ИНТЕРНЕТ
Одной строкой: главные события января – февраля 2021 года Подробности — на сайте rccnews.ru Нефтегазопереработка
Березниковский «Азот» намерен ин-
Продолжаются проектные работы по «Амурскому ГХК» «Роснефть» и BP договорились о сотрудничестве по управлению углеродом и устойчивому развитию Строительство установки по производству МАН «Сибуром» в Тобольске завершено на 70 % СУГ дорожает Нефтехимия
На новый комплекс ЭП-600 ПАО «Ниж
некамскнефтехим» доставлены шелторы Казахстан разрабатывает национальный проект по развитию нефтегазохимии до 2025 года «Тольяттикаучук» увеличит производство изобутан-изобутиленовой фракции за счет снижения потерь изобутилена «Московский НПЗ» увеличит мощность системы отгрузки топлива Иркутский завод полимеров приступил к строительству шести печей пиролиза на установке производства этилена В кластер нефтехимической промышленности Тюменской области к началу 2021 году вступили 5 участников из 10 субъектов России Японская нефтехимическая компания Sumitomo Chemical возобновила работу на своих предприятиях по производству полиэтилена
Химикаты
«Крымский Титан» намерен увеличить выпуск отдельных видов продукции
«Метафракс Трейдинг» отчитался
о работе в 2020 году Хлористый кальций из России экспортируется в США «НЛМК» поставляет гранулированный сульфат аммония Lanxess завершила продажу мембранного бизнеса Dow Inc сообщила о росте прибыли в четвертом квартале на 61,4 %
Агрохимия
вестировать в развитие производства в 2021 году 5,5 млрд рублей Экспорт калийных удобрений из Белоруссии в 2020 году в стоимостном выражении сократился «ТОАЗ» в 2020 году отгрузил на внешний рынок 595,2 тыс. тонн карбамида «Воскресенские минеральные удобрения» запустили производство моноаммонийфосфата «Алмаз Удобрения» планируют инвестировать полмиллиарда рублей в производство «Акрон» удвоил поставки удобрений российским аграриям «Минудобрения» могут попасть под ужесточения ФМС «Руставский азот» в 2020 году снизил экспорт продукции
полимеры
Омский завод полипропилена отгру
зил зарубежным потребителям свыше 75 тыс. тонн полипропилена НПП «Полипластик» подвел итоги 2020 г. Новое производство открыто на «Омском каучуке» «КуйбышевАзот» подвел итоги работы предприятия в 2020 году ExxonMobil ограничивает продажи всех марок полипропилена в США Songwon объявляет о росте цен на свои полимерные стабилизаторы По итогам 2020 года продажи Michelin составили 20 млрд евро Китайские производители увеличили экспорт полипропилена
Лаки, краски
На рынке появилась грунт-эмаль «Эвопол-12» — DTM-материал для нефтегазовой отрасли «НЗСМ» запускает производство аэрозолей Lanxess повышает цены на неорганические пигменты Выставки, конференции
«Интерлакокраска-2021» пройдет со 2 по 5 марта в Москве
СПбМТСБ продала более 100 тыс. тонн
Первый форум промышленных инновато-
минеральных удобрений По итогам работы в 2020 году «Северодонецкое объединение «Азот» увеличило выпуск минеральных удобрений в 2,2 раза
13-14 апреля 2021 года в Москве
ров пройдет в Магнитогорске 11–12 марта состоится конгресс и выставка «Биомасса: топливо и энергия»
Финансы, право
Минэкономразвития предлагает расширить возможности по страхованию гражданской ответственности топ-менеджеров
«Роснефть» ответила на расследование о сделке с акциями Pirelli
«Уралкалий» опубликовал финансовую отчетность по МСФО за 2020 год
«Еврохим» демонстрирует рекордные финансовые результаты
«Уралхим» продолжает настаивать на банкротстве Томета
«Фосагро» может направить на финальные дивиденды за 2020 год около 100 млн $
По итогам 2020 года «Фосагро» увеличила выручку на 2,3 %
Российские производители минеральных удобрений войдут в Фонд фондов
«Сибур Холдинг» подвел операционные и финансовые итоги деятельности в соответствии с МСФО за 4 квартал и год
«Казаньоргсинтез» заключила договор с банками Германии о кредитной линии в размере 147,3 млн евро
Wintershall Dea планирует выплатить дивиденды своим акционерам в 2021 году
Nutrien ожидает роста прибыли ЭКОЛОГИЯ
«Вторичные ресурсы Сибири» построят в Кемеровской области завод по переработке автомобильных шин
«Уралхим» увеличил затраты на экологические мероприятия
Rockwoll запустила проект по переработке каменной ваты
General Motors к 2035 году собирается стать углеродно-нейтральной компанией Новые технологии, оборудование
Ученые РХТУ создали стабильные волноводы для сверхбыстрых оптических чипов
Березниковский «Азот» внедрил мембранную систему выделения водорода на производстве аммиака стоимостью 258 млн рублей
Clariant подписала соглашение о партнерстве с университетом ETH в Цюрихе
Air Liquide и Siemens будут сотрудничать
Чтобы ежедневно получать дайджест новостей rccnews.ru, необходимо оформить бесплатную подписку по адресу: rccnews.ru/ru/subscription/ The Chemical Journal Январь-февраль 2021
25
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ
Водородная математика Перспективы водородных технологий в энергетике и в химической промышленности 26
Январь–феараль 2021 The Chemical Journal
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ
Крупнейшее в мире производство водорода на базе солнечной энергии, способное заправлять до 560 автомобилей на топливных элементах в день, открылось в Фукусиме в 2020 году. Япония запретит продажу машин с ДВС к 2035 году.
Ильфат Салихов, заместитель генерального директора ОАО «Татнефтехиминвест-холдинг»
З
а последние 15–20 лет мировой В Германии, Нидерландах, Японии порынок водорода вырос с 40 млн явились «Водородные долины». до 12 млрд $ США. По прогнозам Bank of America, в обозри- География прорыва мой перспективе рынок водородного топлива достигнет 11 трлн Япония приняла дорожную карту по по$. Ключевые страны-игроки — Канада, строению «общества, базирующегося на водороде» в 2014 году. США, Китай, ЕС, Япония, Корея. Важным событием, подтвердившим В докладе Bloomberg «Перспективы водородной экономики» говорится: интерес крупного бизнеса к развитию «к 2050 году 24 % мировых потребно- водородных технологий, явилось со-
заправлять до 560 автомобилей на топливных элементах в день. Уже сегодня в стране работают 100 водородных заправочных станций, а к 2030 году планируется построить еще 900. Компания Kawasaki спустила на воду первый в мире корабль для перевозки жидкого водорода. В сентябре 2020 года японский консорциум NYK Line объявил о планах разработки туристического катера на топливных элементах на 100 пассажиров. По расчерам Bloomberg, к 2050 году 24 % мирового рынка В 2019 году Япония заключила соглашение по импорту водорода из Росэнергии покроет водород, а его цена снизится до уровня сии, а также с ОАО «РЖД», АО «Транссегодняшних цен на газ. машхолдинг» и областными властями стей в энергии будет покрывать водо- здание в 2017 г. Водородного совета о запуске железнодорожного трансрод, а его цена снизится до уровня се- (Hydrogen Council), членами которо- порта на Сахалине с применением го в настоящее время являются руко- поездов на водородных топливных годняшних цен на газ». Работы по водородной энергетике водители 94 компаний из различных элементах. в промышленно развитых странах от- секторов экономики (Подробнее: Наносятся к приоритетным направлениям учно-аналитический вестник Институ- Европа. Крупнейшим мировым рынразвития науки и техники и пользуют- та Европы РАН. 2020. № 5 (17)). ком производства и использования воЯпония собирается запретить дорода планирует стать Евросоюз. Для ся все более значительной финансовой поддержкой со стороны государства к 2035 году продажу машин с ДВС. В Фу- достижения климатической нейтралькусиме в 2020 году открылся крупней- ности к 2050 г. Евросоюз планирует ини со стороны частного капитала. В мире создано 23 международных ший в мире завод на солнечной энергии вестировать до 470 млрд евро в сегмент консорциума водородной тематики. по производству водорода, способный возобновляемого водорода. The Chemical Journal Январь-февраль 2021
27
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ Hyundai Motor собирается поставлять водородные электромобили на российский рынок и ведет переговоры с «Росатомом» о создании соответству ющей инфраструктуры. Китай выпустил свой первый водородный автомобиль Grove Obsidian с запасом хода на 1 тыс. км. В конце 2020 года в Китае было около 6 165 автомобилей Fcev. В планах — увеличить к 2025 году количество таких авто до 50 тыс., а к 2030 году — до 1 млн. Запланировано строительство 350 водородных заправочных станций к 2025 году и 1 тыс. заправок к 2030 году. Австралия планирует производство зеленого аммиака, использующее солнечную и ветровую энергию от установок мощностью 1,5 ГВт.
В США ведется разработка водородно-электрических карьерных самосвалов класса Ufcev. Samsung Heavy и Bloom Energy объявили о разработке кораблей на базе масштабируемых твердооксидных топливных элементов (Sofc).
Саудовская Аравия. Компания ACWA Power совместно с американской Air Products планирует строительство завода по производству зеленого водорода и аммиака мощностью 4 ГВт. Великобритания собирается запретить автомобили с двигателями внутреннего сгорания к 2030 году, а к 2050 году планирует перейти на полностью «безуглеродную» энергетику. Компания Shearwater Energy работает над гибридной электростанцией в Северном Уэльсе, которая будет сочетать в себе ветровую установку, американский модульный атомный реактор NuScale и производство водорода. Норвегия планирует строительство завода по производству водорода в Гейрангер-фьорде, для заправки паромов и круизных судов. Первый водородный паром они планируют начать использовать в 2021 году.
Канада, вырабатывая приблизительно ется стать углеродно-нейтральным. А это 3 млн тонн водорода в год, уже сегодня означает не только отказ от автомобилей входит в десятку крупнейших произво- с ДВС, но и то, что все заводы автогиганта дителей водорода, обеспечивая расту- будут использовать только возобновляещий спрос на рынке. мые источники «зеленой» энергии.
Голландия. Оператор газовых сетей Gasunie и порт Гронинген создали консорциум NortH2. В планах создание «Европейской водородной долины» с выделенной энергетической мощностью от морских ВЭС до 10 ГВт и 800 тыс. тонн водорода к 2040 году. Соинвесторами выступят концерн Shell и два энергетических гиганта Европы – RWE и Equinor.
Германия представила водородную доктрину по переводу на водород к 2050 году всех сфер экономики, включая тяжеСША ведут разработку крупнейше- Корея. Судостроительная компания лую промышленность и нефтехимичего в мире водородно-электрического Samsung Heavy Industries и Bloom Energy ское производство. При этом их водокарьерного самосвала класса Ufcev. объявили о разработке кораблей на базе родная стратегия фактически нацелена Автомобильный концерн General масштабируемых твердооксидных топ- на Россию, как «соседнее государство», Motors объявил, что к 2035 году собира- ливных элементов (Sofc). способное решить водородный вопрос 28
Январь–феараль 2021 The Chemical Journal
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ Германии, обеспечив поставки чистого водорода.
водорода в стране станут «Газпром» разработчики связывают со значительи «Росатом» — в 2024 году они должны ными запасами дешевого углеводородпустить пилотные водородные установ- ного сырья, которыми обладает РФ. Франция. Крупнейший оператор АЭС, ки, в том числе на атомных электро- Ведь на долю газа приходится 45–70 % компания EDF, объявила о создании станциях. Тогда же «Росатом» совместно затрат при производстве водорода традочерней компании Hynamics, которая с РЖД и «Трансмашинхолдингом» пла- диционным способом. будет заниматься развитием водород- нируют ввести в эксплуатацию опытОднако экологическое законоданой энергетики. ный полигон для железнодорожного тельство стран-импортеров, и в первую Авиастроительная компания Airbus транспорта, работающего на водород- очередь, вновь разрабатываемый корпредставила три концепта водородных ных топливных элементах, на Сахалине. пус норм European green deal, не допусамолетов: «классический» с турбореНесмотря на то, что работы по водо- скает импорт в ЕС «грязных» типов воактивным двигателем, турбовинтовой родной тематике ведутся в РФ не пер- дорода, произведенного, в частности, самолет и самолет со встроенным фюВ ноябре 2020 года был создан российский консорциум зеляжем (летающее крыло).
«Технологическая водородная долина».
Италия. Судостроительная компания Fincantieri SpA для декарбонизации судов обратилась к PowerCell, которая протестирует свои топливные элементы MS-30 для выработки энергии на морских судах и яхтах компании. Россия. Российская Федерация планирует вывести на рынок собственные модели водородного транспорта, включая автомобили, автобусы, грузовики «КамАЗ», трамваи, самолеты и поезда, оборудованные водородными двигателями и водородными элементами зарубежных поставщиков.
Дорожная карта Дорожная карта «Развитие водородной энергетики в России до 2024 года» принята 12 октября 2020 г. Согласно принятому решению, концепция развития водородной энергетики в России должна быть завершена в 1 квартале 2021 г. Межведомственную рабочую группу по развитию водородной энергетики возглавляет министр энергетики России, а на базе Россий-
вый десяток лет, информация о вкладе российских ученых в мировую разработку отсутствует. По состоянию на конец февраля 2021 года созданный в октябре 2020 года проектный офис не проявил себя, на официальном сайте Российского энергетического агентства материалы по заявленному направлению отсутствуют. Ведущим российским научным центром, курирующим водородную тематику, считается РНЦ «Курчатовский институт». На сайте института регулярно публикуются материалы постоянно действующего тематического семинара по водородной энергетике (http:// www.nrcki.ru/product/press-nrcki/pressnrcki--37166.shtml?). В ноябре 2020 года был создан российский консорциум «Технологическая водородная долина», в него вошли: Томский политехнический университет, Институт катализа СО РАН, Институт проблем химической физики РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Самарский государственный технический университет и Сахалинский го-
В 2024 году «Газпром» и «Росатом» планируют пустить пилотные водородные установки, в том числе на атомных станциях. ского энергетического агентства создан проектный офис, который должен обеспечить информационно-аналитическое сопровождение реализации плана. Основной целью плана названо формирование в России высокопроизводительной экспортно-ориентированной водородной энергетики, развивающейся на основе современных технологий и обеспеченной высококвалифицированными кадрами. Ставится задача организовать стажировку для аспирантов и ученых в мировых центрах компетенций, ведущих исследования в области водородной энергетики. Дорожная карта предусматривает, что первыми производителями The Chemical Journal Январь-февраль 2021
сударственный университет — сотрудники именно этих научных центров размещают публикации на сайте Курчатовского института.
Трудности перевода Объем выпуска водорода в России, производимого традиционными методами, составляет около 5 млн тонн при мировом потреблении в 72 млн тонн. Согласно принятой энергостратегии РФ до 2035 года, Россия планирует экспортировать к 2024 году 0,2 млн тонн водорода, а к 2035 году — 2 млн тонн. Перспективы водородных технологий правительство России и многочисленные
паровой конверсией метана. Использование энергии, полученной с помощью углеводородных источников, которыми так богата наша страна, также не допускается. (Подробнее о требованиях «Зеленой сделки» читайте в «Химическом журнале» № 12 / 2020). Таким образом, Германия, делающая ставки на Россию как поставщика водородного сырья, и сама Россия, планирующая наладить экспорт водорода — совершенно по-разному понимают первоначальные условия для наращивания производства водорода в РФ. Далее, для трансконтинентальных поставок водорода необходимы специализированные транспортные мощности, которыми Россия пока не обладает.
Методы производства водорода Основные методы производства водорода — паровая конверсия метана и природного газа, газификация угля, электролиз воды, пиролиз, частичное окисление, биотехнологии. В настоящее время до 95 % мирового объема водорода производится конверсией природного газа. Метан СН4 под давлением в присутствии катализатора и при температуре в 700–1000°С смешивают с водяным паром. Себестоимость такой технологии получения водорода H2 − до 5 $ /кг. Газификация угля является старейшим и сравнительно дорогим способом получения водорода, при котором уголь нагревают с водяным паром при температуре 800–1300 °C без доступа воздуха. Электролиз воды, основанный на протекании химической реакции 2H2O + энергия → 2H2 + O2, характеризуется себестоимостью процесса производства водорода H2 до 7 $ /кг. Нагрев биомассы (отходов из древесины) без доступа кислорода при температуре 500–800°С приводит к получению 29
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ Схема 1. Методы производства водорода.
«Зеленый» водород
«Серый» водород
Электролиз от возобновляемых источников энергии: гидроэнергетика, солнечная, ветряная энергия
«Желтый» водород Электролиз от атомной энергии
Парогазовая конверсия
«Бурый» водород
Газификация икация угля
водорода, окиси углерода и метана. При быть существенно снижен в результате этом себестоимость производства водо- улавливания и утилизации образующерода составляет около 7 $ /кг. гося углекислого газа. Прямой термолиз воды в концентраПри добавлении технологии улавторах солнечной энергии (при темпе- ливания CO2 углеродный след паровой ратуре свыше 2500°С вода разлагается конверсии метана составляет в среднем на водород и кислород) обеспечивает по- 4,3 кг CO2 /кг H2. Использование процеслучение водорода при его себестоимости сов улавливания и утилизации углекислоне менее 10 $ /кг (см. Energy Environ. Sci. го газа приводит к повышению стоимости 2019. V. 12. Levelized cost of CO2 mitigation получаемого водорода примерно на 50 %. from hydrogen production routes). С точки зрения величины углеродного следа несомненным преимущеУглеродный след H2 ством обладает электролиз воды. Так, при использовании для элекВажной характеристикой приме- тролиза электроэнергии, вырабатываеняемых и разрабатываемых мето- мой АЭС, углеродный след получаедов получения водорода становится мого водорода составляет в среднем их углеродный след — количество уг- 1,65 кг CO2 /кг H2. Использование электроэнергии велекислого газа, образующегося на всех тровых электростанций позволяет поэтапах производства.
На 1 кг полученного H2 при газификации угля выделяется 19,4 кг CO2, при конверсии метана 12,4 кг, а с технологией улавливания CO2 — 4,3 кг, электролиз на АЭС дает 1,65 кг, ветровые станции — 1,34 кг, солнечные — 4,47 кг CO2. Наибольшее количество углекислого лучать водород с углеродным следом газа образуется при получении водорода 1,34 кг CO2 /кг H2. Для солнечных электростанций углев процессе газификации угля. Углеродный след таких производств в среднем родный след составляет 4,47 кг CO2 /кг H2. составляет 19,4 кг CO2/кг H2. Углеродный след водорода, получае- Разноцветные подходы мого паровой конверсией метана, почти вдвое меньше и равен в среднем По методам производства водород разделяют на следующие типы: «зеленый», 12,4 кг CO2/кг H2. Углеродный след водорода, получае- «желтый», «серый», «бурый», «бирюзомого из ископаемого топлива, может вый» и «голубой» (схема 1). 30
«Голубой» водород Парогазовая конверсия с утилизацией углекислого газа
ÏÎÄÇÅÌÍÎÅ ÕÐÀÍÅÍÈÅ
«Бирюзовый» водород Пиролиз/ крекинг природного газа
Сейчас подавляющая доля водорода в мире производится методом парового риформинга метана (SMR). В новой водородной стратегии ЕС такой водород назван «серым», поскольку при его производстве выбрасывается максимальный объем СО2. Он противопоставляется «зеленому» водороду, который производится из воды методом электролиза с помощью энергии из возобновляемых источников. «Голубой» водород производится из метана, но с обязательным улавливанием и хранением СО2. Перспективна технология пиролиза метана, позволяющая получать водород и чистый углерод (сажу), который не попадает в атмосферу. S&P Global Platts оценило приведенные затраты на производство «серого» водорода (включая Capex и плату за выбросы СО2) в 1,24 €/кг, «голубого» в 1,31 €/кг, а «зеленого» (электролиз PEM, включая Capex) в 3,43 €/кг. Таким образом, при текущем уровне развития технологий выпуск «голубого» водорода обходится почти в три раза дешевле, чем «зеленого». Не случайно и европейские, и российские производители активно лоббируют принятие максимально долгого переходного периода, в который поставки на рынок «голубого» водорода будут акцептированы Еврокомиссией. По прогнозу Aurora Energy Research, затраты на «голубой» и «зеленый» водород сблизятся только к 2045 году. Январь–феараль 2021 The Chemical Journal
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ Водородная стратегия ЕС призывает европейские страны установить минимум 6 ГВт электролизеров, производящих до 1 млн тонн возобновляемого «зеленого» водорода, уже к 2024 году. Долгосрочная цель стратегии — не менее 40 ГВт электролизеров к 2030 году, производящих до 10 млн тонн «зеленого» водорода.
Технологии
Диаграмма 1. Стоимость производства водорода из природного газа с учетом затрат на улавливание, хранение и утилизацию углекислого газа (ССUS), $/кг.
2,5 2 1,5
0,37
0,37
0,61
0,61
0,37 50 % водорода, используемого в хими0,37 0,37 ческой промышленности, получают 0,37 1 за счет парового риформинга природ0,61 0,61 ного газа, 30 % — способом окисления 0,61 1,4 1,34 сырой нефти, 18 % — путем газифика0,61 0,5 ции угля, и около 4 % — электролизом 0,66 воды. Ведутся разработки по высоко0,54 0,47 0,33 температурному паровому электроли0 зу, солнечному термохимическому Россия - ЦЭП Россия - IEA США Ближн. Европа Китай расщеплению воды (искусственный Восток фотосинтез) и по производству водорода из биологического сырья. Затраты на природный газ CAPEX OPEX Перспективным методом производства «кэптивного» водорода с низким Источник: Центр экономического прогнозирования «Газпромбанка». углеводородным следом является пиролиз метана. Для пиролитического разложения метана могут быть использованы получению водорода методом электро- 22 тыс. тонн в год. Лицензиар технолоразличные технологические процессы: лиза воды, в первую очередь в странах, гии — Haldor Topsoe. В составе комплекса гидрокрекинразложение метана с помощью высоко- обладающих значительными ресурсага АО «Танеко» имеется установка производства водорода проектной мощ50 % водорода для химической промышленности получают ностью по продуктовому водороду риформингом метана, 30 % — окислением нефти, 135 тыс. нм3/ч или 99,77 тыс. тонн в год. 18 % газификацией угля, 4 % — электролизом воды. На апрель 2021 года запланирован пуск температурной (горячей) и низкотем- ми природного газа (собственного или еще одной установки производства вопературной (холодной) плазмы, про- экспортируемого), в частности, в Рос- дорода мощностью 100 тыс. тонн в год. Водород, полученный на этой установпускание метана через слой нагретого сии и ряде стран ЕС. до высокой температуры жидкого меОжидается, что в ЕС к 2030 г. коли- ке, будет использоваться на технологиталла (Cu, Pb, Sn, сплав Ni, Bi), газовые чество водорода, получаемого пиро- ческие нужды предприятия — для обесреакторы с неподвижным или псевдо- лизом метана, превысит производство печения установок гидроочистки. На комплексе гидроочистки средожиженным слоем. Несмотря на то что водорода паровой конверсией метана. эти процессы достаточно хорошо изуче- При этом следует учитывать, что при них дистиллятов АО «Таиф НК» водоны, на практике реализовано лишь не- масштабной реа лизации проектов род производят методом паровой катасколько проектов, ориентированных пиролиза метана возникает профи- литической конверсии природных газов. в основном на получение высокочисто- цит технического углерода, который Проект установки производительного твердого углерода. в столь значительных объемах не ну- стью 16,2 тыс. тонн год по продукту разработан фирмой «Howe-Baker по заказу В 2020 году американский стартап жен рынку. фирмы ABB Lummus Global. УстановMonolith Materials реализовал технолока введена в эксплуатацию в 2002 году, гию высокотемпературного плазменно- Татарстан но в результате проведенной в 2013 году го пиролиза метана на заводе техуглерода и водорода в Халламе (Небраска, США), При общероссийском производстве реконструкции ее мощность увеличена плановой мощностью 194 тыс. т по техуг- водорода около 5 млн тонн Республи- до 19,2 тыс. тонн водорода в год. При отсутствии ограничительных лероду и 64 тыс. т по водороду в год, с ис- ка Татарстан производит для нужд хипользованием только возобновляемой мической промышленности около мер, в рыночных условиях, водород 225 тыс. тонн. Крупными предприятия- не выдерживает конкуренцию с друэнергии, объемом 800 МВт в год. В Германии компания Basf с при- ми — производителями водорода явля- гими видами топлива. Однако введение табу для прочих видов энергоносивлечением нескольких университетов ются АО «Танеко», АО «Таиф НК». АО «Танеко» для получения водорода телей открывает для второго элемента и научных организаций создает пилотную установку для производства водо- из природного газа использует техноло- периодической системы значительные рода на основе разложения метана в ре- гию с предварительной гидроочисткой перспективы. исходного сырья. Расчетная мощность Многочисленные способы производакторе с жидким металлом. Ряд авторов рассматривают пиро- по продуктовому водороду чистотой ства, распределения и потребления волиз метана как реальную альтернативу 99,9 % об. составляет 30 тыс. нм3/ч, или дорода представляют собой сложный The Chemical Journal Январь-февраль 2021
31
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ Схема 2. Использование водородных технологий в различных отраслях.
Водород
НПЗ 31%
Химическая промышленность 63%
Обработка 6%
Сжиженный водород Менее 1%
Гидрокрекинг
Аммиак 53%
Прямое восстановление железной руды
Ракетное топливо
Гидроочистка
Метанол 8%
Формовочный защитный газ
Полупроводниковая промышленность (в т.ч. фотоэлектрическая)
Полимеры 2%
Добыча газа
Автомобильное топливо
Биопереработка Гидролиз лигнина Гемицеллюлоза: например манноза, ксилоза, фурфуроловая целлюлоза. Гидрокрекинг сорбита
Оксо-спирты, жирные кислоты
компромисс между стоимостью, выбро- при производстве аммиака и метано- используется для внутреннего потребсами, масштабируемостью и требова- ла. В 2018 г. в России было произведе- ления. Прогнозируют, что внутренний ниями к чистоте водорода, но также пре- но 17,8 млн т аммиака, из которых 70 % спрос на метанол будет расти не более доставляют множество возможностей, в виде первичного продукта и аммиач- чем на 2 % в год и достигнет к 2030 г. которые можно использовать в зависи- ных удобрений экспортировано в страны лишь 3,1 млн т. мости от конкретных обстоятельств. ЕС, Турцию, Марокко, Бразилию, США. Однако мировое потребление метаВ настоящее время на долю России нола растет быстрыми темпами. В связи Промышленные приходится 16 % мирового рынка ам- с этим к 2030 г. в РФ планируют постромиака и от 13 до 39 % мирового рынка ить 14 крупных заводов, в совокупноприменения водорода различных видов азотных удобрений. сти производящих 19 млн т метанола. Водород широко применяется не тольВ ближайшие годы в России планико в энергетике, но и в химической ин- руют реализовать 9 крупных проектов Нефтепереработка дустрии. (схема 2). по строительству предприятий по произВ цветной металлургии восстанов- водству аммиака и карбамида. Прогнози- Водород используется для производлением с помощью водорода получа- руется, что к 2025–2030 гг. производство ства светлых нефтепродуктов, снижения токсичности, удаления серы и друют особо чистые металлы из оксидов. аммиака в стране достигнет 23,7 млн т. Кислородно-водородные горелки исРоссия производит 16 % мирового объема аммиака пользуют для сварки и резки металлов. Смесь монооксида углерода и водорои 13–39 % различных видов азотных удобрений. да (синтез-газ) используется при синтезе аммиака, метилового спирта, полу- Соответственно возрастет и производ- гих загрязняющих примесей. По мере чении парафинов и олефинов (синтез ство водорода, используемого на эти истощения запасов легкой нефти с выФишера-Тропша), оксосинтезе. В пи- цели. К 2030 г. оно может составить соким водород-углеродным коэффициентом и увеличения добычи имеющевой промышленности водород ис- около 4 млн т в год. щейся в больших количествах тяжелой пользуют для превращения жидких жиМетанол нефти возрастает спрос на водород. ров в твердые, их гидрогенизации. Рост потребления водорода в нефАммиак и карбамид Менее однозначен прогноз по разви- тепереработке будет связан с преодотию производства метанола. В 2017 г. лением отставания от мировых лиВ химической промышленности Рос- в РФ было произведено 4,1 млн т метано- деров (США, страны ЕС) по глубине сии высокая доля водорода используется ла, из которых лишь около 60 % (2,4 млн т) переработки нефти и выходу светлых 32
Январь–феараль 2021 The Chemical Journal
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ нефтепродуктов из-за недостаточно- Диаграмма 2. Прогноз потребления водорода по сегментам (млн т в год). го развития вторичных процессов пе600 реработки углеводородного сырья, прежде всего гидрокрекинга. Как отпромышленность электрогенерация мечает «Вестник технического универотопление ситета» (2016 г.), «в развитии процессов, производство аммиака углубляющих переработку нефти, Роснефтепереработка 500 53,6 транспорт сия отстает от среднемирового и европроизводство синтетического топлива пейского уровня в два раза, от уровня США — более чем в три раза, а в развитии важнейших из этих процессов, 121,5 400 33,3 каталитического крекинга и гидрокрекинга, — в четыре-семь раз». 81,5 На ликвидацию отставания направле27,4 на программа модернизации нефтепере300 29,6 рабатывающей промышленности России. 18,3 За период с 2010 по 2017 г. мощность 40,8 158,2 установок по гидроочистке дизельно26,6 117,6 го топлива и бензина каталитического 200 крекинга увеличилась на 20 %, по гидро66,5 крекингу — почти на 70 %. Это привело 7,2 1,1 к увеличению глубины переработки неф6,9 15,5 72,9 70,7 ти с 71,4 до 83,4 % и повышению выхода 55 100 2 13,2 светлых нефтепродуктов с 56 до 62,2 %. 7,8 1,6 10,5 16,9 25,1 19,6 Энергетическая стратегия РФ на пе32,9 4,7 38,4 77,7 риод до 2035 г. предусматривает даль72 62,9 6,4 49,5 39,1 32,6 нейшее увеличение выхода светлых 0 нефтепродуктов до 70 %. Для этого пла2019 2030 2040 2050 2060 2070 нируется к 2035 г. ввести в эксплуатацию 50 новых установок вторичной пе- Источник: IEA, Sustainable development scenario. реработки нефти. Оценка роста потребности в водо- Таблица 1. Способы хранения водорода. роде нефтеперерабатывающей проУдельное мышленности может быть произведена Удельный объем Удельная масса потребление на основе соотношения текущего уров- Способ хранения хранения хранения, энергии ня потребления водорода и объема педм3/кг Н2 кг/кг Н2 кВт*ч/кг Н 2 реработки нефти. В 2013 г. на начальном этапе мо- Газообразный водород 0,39 1020 – дернизации нефтеперерабатывающей при низком давлении промышленности РФ при объеме пеГазообразный водород реработки 274,5 млн т для реализации 0,93 81 16,0 вторичных процессов было израсходо- при высоком давлении вано около 1 млн т водорода, что состаВодород в гидридах 1,16 22 76,9 вило 3,6 кг H2/т нефти. Если принять, что удельный рас- Жидкий водород 10,50 14 7,0 ход водорода в процессах нефтепе3,20 59 20,0 реработки повышается с увеличени- Криогенная адсорбция ем выхода светлых нефтепродуктов, то можно ожидать, что к 2030–2035 гг. водородом установок изомеризации, в промышленности катализаторами удельный расход водорода достигнет гидроочистки, гидрокрекинга, катали- для процесса паровой конверсии являются катализаторы на основе никеля, 4,6 кг H2/т нефти, что сопоставимо тического риформинга. со средним значением 5,3 кг H2/т нефНа российских НПЗ наиболее рас- однако в ряде специфических процести в мировой нефтеперерабатывающей пространенным методом получения сов допускается использование благопромышленности в 2019 г. водорода является паровая конверсия родных металлов платиновой группы. Поэтому при планируемом уровне нефтепереработки в стране в 2030– К 2030–2035 гг. годовое производство водорода 2035 гг. годовое производство водорода на российских НПЗ может достигнуть 1,4 млн т. на предприятиях нефтеперерабатывающей промышленности может достиг- углеводородов (природного газа, СУГ, Что касается долгосрочной стратенуть 1,4 млн т. нафты). Продуктами являются чистый гии перехода на водородные технолоПрактически на всех современных водород с концентрацией >99 % об., гии, то темпы производства водорода для НПЗ есть установки производства во- а также отдувочный газ, который чаще нужд химической промышленности будорода (УПВ), которые предназна- всего используется в качестве топли- дут складываться из снижения потреблечены для обеспечения техническим ва. Наиболее часто используемыми ния в секторе автомобильного топлива. The Chemical Journal Январь-февраль 2021
33
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ Однако на остальные процессы гидрогенизации в химической промышленности это не повлияет, т.к. установки производства водорода предназначены для обеспечения таких процессов, как изомеризация, гидроочистка, гидрокрекинг,
взрывопожаробезопасности в значительной степени определяются объемом хранимого газа
Связанное хранение
Более 95 % H2 в мире — это «кэптивный» водород, расходуемый на месте производства. каталитический риформинг, и не все эти процессы должны быть связаны с получением топлива. Помимо топливного сегмента существуют и другие, более маржинальные направления переработки углеводородного сырья.
Проблема хранения и транспортировки
С точки зрения безопасности наиболее предпочтительный способ хранения водорода для транспортных средств — связанное хранение — либо в химически связанном виде (гидриды), либо с использованием управляемых способов сорбции-десорбции водорода некоторыми интерметаллическими соединениями (таблица 1). Перспективность хранения и генерации водорода в химически связанном состоянии определяется следующими особенностями этого способа: • накоплением водорода в составе гидридов, используемых как промежуточный продукт при транспортировке и хранении; • генерацией водорода непосредственно в месте его потребления, в частности на транспортном средстве, путем разложения гидридов одним из известных путей. Этот процесс может быть включен в рабочий цикл установки, что исключает необходимость предварительного накопления водорода перед его использованием; • применением принципа аккумулятора с возможностью многократной зарядки и разрядки без замены сорбентов; • относительно низкими давлением и температурой в процессе эксплуатации. Существенными недостатка-
также делает водород непрактичным вариантом для двухколесных транспортных средств, таких как мотоциклы или скутеры. Команда из Института производственных технологий и передовых материалов им. Фраунгофера IFAM (Дрезден) предложила новый способ хранения и переноса водородной энергии на основе гидрида магния, которая сохраняет водород и позволяет выпускать его при необходимости даже при атмосферном давлении. Исследователи представили «Powerpaste» — пасту на основе магния, которая накапливает водородную энергию в 10 раз большей плотности, чем литиевая батарея. Она позволяет автомобилям на водородных топливных элементах возможность путешествовать дальше, чем автомобили с бензиновым двигателем, и дозаправляться всего за несколько минут. Для производства пасты магний смешивают с водородом при температуре около 350°C и давлении, в пять-шесть раз превышающем атмосферное, в результате чего образуется гидрид магния. Затем в смесь включают сложный эфир и соли металлов, чтобы получить вязкую серую массу, которую можно загружать в картриджи. Powerpaste полностью стабильна при температурах до 250°C и несет в 10 раз больше энергии, чем литиевые батареи, и существенно больше, чем бак водорода на 700 бар, если сравнивать по весу. Исследователи утверждают, что автомобили, работающие на Powerpaste могут рассчитывать на запас хода, «сравнимый с бензином или превышающий его». Для высвобождения энергии, плунжерный механизм выдавливает пасту
Одной из ключевых проблем в водородной энергетике остается его транспортировка и безопасное хранение. Сложность этой задачи определяется тем, что в свободном состоянии водород — один из самых низкокипящих газов, в жидком и твердом состояниях он более чем на порядок легче воды и на порядок легче бензина. Молекулы вещества настолько малы, что могут просачиваться сквозь атомарную структуру металлического контейнера при температуре выше минус 253°C. Поддерживать такую температуру в большом объеме длительное время энергозатратно. Еще одной проблемой является водородное охрупчивание и разрушение металлов под воздействием атомарного водорода. Ему подвержены даже высокопрочные стали, а также сплавы титана и никеля. Сегодня хранить водород в больших объемах экономически невыгодно. Водород производится, как правило, неPowerpaste накапливает водородную энергию в 10 раз посредственно на местах потребления большей плотности, чем литиевая батарея, и позволяет (так называемый «кэптивный» вододозаправиться за несколько минут. род — captive hydrogen)) (в основном на объектах газохимии, металлургии и нефтепереработки). В России, как ми этого способа являются большая в камеру, где она вступает в реакцию и в мире в целом, более 95 % водорода — удельная масса системы хранения с водой выделяя водород с динамичеэто «кэптивный» водород. Транспортии относительно высокая стоимость. ски контролируемой скоростью. Воровка его минимизирована. дород питает топливный элемент для Наиболее известный способ хране- Powerpaste выработки электроэнергии или другое ния водорода — это хранение в сжатом устройство. Частично, впечатляющая состоянии. По своим массогабарит- Обычно автомобили с водородными плотность энергии пасты обусловлена ным характеристикам и по характе- топливными элементами перевозят во- тем фактом, что половина выделяемого ристикам взрывопожаробезопасности дородное топливо в газообразной фор- водорода поступает из воды, с которой он не полностью удовлетворяет усло- ме, и хранится оно в баках при давле- он вступает в реакцию. виям эксплуатации в наземном транс- нии около 700 бар. Эти резервуары Например, для заправки скутепорте и в морских условиях, особенно довольно габаритные и тяжелые, что ра Powerpaste нужно вынуть картридж сводит на нет одно из ключевых пре- и заменить его на заправленный. Таким на подводных кораблях и аппаратах. Взрывопожароопасным является имуществ водорода по сравнению с ли- образом, эта технология может стать и вариант хранения водорода в крио- тиевыми батареями — более высокую легко заменяемым вариантом испольгенном виде. При этом параметры плотность энергии. Высокое давление зования чистой энергии в различных 34
Январь–феараль 2021 The Chemical Journal
ПРОМЫШЛЕННАЯ РЕВОЛЮЦИЯ
Powerpaste полностью стабильна при температурах до 250°C и несет в 10 раз больше энергии, чем литиевые батареи.
устройствах. Предполагается адаптировать технологию для больших дронов, тем самым увеличив время и дальность их полета, а также для портативных электроприборов. Некоторым устройствам может быть удобнее просто закачать материал в резервуар, а не пользоваться картриджами. К таким можно отнести автомобили или грузовики на топливных элементах, самолеты, а также более крупные виды техники. Предполагается, что пасту можно подавать через стандартные линии розлива с относительно недорогим оборудованием.
Российский задел Схожая технология получения водорода на основе гидрида магния, как у немецких коллег, разработана и в России. Российской компанией — резидентом Ульяновского центра трансфера технологий «ХитЛаб» разработана технология и оборудование для производства MgH2 — твердого и безопасного источника водорода. Технология находится в высокой степени готовности. Российскими учеными также разработаны эффективные способы хранения водорода — «интерметаллидное». За основу взята уникальная способность твердых обратимо гидрирующихся металлов и сплавов на основе LaNi5 удерживать водород в своей структуре, причем плотность упаковки его атомов выше плотности атомов в жидком водороде. Этот способ называется The Chemical Journal Январь-февраль 2021
«интерметаллидное» хранение водорода. По мнению российских и многих заруУже изготовлены и испытаны интерме- бежных наблюдателей, на перестройку таллидные накопители (ИМН), доказав- сложившейся энергетической инфрашие свою эффективность и надежность. структуры уйдут десятилетия. Для извлечения водорода из такого комТем временем, опыт, реализованный пактного хранилища потребителю по- на пути к удешевлению сланцевой дотребуется просто его нагреть. бычи, доказывает, что задачи трансформации могут быть решены в случае Перспективы мобилизации всех ресурсов и решительной межрегиональной интеграции Спрос на водород растет в связи в течение 5–10 лет. с переходом на потребление более По прогнозам Международного энерчистых и легких нефтяных топлив, гетического агентства, сделанным в 2019 в то время как нефтяное сырье стано- году, к 2070 году на долю энергетики долвится все тяжелее. жно приходиться всего около 14 % общеВодород — вторичный энергоноси- го потребления водорода в мире. тель и требует дополнительной энергии Однако уже в 2020 году, в ходе реализадля своего производства. ции принятых водородных стратегий и заВ соответствии с Парижским согла- пуска промышленных мощностей по вышением по изменению климата, ко- пуску чистых видов водорода, Bloomberg торое было ратифицировано Россией совершенно иначе оценил долю энергев сентябре 2019 г., наша страна должна тического водорода в мировом энергок 2030 г. снизить выбросы парниковых потреблении — в 24 % к 2050 году. газов на 30 % от уровня 1990 г. Здесь можно вспомнить, что физиРазработка развитыми страна- ческие объемы и доля зеленой энергии, ми водородных стратегий и ужесто- так же как скорость прихода на рынок чение экологического законодатель- автомобилей без ДВС, оправдали саства в 2020-2021 годах существенным мые оптимистичные ожидания и опеобразом изменили объем требований редили прогнозы. к снижению эмиссии, вытеснению «угРоссия обладает колоссальным релеводородных» процессов и в целом сурсным потенциалом для производства климатическому законодательству. Что чистых видов водорода и аммиака по сазначительно повысило акции водоро- мым жестким обновленным стандартам. да как нового энергоносителя, но од- И чем быстрее наша страна освоит суновременно — сделала невозможной ществующие технологии производства, стратегию наращивания производства транспортировки и хранения чистого вонового топлива/ сырья за счет перера- дорода, тем скорее она встроится в новую ботки природного газа. экономическую реальность. 35