Водородные технологии — необходимый компонент успешного роста промышленности и достижения нулевых выбросов. В конце 2021 года на базе ФИЦ «Институт катализа СО РАН» открылся Центр компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики», а в его консорциум вошли почти сорок промышленных, образовательных и исследовательских организаций. Руководитель Центра Павел Снытников рассказал о его деятельности и достижениях, а также о конъюнктурных изменениях рынка и перспективных технологических направлениях.
— Какими направлениями занимается Центр компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики»?
— Первое — это создание водородной заправки. Мы разрабатываем технологии и процессы локального получения водорода для зарождающейся в России отрасли водородного транспорта. Есть проекты, в которых топливо для этого вида транспорта получают путем электролиза, но особенность нашего — получение его из природного газа. Во-первых, это дешевле, во-вторых, — можно использовать готовую разветвленную инфраструктуру газопроводов. Локальное получение подразумевает небольшие объемы под задачи конкретных видов транспорта и использование небольших заправочных комплексов, и теоретически это упрощает создание таких заправок.
Второе направление — разработка энергоустановок на высокотемпературных топливных элементах, которые включают в себя планарные, трубчатые и микротрубчатые конструкции, для применения в разных потребительских нишах. Мы планируем в ближайшее время сделать несколько пилотных образцов и испытывать их. Получаем водород из разного сырья, и в этом наше преимущество. Так как процесс проходит при высоких температурах, то на его эффективность не влияет то, как и из чего мы получили водород или водородсодержащий газ. Мы можем синтезировать его из обычного углеводородного сырья, спиртов, эфиров и того же природного газа. И в зависимости от сырья широко варьируется использование таких энергоустановок — они могут быть стационарными, мобильными, использоваться для локальной генерации электроэнергии для нужд домохозяйств. Также их можно устанавливать для локального получения электроэнергии на удаленных территориях, обслуживая согласно установленному регламенту и сделанному запасу топлива.
Еще одно направление связано с фото- и электрохимическим получением водорода, а также различными термохимическими процессами — разложением аммиака и его прямым использованием в электрохимических устройствах. Пока эти процессы не достигли коммерческой реализации, но работа активно движется и некоторые из разработок уже запатентованы.
Наконец, мы совершенствуем уже имеющиеся промышленные процессы по крупнотоннажному получению водорода, где нужны новые катализаторы. Мы предлагаем новые методики и технологии промышленным партнерам, которые уже готовы взять их на вооружение и изготавливать в объемах, необходимых для индустрии. Это также касается процессов производства аммиака и метанола. В рамках проекта, например, мы разработали высокоселективные катализаторы для извлечения водорода из жидких органических носителей, а также создали эффективные аналоги зарубежным адсорбентам для получения водорода путем конверсии природного газа.
— Появились ли у Центра новые проекты, может, трансформировались уже существующие?
— Мы продолжаем работать с той программой, которую утвердили в самом начале. Но из-за событий в мире пересмотрели те задачи, повестку, которая была в 2020–2021-х годах, когда упор делался на экспорт водорода. Сейчас на рынке объективно другая ситуация, и мы, и наши партнеры немного изменили приоритеты. Если раньше большинство проектов в России ориентировались на экспорт получаемого водорода в соседние страны и разработку технологий для этого, то сейчас основной тренд — развитие технологий внутри страны, ориентированность производства и потребления на внутренний рынок. Да, пусть это и не такие объемы, которые задумывались изначально, но, тем не менее, развитие технологий локального внутрироссийского применения интересно и перспективно. И, возможно, это позволит в будущем не просто продавать водород как сырье, а уже поставлять готовые технологические решения с высокой добавленной стоимостью и масштабировать подходы, которые мы разрабатываем.
— На базе Центра создан большой консорциум партнеров. Можете привести примеры успешного взаимодействия?
— Мы удачно сотрудничаем с организациями, которые изначально вошли в наш консорциум, когда мы его формировали на стадии подачи заявки. В консорциуме 37 участников. Сейчас очень продуктивно работаем с компаниями, входящими в структуру «Татнефти». У них есть реальная заинтересованность в развитии этого сотрудничества по новым направлениям в области водородных технологий и газохимических процессов. И заинтересованность эта исходит именно от партнеров, которые разрабатывают конкретные предложения, адаптируют их под особенности рынка и строят долгосрочные проекты с прицелом на будущее, когда эффект можно получить не за короткое время, а в перспективе нескольких лет, то есть заглядывают за горизонт.
Второй пример — сотрудничество с НИЦ «Топаз» (входит группу компаний «ИнЭнерджи»), которое мы продолжаем не первый год. Эта компания создает энергоустановки на основе микротрубчатых твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Сейчас они выходят на мелкосерийное производство энергоустановок. Для них мы с нуля разработали каталитические блоки получения синтез-газа и блоки дожигания анодных газов — ключевые компоненты топливо-подготовительной системы для этих устройств. Теперь мы организуем на базе Центра мелкосерийное производство таких каталитических блоков. Отлаживаем технологические процессы для последующего масштабирования и выхода в серию.
Также мы успешно работаем с нашими академическими и университетскими партнерами, например, с Институтом физики твердого тела РАН и Вятским государственным университетом. У нас есть прогресс в области планарных электролит- и анод-поддерживающих ТОТЭ, в создании электрохимических устройств на основе протон-керамических топливных элементов. В последних, например, в качестве топлива можно будет использовать аммиак. Ожидаем, что развиваемые технологии позволят упростить конструкцию ТОТЭ и продлят срок службы.
— Какие образовательные инициативы предлагает Центр?
— Мы реализуем программы дополнительного профессионального образования на базе Новосибирского государственного университета, Вятского государственного университета и Южно-Российского государственного политехнического университета. В течение года мы совместными усилиями их запустили и развиваем. Сейчас наиболее востребованы химики, химики-технологи и инженеры-проектировщики, те специалисты, которые готовы на себя брать ответственность в создании и улучшении процессов и проектировании установок в области водородных технологий.
— Сотрудничает ли Центр с иностранными компаниями?
— Планы по взаимодействию с иностранными компаниями есть, но мы поставили это на паузу. Сейчас это затруднено, пока реального, эффективного и длительного сотрудничества по нашим направлениям с ними нет.
— Как развивается рынок водорода, в том числе зеленого, в России и в мире?
— Рынок зеленой энергетики в России пока не сформировался в масштабном виде, а рынок водородных технологий действительно развивается активно. Сейчас в России производят порядка 10 млн водорода различными способами, и это 10% от объема мирового производства. Основная часть его идет на процессы в нефтяной отрасли, сталелитейной и химической промышленности. Что касается зеленого направления, то в мире производят порядка 100 тыс. зеленого водорода, рынок небольшой, и основной упор делается на разработку промышленных электролизеров, которые будут работать от возобновляемых источников энергии (ВИЭ). Проектов по электролизерам в мире порядка 400.
Перспективное направление — это транспорт. Многие эксперты сходятся во мнении, что наиболее эффективным будет использования водорода для грузовых перевозок на дальние расстояния, а также для общественного транспорта. Еще одна «ветка» — водородный речной и морской транспорт. В России есть проекты по созданию водоробусов и прогулочных судов. А на Сахалине, который выбрали в качестве полигона для апробации водородных технологий, развивают водородный железнодорожный транспорт. Планируется, что в регионе через несколько лет такие поезда начнут курсировать в тестовом режиме.
Еще один интересный аспект — использование энергии ВИЭ для производства чистого водорода. Если говорить в целом об этой индустрии, которая включает в себя производство ветровой и солнечной энергии, то вклад ее в борьбу с глобальным потеплением незначителен. Действительно значительная доля достигается при переходе с угля на газ. Устойчивая генерация за счет природного газа в сочетании с атомной энергетикой, которая практически не оставляет углеродный след, имеет самый минимальный вклад в выбросы и уже позволила за последние пару десятков лет значительно снизить выбросы парниковых газов.
Наряду с зеленым есть еще один вид чистого водорода — желтый или розовый. Его производят путем электролиза на энергии от АЭС. В основном таким способом водород получают для нужд самой станции — для охлаждения турбогенераторов. Сейчас Росэнергоатом обсуждает проект создания атомной электростанции с высокотемпературным газоохлождаемым реактором и рассматривает возможность выработки водорода за счет использования излишков тепловой энергии. Мы участвовали в проведении экспертной оценки основной концепции этого проекта и считаем это направление весьма перспективным.
— Как вы оцениваете уровень развития водородных технологий в России по сравнении со всем миром? Что необходимо сделать для ускорения роста развития этих технологий в РФ?
— Оценивать по каким направлениям мы отстаем или опережаем — сложно, есть слишком много факторов. Это и цепочки создания товара и поставок сырья, финансирование разработок и даже природные условия. Есть ресурсы, которыми обладаем мы и не обладают другие страны, и наоборот. Но если смотреть в более широком плане, то мы работаем на уровне мировых лидеров. Плюс сейчас идет воссоздание технологий, которые развивались в советское время, а потом были незаслуженно забыты. Мы к ним обращаемся и адаптируем под новые реалии.
Для ускоренного внедрения технологий необходимы в том числе центры компетенций, такие как наш. Мы развиваем сквозные технологии, которые пронизывают индустрию в целом и востребованы в самых разных областях науки и промышленности. Без водородных технологий невозможен рост таких отраслей, как нефтепереработка, химическая промышленность, нефтехимия, газохимия, фармацевтическая и пищевая отрасли и др. Сейчас как раз то время, когда российские технологии возрождаются, как птица феникс.
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
