В зарубежных странах использование водорода на транспорте и в энергетике - перспективное направление, на которое возлагаются большие надежды. Экологичность и возобновляемость - все это делает водород достойной альтернативной традиционным видам топлива. Однако наша страна идет своим путем, предпочитая по-прежнему использовать этот газ в основном только на химических производствах и НПЗ.
25 марта с.г. компания CREON Energy провела Вторую Международную конференцию «Водород 2014». Мероприятие прошло при поддержке Международной и Национальной ассоциаций водородной энергетики.
Директор департамента углеводородного сырья CREON Energy Анастас Гатунок в приветственном слове отметил, что в последние годы в России наблюдается положительная динамика в развитии нефтепереработки и нефтехимии - отраслях, где водород используется в различных процессах в качестве сырья. Модернизируются действующие мощности, вводятся в строй новые. В нефтепереработке широко внедряются процессы гидрокрекинга и гидроочистки, а нефтехимические предприятия, активно сотрудничая как с российскими, так и с зарубежными производителями водородных установок, все чаще реализуют on-site проекты. Также г-н Гатунок предложил обсудить развитие водородной энергетики в нашей стране и за рубежом.
Александр Раменский, вице-президент по России и СНГ Международной ассоциации водородной энергетики (IAHE), зачитал приветствие участникам конференции от президента МАВЭ Т.Н. Везироглу. В свою очередь Анастас Гатунок поздравил г-на Везироглу с личным юбилеем и отметил, что для МАВЭ 2014 г. также является знаковым - исполняется 40 лет с момента ее основания.
Первый доклад представила руководитель отдела аналитики CREON Energy Лола Огрель, она сравнила мировой и российский рынки водорода и обозначила тенденции развития. В структуре производства промышленных газов в России водород занимает около 15%. Сфера его применения чрезвычайно широка (химия и нефтехимия, металлургия, пищевая, стекольная, электронная, электротехническая промышленность). Потенциально водород может использоваться в двигателях внутреннего сгорания, газовых турбинах и топливных элементах. Этот газ имеет практически неограниченную сырьевую базу. Его получают и выделяют физическими, электрохимическими и химическими способами. Основной из них - каталитическая конверсия природного газа. В большинстве случаев конверсионные установки входят в состав крупнотоннажных комплексов по производству аммиака и метанола.
Объем мирового производства водорода оценивается в 55-58 млн т. Доля России составляет примерно 8%, в 2013 г. в нашей стране было произведено почти 4.5 млн т. За последние годы структура производства водорода в России изменилась. Доля химической промышленности сократилась с 80 до 70%, при этом заметно выросла доля водорода, производимого на нефтеперерабатывающих предприятиях. Наибольший объем прироста производства водорода отмечен в стекольной промышленности - за период 2004-2013 гг. более чем в три раза.
В отличие от других промышленных газов водород в России практически не является товарным продуктом: чаще всего он вырабатывается и используется на одном и том же предприятии. В 2013 г. в структуре потребления водорода преобладало производство аммиака (55%), далее идут нефтепереработка (22%) и получение метанола (13%). К 2020 г. прогнозируется рост потребления во всех этих сферах (до 2.8, 2.2 и 0.8 млн т соответственно).
Современные потребности в жидком водороде в России крайне ограничены, хотя инфраструктура его производства, хранения и транспортировки существует. Он рассматривается как топливо будущего. Ракетно-космическая отрасль России планирует создание новейших ракет-носителей и разгонных блоков космических комплексов, использующих в качестве топлива жидкий водород. Так, в 2015 г. планируются летные испытания кислородно-водородного разгонного блока РБ КВТК.
Г-жа Огрель отметила, что ситуация с водородом в России развивается по-иному, нежели за рубежом. Во-первых, в мире 40% водорода производится газификацией угля, в России же CTL-технология сейчас не применяется. Во-вторых, в мировой практике хорошо развит рынок товарного водорода, у нас же это направление только появляется. В-третьих, основную роль в структуре мирового потребления водорода занимает нефтепереработка, а в нашей стране - производство химических продуктов, прежде всего аммиака и метанола. В заключение эксперт добавила, что именно углубление переработки на НПЗ станет основным драйвером развития отечественного рынка водорода, тогда как за рубежом ожидается рост спроса на этот газ в транспортном секторе и энергетике.
Александр Раменский, вице-президент по России и СНГ Международной ассоциации водородной энергетики (IAHE), рассказал о техническом регулировании водородных технологий. В РФ этим вопросом занимается Росстандарт в рамках Технического комитета по стандартизации «Водородные технологии» (ТК 029). В настоящее время в России введено 11 национальных стандартов в области водородных технологий, большая часть которых разработана на базе международных стандартов ИСО. В ближайшее время их количество может вырасти в два раза.
Гармонизация в области международной и национальной стандартизации является взаимовыгодным процессом для всех ее участников. Сейчас в РФ идет реформирование нормативной базы, т.к. некоторые существующие российские нормативы противоречат международным. По словам г-на Раменского, их гармонизация даст толчок дальнейшему развитию отечественного рынка водородных технологий. Например, Россия сможет поставлять сырье для катализаторов, применяемых для энергоустановок на топливных элементах для водородных автомобилей, серийное производство которых в Корее, Японии, Китае, Европе и США планируется начать в 2015 г. Наличие в России гармонизированной нормативно-технической базы позволит ускорить продвижение инновационных водородных технологий в нашей стране.
Руководитель отдела развития «Линде Газ Рус» Артем Тарасенко рассказал о разработках Linde по созданию комплексной инфраструктуры поставок водорода. Компания использует два основных подхода при работе с клиентами: EPC подрядчик «под ключ» (предполагаются инвестиции заказчика) и on-site поставка (инвестиции Linde).
Крупным on-site проектом Linde в России является СП с компанией «КуйбышевАзот» по производству водорода и аммиака. Соглашение было подписано в 2013 г., ввод предприятия в эксплуатацию ожидается в 2016 г. Объем инвестиций составит 11 млрд руб. Проектная мощность установки - 120 тыс. Нм3/ч водорода и 1340 т в сутки аммиака.
Алексей Войнов, руководитель проекта по развитию водородного бизнеса Air Liquide, осветил деятельность компании в России. На сегодняшний день у компании в России есть три завода по производству водорода. Два из них (находятся в Рязани и Елабуге) работают по методу on-site для стекольной промышленности, третий (завод «Логика» в Зеленограде) производит водород для открытого рынка. По словам г-на Войнова, в 2013 г. свободный рынок в России в сегменте малых и средних потребителей составлял менее 20% в общей структуре, однако к 2020 г. ожидается значительный рост - до 50%. Прежде всего это связано с инвестициями международных компаний и развитием российских производств (преимущественно в области производства плоского стекла и растительного масла). Также влияние окажут обновление устаревших производственных мощностей и развитие аутсорсинга.
Менеджер по развитию бизнеса подразделения «Печи огневого нагрева» Foster Wheeler Артем Шахраманян представил решения компании в сфере проектирования и строительства установок производства водорода (УПВ) методом парового риформинга метана. Потребителям предлагается гибкий подход к выбору конфигурации УПВ, а также запатентованная конструкция печей, позволяющая оптимизировать эксплуатационные и капитальные затраты. Водородная установка компании отличается компактными размерами, невысокими капвложениями и отсутствием ограничений при выборе поставщика катализаторов.
Дмитрий Дубровский, главный технолог химического завода «АНХК» (принадлежит НК «Роснефть»), рассказал об эксплуатации установки выделения водорода из ВСГ. С вводом в действие в 2008 г. техрегламента «О требованиях к автомобильным бензинам...» российские нефтеперерабатывающие предприятия были вынуждены значительно увеличить инвестиции в реконструкцию своих НПЗ для выпуска топлив с улучшенными экологическими свойствами. Одно из основных требований к современным топливам - снижение содержания в них серы. Однако это снижение невозможно без расширения и строительства новых установок по производству водорода. «АНХК» в 2000 г. ввела в эксплуатацию установку извлечения водорода методом диффузии через мембраны (установка Меdal компании Air Liquide). Продолжением расширения производства водорода стало строительство второй очереди установки с пуском в 2011 г. Завершающий этап модернизации водородной схемы «АНХК» - введение в 2016 г. в эксплуатацию установки производства водорода методом парового риформинга углеводородов по лицензии фирмы Haldor Topsoe. Пуск этих установок позволит значительно снизить затраты на производство водорода и повысить качество и глубину процессов гидроочистки товарных топлив.
Железнодорожные цистерны - один из основных способов транспортировки жидкого водорода. О разработках своей компании в этой области рассказал генеральный конструктор «Уралкриомаш» Олег Черемных. Первая модель цистерны была разработана на предприятии еще в советское время для нужд ракетно-космической отрасли. С тех пор несколько раз была проведена модернизация с целью повышения безопасности транспортировки жидкого водорода. Выпускаемая сейчас модель цистерны обладает рядом преимуществ по сравнению со своими предшественницами: увеличена перевозимая масса водорода, снижены потери при транспортировке.
Возможно ли использование жидкого водорода в авиации? Доклад на эту тему представил Алексей Игнатов, советник директора департамента авиационной промышленности Министерства промышленности и торговли РФ, ведущий специалист по работе с государственными органами компании «Туполев». В СССР была разработана программа по изучению применения жидкого водорода на транспорте, в рамках которой в ОКБ Туполева на базе серийного пассажирского самолета Ту-154 был создан экспериментальный самолет Ту-155. На нем было выполнено около 100 продолжительных полетов на жидком водороде и СПГ, доказана реальная возможность создания самолетов, использующих криогенные топлива.
Сейчас за рубежом самолеты А-380 и Б-52 проходят испытания с использованием синтетического топлива, получаемого из угля, биомассы или природного газа. Авиакомпания Qatar Airways планирует использовать природный газ вместо керосина, Boeing работает над созданием крупноразмерного высотного беспилотного летательного аппарата с использованием жидкого водорода.
Этот газ обладает рядом свойств, которые делают его перспективным для использования в качестве авиатоплива. Благодаря высокой теплоте сгорания существенно повышаются летно-технические качества летательных аппаратов. Экология обеспечивается высокой полнотой сгорания, в результате которой образуются водяные пары и выхлопные газы, практически не содержащие вредных веществ.
Сергей Коробцев, исполнительный директор центра физико-химических технологий НИЦ «Курчатовский институт», рассказал, что использование плазменных и/или плазменно-каталитических процессов позволяет модернизировать и интенсифицировать технологии промышленного получения водорода из углеводородов. Кроме того, плазменные технологии позволяют организовать производство водорода из воды и из нетрадиционных источников - например - сероводорода.
Плазменные процессы отличаются высокой удельной производительностью (более чем в 100 раз по сравнению с каталитическими), низкой металлоемкостью, низкой чувствительностью к примесям, безинерционностью и экологической чистотой. Эти особенности положительно отличают плазменные методы получения водорода от традиционных - каталитических и электрохимических методов.
Водород, полученный в процессе плазменной конверсии природного газа, может быть естественным образом использован для производства метано-водородных смесей - перспективного энергоносителя и химического сырья.
Доклад на тему металлогидридных материалов и систем хранения и компримирования водорода представил Борис Тарасов, заведующий лабораторией водород-аккумулирующих материалов Института проблем химической физики РАН. Принцип действия металлогидридных аккумуляторов и компрессоров водорода основан на обратимой реакции гидрирования различных металлов, интерметаллических соединений, сплавов и композиционных материалов на их основе. Достоинствами металлогидридных аккумуляторов являются высокое объемное содержание водорода, широкий интервал рабочих давлений и температур, постоянство давления при гидрировании и дегидрировании, регулируемость давления и скорости выделения водорода, многократность использования, компактность и безопасность. Такие устройства можно использовать для хранения, очистки и транспортировки водорода.
Металлогидридные термокомпрессоры имеют существенные преимущества перед механическими из-за отсутствия движущихся частей и смазывающих материалов. Такие компрессоры можно использовать для компримирования водорода до высокого давления.
Старший научный сотрудник ФГБУН «Объединенный институт высоких температур РАН» Марина Навалихина рассказала о разработанном способе производства водорода на основе алюминия. При портативном исполнении этой технологии водород может быть направлен на производство электрической энергии в топливных элементах, при выполнении же технологии в большом масштабе осуществляется получение больших объемов Н2 и тепловой энергии в широком диапазоне мощностей. Обеспечивается производство чистого водорода высокого давления при отсутствии затрат на его компримирование (давление водорода на выходе из установки - до 10 ат).
В результате гидрооблагораживания углеводородных моторных топлив в присутствии нанокатализаторов получается экологически чистое топливо, которое используется для работы в ДВС автомобилей без применения лишних присадок.
«Отрадно отметить, что использование водорода в России расширяется в таких отраслях, как нефтепереработка и нефтехимия, но пока рано говорить о полноценном появлении в нашей стране в ближайшей перспективе водородной энергетики. Ранее в СССР и теперь в России существуют достаточно серьезные наработки в области использования водорода в качестве авиационного и ракетно-космического топлива. Жалко, если и они продолжат стагнировать», - резюмировал г-н Гатунок.
