emissions (to solve climate problems), providing future generations with affordable and "clean" energy (which does not have a negative impact on the global ecosystem) are the main tasks of the global energy transition. The solution of these global challenges is possible through the transition to a low-carbon economy, through the development of energy systems in the direction of increasing their energy efficiency, increasing the share of renewable energy, reducing the use of traditional fuels and the development of innovative technologies. The energy transition process, having slowed down at the beginning of the COVID-19 pandemic, is regaining its position in the global energy sector [1]. More and more countries of the world are becoming involved in the process of decarbonization. A similar trend can be traced at the corporate level: almost all oil and gas majors, in one form or another, adopt and implement a carbon neutrality strategy. One of the actively developing areas of deep decarbonization is the development of hydrogen energy. Keywords: energy transition, carbon neutrality, hydrogen energy, energy

sector, diversification, traditional energy resources. References

1. Coronacrisis: the impact of COVID-19 on the fuel and energy sector on the energy sector of the world and Russia/ Center for Energy of the Moscow State University SKOLKOVO [Electronic resource]. URL: SKOLKOVO_EneC_COVID19_and_Energy_sector_RU. pdf (accessed: 12.02.2021).

2. Decarbonization of the oil and gas industry: international experience and priorities/ Energy Center of the Moscow State University SKOLKOVO [Electronic resource]. URL: https://energy.skolkovo.ru/downloads/documents/SEneC/Research/SK OLKOVO_EneC_Decarbonization_of_oil_and_gas_RU_22032021.pdf (accessed: 02.04.2021).

3. Popadko N. V., Pankov S. V., Popadko A.M. Hydrogen energy: stages of development, problems and prospects //Innovations and Investments. - 2020. - No. 1. - pp. 293-296.

4. Kristalinskaya S. Hydrogen: The Renaissance? [Electronic resource]. URL: ttps: / / oilcapital. ru/article/general/10-09-2020/vodorod-epoch-vozrozhdeniya (accessed: 01.03.2021).

5. Lanshina T. Forecast of RES development in Russia until 2035. [Electronic resource]. URL: https://www.iep.ru/files/Nauchniy_vestnik.ru/9-2019/40-47.pdf (accessed: 01.03.2021).

6. Hydrogen energy. Energy Bulletin [Electronic resource]. URL: https://ac.gov.ru/uploads/2-Publications/energo/energo_oct_2020.pdf (accessed: 01.03.2021).

7. Rating of countries on the level of environmental efficiency [Electronic resource]. URL: https://gtmarket.ru/news/2016/01/29/7292 (accessed: 01.02.2021).

8. Hydrogen at the gate. How Russia is trying to enter a new market. [Electronic resource]. URL: https://www.kommersant.ru/doc/4521376(accessed: 01.02.2021).

X X

о го А с.

X

го m

о

ю

2 О

м

9. Brown coal market. Current situation and forecast [Electronic resource]. URL: https://alto-group.ru/new/519-rossiya-uvelichivaet-obemy-dobychi-burogo-uglya-v-2015-godu.html (accessed: 01.02.2021).

10. Nuclear power: too expensive and dangerous [Electronic resource]. URL:

http://www.proatom.ru/modules.php?name=News&file=article&sid=871 3 (accessed: 11.02.2021).

11. Zero-emission source. Russia enters the world market of hydrogen [Electronic resource]. URL: https://rg.ru/2020/11/25/rossiia-vyjdet-na-mirovoj-rynok-vodoroda.html (accessed: 01.03.2021).

12. BP statistical review. Statistical Review of World Energy,2020 [Electronic resource]. URL: https://www.bp.com/content/dam/bp/business-sites/en/global/corporate/pdfs/energy-economics/statistical-review/bp-stats-review-2020-full-report.pdf (accessed: 01.03.2021)

13. Dutch TTF Gas Futures [Electronic resource]. URL: https://www.theice.com/products/27996665/Dutch-TTF-Gas-Futures/data?marketId=5285046&span=3(accessed: 01.03.2021).

CS

0

CS

01

O HI

m

X

3

<

m

o

X X