Доктор Роберт Штюве, старший эксперт по водородным и синтетическим энергоносителям

«Зеленый» водород (Н₂) предлагает огромные возможности для бизнеса,экономики и гло­бальной политической репутации Казахстана как страны - произво­дителя энергии. Для реализации данного потенциала Немецкое энергетическое агент­ство от имени Феде­рального Министерства экономики и борьбы с изменением климата Германии (BMWK) спо­собствует разработке водородной стратегии в Казахстане в рамках двустороннего энер­гетического диалога Казахстан - Германия. Идея данной стратегии проста и убедительна: водород, полученный из возобновляемых источников энергии, может помочь цен­тральноазиатской стране в выполне­нии обязательств по декарбонизации, принятых в Парижском соглашении. В то же время «зеленый газ» может стимулировать экономический рост и перспективные торговые отношения с Германией и Европейским союзом. Несмотря на это, «зеленый» водород не является единственным эле-ментом эффективного перехода к энергии, но остается неотъемлемой частью данного процесса. Производство основано на электролизе - процессе, в котором используется возобновляемая электроэнергия, такая как энергия ветра и солнца, для расщепления воды на составляющие кислород и водород. В этом случае конечный водородный продукт будет «зеленым».

ОБЛАСТИ ПРИМЕНЕНИЯ

Относительно использования водорода на ум приходят как минимум три предпочтительные области применения. Во-первых, водород является промышленным сырьем, пригодным для использования в металлургии и химической промышленности, при производстве удобрений. Например, сталелитей­ная промышленность в настоящее время ориентирована на поставки в соседний регион СНГ, в то время как промышленность по производству удобрений в основном производит продукцию для местных нужд. Низкоуглеродистый водород поможет раскрыть ранее неиспользованный потенциал в этих отрас­лях, расширив рынки сбыта до ЕС и Германии. Учитывая прогресси­рующие амбиции ЕС по внедрению общеевропейского юридически обязательного пограничного налога на выбросы углерода (СВАМ) в кон­тексте Зеленого пакта для Европы, немецким импортерам придется переходить на низкоуглеродистую металлургическую продукцию для обеспечения конкурентоспособно­сти цен.

Благодаря этому Казахстан может получить уникальную воз­можность. Согласно исследованиям ведущих экспертов, водород может использоваться в рафинировании и чистовой обработке, а также в производстве и чистовой обработ­ке цветных металлов, таких как алюминий и медь, поскольку водород обладает высокой теплотворной способностью, хорошей теплопро­водностью и высокой скоростью ре­акции. В настоящее время основное внимание уделяется выплавке стали, которая позволяет использовать водород в трех технологических процессах, включая использование водорода в доменных печах, прямое восстановление железа (DRI) и вос­становление при плавке.

Первые международные проекты по коммерциализации водородных технологий осуществляются в Японии, России, Китае и Соеди­ненных Штатах, а также в Германии, в частности Salzgitter AG (SALCOS) и Thyssenkrupp. Казахстанские за­интересованные стороны, такие как ArcelorMittal, продемонстрировали большой интерес к данной теме. В 2020 году Казахстан экспортиро­вал стали на сумму около $7,6 млн, что составляет 16% общего объема экспорта. Использование данных средств для запуска водородной экономики помогло бы Казахстану реализовать собственные обяза­тельства по декарбонизации на 2060 год и модернизировать силь­ные экспортные отрасли страны. Это может дать дальнейший импульс развитию сотрудничества между Германией и Казахстаном в области сырья, договоренности о котором достигнуты в 2012 году.

Вторая область применения водоро­да относится к свойству Н₂ как энергоносителя, что позволяет использовать его как среду долговременного хране­ния возобновляемой электроэнергии в газообразной форме в резервуарах высокого давления или в подземных хранилищах, перепрофилированных из природного газа. Кроме того, также возможно хранение Н₂ в сжиженном состоянии при температуре - 253 °C в изолированных криогенных резервуарах или специальном жидком органическом водородном носителе (LOHC), таком как нефть. Другим, хотя и менее проверен­ным способом хранения Н₂ являются твердые носители, такие как углерод, це­олиты или некоторые металлы (хранение гидридов металлов).

Учитывая большой потенциал Казах­стана в области производства энергии ветра и солнца, относительным преиму­ществом использования Н₂ в энергетике для Казахстана, вероятно, будет хране­ние излишков объемов энергии возоб­новляемых источников. Позже данные излишки могут быть поданы обратно в электросеть путем повторной электрификации для устранения дефицита электроэнергии.

Одним из перспективных способов достижения этой цели являются обрати­мые высокотемпературные топливные элементы (RSOC), которые обеспечивают двойное двустороннее использование, позволяя достигать уровней эффектив­ности более 60% при повторной элек­трификации водорода и значительно выше 70% в виде электролиза для про­изводства водорода (Forschungszentrum Julich). Если Правительство Казахстана сочтет, что мощности электросетей страны недостаточно для принятия нагрузок, которые позволили бы произ­водить водород, разумным вариантом было бы присоединение дополнительных ветроэнергетических и солнечных парков к отдельным установкам по производству водорода, таким как электролизеры.

Таким образом, производство водо­рода не будет зависеть от недостатков электросетей в энергетическом секторе. Это, безусловно, потребует гибкого, стимулирующего регуляторного подхода со стороны правительства и администра­ции Казахстана.

Третий, находящийся на стадии H₂ в качестве энергоносителя заключает­ся в  переконструировании турбин для сжигания газа. В Австрии реализуется первый реальный пилотный проект. Компания Wien Energie планирует использо­вать 15-процентную долю экологически чистого водорода в газовой турбине, встроенной в комбинированную теплоэлектростанцию. Однако данный вариант представляет собой средне- и долгосрочное решение из-за низкого в настоящее время уровня технологиче­ской готовности.

КЛЮЧЕВЫМ ФАКТОРОМ БУДЕТ ОПРЕДЕЛЕНИЕ ПРИОРИТЕТОВ В ЭНЕРГЕТИЧЕСКОМ ТОПЛИВЕ

Для обеспечения наиболее эффективного использования экологически чистого водорода Германия и Казахстан должны уделять приоритетное внима­ние промышленности, так как вначале будет сложно (или вообще невозможно) декарбонизировать производство стали и химических веществ экономически целесообразным способом с помощью электрификации с питанием от батареи. В то же время не следует пренебрегать сектором транспортировки, таким как судоходство, авиация и седельные тягачи, работающие на водородном топливе. Несмотря на незамысловатость данного варианта, как это может показаться вна­чале, в случае Казахстана это далеко не так. Из-за значительных запасов природ­ного газа и производственных мощно­стей производство «голубого» водорода на основе метана, на первый взгляд, также представляет собой приемлемый вариант, требующий меньшей адаптации для Казахстана в краткосрочной пер­спективе. Однако переход на водород, получаемый из сопутствующего газа, создает новые проблемы, которые могут быть устранены «зеленой» водородной экономикой.

ПОДГОТОВКА КАЗАХСТАНСКОГО ВОДОРОДА К ЭКСПОРТУ ЗА СЧЕТ СОКРАЩЕНИЯ ВЫБРОСОВ

Самой насущной проблемой являют­ся выбросы. Для устранения данной проблемы отечественным и иностран­ным инвесторам в Казахстане и за его пределами необходимо инвестировать в минимизацию утечки метана при добыче, хранении и транспортировке природного газа, а также в высокоэф­фективные технологии улавливания и хранения углерода (CCS) как для развед­ки природного газа, так и для фактиче­ских стадий производства водорода из пара или автотермического реформингa (SMR/ATR). Передовые исследования показывают, что технология улавли­вания СО₂уже достаточно развита для обеспечения высоких долгосрочных показателей улавливания на установке по производству водорода - выше 90%. Показатели улавливания, близкие к 100%, также технически осуществимы, что несколько снижает энергоэффектив­ность и увеличивает затраты, но данный способ все еще необходимо проверить в требуемом масштабе. Для этого произ­водство водорода и улавливание СО₂ должны организовываться комплексно для сведения к минимум у дополнительных затрат энергии на улавливание СО₂.

Следует подчеркнуть, что голубой водород может иметь достаточно низкий уровень выбросов парниковых газов в соответствии с законодательством ЕС только в том случае, если утечка мета­на сведена к минимуму. Такой уровень сокращения выбросов парниковых газов уже сегодня возможен в технологически наиболее развитых секторах добычи природного газа, таких как Норвегия, Великобритания и Нидерланды, где уровень утечки метана в основном состав­ляет менее 0,5%. Согласно Специальному досье проекта «КоперникусАриадна» от 2021 года, в случае высокой скорости утечки метана производство Н₂ на осно­ве метана будет генерировать больше выбросов по сравнению сего эквива­лентным источником возобновляемой энергии.

Касательно улавливания углерода показатели эффективности ниже 90% противоречат обязательным критери­ям устойчивости ЕС и лишают импорт водорода из третьих стран в ЕС права называться низкоуглеродным в соответ­ствии с законодательством Европейско­го союза. Для получения сертификации на внутреннем рынке ЕС казахстанский водороддолжен иметь более высокие показатели. «Голубой» водород будет считаться низкоуглеродным только в слу­чае его соответствия целевому показа­телю сокращения выбросов парниковых газов на 70% по сравнению с юриди­чески определенным компаратором ископаемого топлива, как указано в таксономии устойчивого финансирования ЕС и будущей директиве ЕС о газовом рынке [Статья 2 (10), COM (2021) 803 final]. Согласно расчетам Немецкого энергетического агентства, требование о сокра­щении на 70% означает максимум 3,75 кг СО₂-экв. на килограмм произведенного Н₂ на основе метана, принимая 12,5 кг СО₂-экв. на килограмм произведенного Н₂ в качестве юридически обязатель­ного базового значения для выбросов в течение среднего жизненного цикла парового риформинга метана на основе природного газа в соответствии с директивой ЕС2015/652.

Только такой объем выбросов пар­никовых газов - низкая утечка метана и высокая скорость улавливания СО₂ для производства водорода - будет в минимальной степени соответствовать условиям, установленным действующим законодательством ЕС, и обеспечит приемлемость казахстанского водорода на основе ископаемого газа для экспорта в ЕС.

Таким образом, в конечном счете,  способ производства, ориентированно­го на природный газ, может быть не­эффективным для амбиций Казахстана как страны-экспортера. Вместо этого Казахстану следует удвоить потребление «зеленого» водорода и использовать свой гигантский потенциал возобновля­емых источников энергии (ВИЭ). По оцен­кам большинства экспертов, средняя стоимость экологически чистого водоро­да колеблется от2до7 евро. Существует достаточно оснований полагать, что Казахстан в конечном итоге миними­зирует затраты -учитывая обширную территорию страны, отличные условия средней скорости ветра на суше около 8 м/с, аналогичные побережью Север­ного моря, и исключительные уровни солнечного излучения, сопоставимые со Средиземноморьем. Таким образом, с производством Н₂ на ветровой и сол­нечной энергии Казахстану будет проще всего обеспечить экспортную готовность и ускорить выполнение обязательств по декарбонизации, возможно, дополнен­ные ядерной энергией, если это необхо­димо.

МИРОВОЙ РЫНОК ВОДОРОДА НАХОДИТСЯ НА СТАДИИ РАЗВИТИЯ

В настоящее время текущие прогнозы мировых объемов и текущая динами­ка цен подчеркивают необходимость создания в Казахстане производства экологически чистого водорода, спо­собного удовлетворить значительную долю мирового спроса. По данным Global Alliance Powerfuels (GAP) Немецкого энергетического агентства и Лаппе-энрантского технологического университета, к 2050 году для энергетической системы с нулевым энергопотреблением потребу­ется 270 млн тонн (9000 ТВт*ч) зеленого водорода, что потребует общих инвестиций в размере не менее 18 млрд евро.

Кроме того, повышение цен на природный газ приводит к переходу на возобновляемый водород. В странах, где предлагается дешевое производство экологически чистой энергии, например с использованием гидроэнергетики в Скандинавии или большого количества ветра и солнца в Намибии или Северной Африке, продукты хранения энергии, такие как «зеленый» аммиак, уже стоят дешевле, чем альтернатива на основе ископаемого топлива.

Согласно недавнемуотчету Bloomberg New Energy Finance (BNEF), «зеленый» водород уже дешевле, чем ис­копаемый водород из природного газа в некоторых частях Европы, Ближнего Вос­тока и Африки. BNEF предполагает, что цена поставляемого водорода в размере $6,59 за кг в настоящее время достаточна для снижения стоимости зеленого аммиака ниже стоимости «серого» аммиака, производимого из природного газа на краткосрочной основе с предельны­ми издержками. Агентство Bloomberg отметило, что цены в таких странах, как Испания, Индия и Китай будут конкурен­тоспособными, в то время как даже этого уровня цен достаточно для того, чтобы завод по производству экологически чистого аммиака в Германии был конку­рентоспособным. (PVMagazine) Майкл Стернер из Технического университета Регенсбурга утверждает, что год назад одна тонна «серого» аммиака стоила бы около 350 евро, в то время как цена «зеленого» аммиака составляла от 600 до 700 евро (Handelsblatt). Из-за роста цен на природный газ с конца 2021 года оценка конкурентоспособности перевер­нулась с ног на голову.

Насколько длительным будет данный переворот, еще не ясно. Однако несо­мненно то, что гонка за заключение крупномасштабных соглашений о покуп­ке началась. Например, Fortescue Metals и немецкая энергетическая группа E.ON подписали соглашение о замене примерно трети импортируемого Германией российского газа австралийским «зеле­ным» водородом. Меморандум о взаимо­понимании предусматривает поставку 5 млн тонн низкоуглеродистого топлива в Германию и Нидерланды. Первоначаль­но топливо будет поставляться в виде жидкого аммиака.

E.ON - не единственная немецкая ком­пания, подписавшая водородную сделку с австралийским миллиардером Эндрю Фортескью. Дочерняя компания Bayer Covestro объявила в январе2022 года о своем намерении закупать 100 000 тонн экологически чистого водородного эквивалента в году дочерней компании Fortescue green energy Fortescue Future Industries (FFI) начиная с 2024 года. (Financial Times) На фоне глобальной конкуренции со стороны поставщиков Казахстану придется безотлагательно определить свою позицию и принять соот­ветствующие меры, если Казахстан хочет стать крупным поставщиком водорода. Недавно выросшие амбиции ЕС на 2030 год (всего 20 млн тонн) по закупке дополнительных 10 млн тонн Н₂ за счет импорта плюс скачок производства еще на 5 млн тонн должны придать новый импульс пе­реходу Казахстана на «зеленую» водород­ную экономику.

ПОДДЕРЖКА ГЕРМАНИИ МОЖЕТ ПОМОЧЬ ДОБИТЬСЯ ПОЛОЖИТЕЛЬНЫХ СДВИГОВ

Как только цена на природный газ снова снизится, широко ожидаемая экологиче­ская премия за возобновляемый водород, скорее всего, все еще будет выплачи­ваться. На данном этапе могут приходить на помощь такие схемы поддержки, как немецкая программа H2Globalдля ком­пенсации разницы в ценах.

Программа H2Global с финансированием в размере 900 млн евро пред­ставляет собой основанный на аукционе механизм для предоставления фиксиро­ванных объемов водорода и его произ­водных из третьих стран по принципу договора о закреплении цены (CfD). Это означает, что Правительство Германии компенсирует разницу между ценами предложения и ценами спроса за счет субсидий.

Цель состоит в том, чтобы использо­вать инновацион­ные немецкие и европейские технологические ноу-хау и сделать их пригодными для использования.

Первоначально приоритет будет отдаваться продуктам хранения энергии, таким как аммиак, метанол и экологи­чески чистое авиационное топливо, поскольку транспортная логистика (мор­ские, железнодорожные и автомобильные перевозки) более развита, в то время как магистральные водородные трубопро­воды все еще должны быть построены. Компания «Hydrogen Intermediary Company GmbH» (HINT.CO) заключит долгосрочные контракты на закупку (HPA на десять лет) на поставку, которые будут выставлены на торги для консорциумов по производству PtX. Стороны спроса, такие как промыш­ленность, транспортные компании и энергетический сектор, будут стремиться заключить краткосрочные контракты на продажу сроком около одного года в фор­ме Соглашений о водородной среде (HSA). Первый раунд аукциона запланирован на 2022 год.

Для эффективности программы H2Global развивающиеся страны также должны быть включены в процесс расши­рения международного рынка и в связи с этим поощряться. В данном контексте развитие производства водорода и спрос на экологически чистый водород требуют адресной поддержки с целью выявления возможностей для водородных проектов, воплощения их в конкретные проектные подходы и поддержки их реализации, а также оказания политической поддерж­ки там, где это необходимо.

Для оказания адресной поддержки Федерального Министерства экономики и защиты климата Германии запустило программу государственно-частного пар­тнерства (ГЧП) «Международная програм­ма по наращиванию производства водо­рода» (H₂Uppp). Он оказывает поддержку малым и средним предприятиям (МСП) в выявлении, подготовке и реализации пилотных проектов по производству и использованию экологически чистого во­дорода, особенно в развивающихся и ди­намично растущих странах. Цель состоит в том, чтобы использовать инновационные немецкие и европейские технологиче­ские ноу-хау и сделать их пригодными для использования. Инициатива по экспорту энергии играет вспомогательную роль через существующие структуры (про­грамма энергетических деловых поездок, формирование консорциума и программа развития проектов) для отбора подходя­щих проектов для конкурса идей H₂Uppp.

ИНФРАСТРУКТУРНЫЕ ПРОБЛЕМЫ ДЛЯ КАЗАХСТАНА

Поскольку соглашения о продаже и лежащие в их основе схемы поддержки не справляются с задачей в одиночку, инфраструктура является недостающим звеном. Для Казахстана крайне важно не только развивать внутренний рынок, но также обеспечить готовность к экспорту, что является сложной задачей.

В этом случае наиболее экономически эффективным видом транспортировки была бы модернизация существующих газопроводов или строительство новых коридоров для водорода для извлечения выгоды из экономии на масштабе. Как пра­вило, сравнительно высокая пропускная способность и высокий уровень TRL при­водят к низким транспортным затратам.

Мета исследования (Рабочий документ HYPAT 01/2021. Fraunhofer ISI) заключают, что транспортировка экологически чи­стого водорода по трубопроводу протя­женностью до 1500 км представляет собой самый дешевый вариант. За исключением очень высокой пропускной способности новые трубопроводы Н₂ протяженностью до 3500 км и переоборудованные трубо­проводы протяженностью около 5000 км являются самым дешевым вариантом менее 1 евро/кг (30 евро / МВт*ч) транс­портируемого водорода. Оба варианта заслуживают политической поддержки и могут быть реализованы в краткосрочной и среднесрочной перспективе.

Однако необходимо разработать альтернативные краткосрочные стратегии транспортировки по железной дороге, морским путем или по автодороге, поскольку строительство трубопроводов либо занимает много времени, либо, как показывает пример планируемого Транс­каспийского трубопровода, недоступно вследствие политической ситуации. Как пример - возможный транзит по трубо­проводу через Россию и Украину. Касательно экспорта, не связанного с трубо­проводами, производные водорода, такие как аммиаки метанол, имеют большую перспективу для экспорта. В частности, аммиак имеет налаженную стоимостную цепочку. При транспортировке на рассто­яния более 5000 км, когда в игру вступают суда, ранжирование на основе затрат между различными вариантами транс­портировки -жидким аммиаком (LNH₃), жидким водородом (LH₂) и носителями жидкого органического водорода (LOHC) - определить сложнее, поскольку затраты на транспортные технологии регулярно рассчитывается с учетом различных уровней TRL и объемов транспортиров­ки в зависимости от источника. Расчет имеет особое значение относительно пути транспортировки, поскольку аммиак используется как в качестве сырья для химической промышленности, так и в качестве носителя водорода. В последнем случае водород отделяется после импорта в центр спроса, то есть связанный водород снова отделяется.

КЛЮЧЕВЫЕ ПРИНЦИПЫ РЕГУЛИРОВА­НИЯ БУДУЩИХ ВОДОРОДНЫХ ИНФРАСТРУКТУР

Наконец, что еще более важно, Казахстан значительно выиграл бы от создания благоприятной, недискриминационной нормативно-правовой среды. В связи с этим создание независимого националь­ного регулирующего органа будет иметь ключевое значение. Приведение казах­станского регулирования в соответствие с нормативными стандартами ЕС и Германии подразумевает независимость Комитета по регулированию естественных монополий - национального органа по надзору за конкуренцией, который в настоящее время действует непосред­ственно под руководством национального Министерства экономики. Для этого будет важно включить в казахстанское зако­нодательство практически выполнимую концепцию национальных регулирующих органов (NRA) как отдельных юридических лиц. Кроме того, ключевые правовые кон­цепции ЕС для сетевых отраслей готовы к принятию:

• Существенный объект. В секторе электроэнергетики и будущего водорода физическая сеть, соединяющая произво­дителей электроэнергии или водорода с потребителями, может рассматриваться как существенный объект. Доступ к сети имеет основополагающее значение для любого, кто хочет продавать или покупать энергию по разумным ценам, поскольку дублирование любой существующей сетевой инфраструктуры либо невозмож­но, либо чрезвычайно дорого. Однако владелец передающей или распредели­тельной сети должен иметь возможность взимать регулируемую плату для создания и обеспечения стимулов для инвестиций в инфраструктуру.

Полное разделение производства и поставки энергии от сетевых операто­ров (например, операторов систем пере­дачи) для стимулирования конкуренции и поощрения прямых иностранных инве­стиций в инфраструктуру. Это означает, что фирма, владеющая и управляющая сетью, не может осуществлять деятель­ность в каком-либо другом конкурентном сегменте цепочки поставок или иметь долю в какой-либо компании, участвую­щей в такой деятельности. С другой сторо­ны, поставщик водорода не должен иметь никакой доли в полностью разделенной сетевой компании. Данная разумная фор­ма разделения решает проблему дискриминационного доступа к сети.

• Принцип доступа третьей стороны гарантирует предоставление доступа вла­дельцами инфраструктур естественных монополий сторонам, не являющимся их собственными клиентами, для обеспече­ния честной конкуренции.

ПРОГНОЗ

Национальное законодательство (вклю­чая закон о ВИЭ) пока не определяет ни правил, ни стандартов для создания стоимостной цепочки водорода. Энергетический диалог между Казахстаном и Германией достиг ушей местных заинте­ресованных сторон из правительства, биз­неса и научных кругов для определения тем дискуссий. Учитывая незавершенную политическую стратегию Казахстана в области водорода, двусторонний энерге­тический диалог между Казахстаном и Германией может придать дополни­тельный стимул для завершения разра­ботки стратегии. Недавние обсуждения в контексте первого семинара по водороду продемонстрировали осведомленность казахстанских заинтересованных сторон о возможностях и проблемах, с которыми сталкивается страна. В решении данных проблем ключевым моментом будет открытие каналов взаимного обучения на постоянной основе. 

Справочно: Водород является важной частью деятельности Немецкого энергетического агентства (dena) в Казахстане. Немецкое энергетическое агентство начало осуществлять свою деятельность в Казахстане более 10 лет назад и в настоящее время не ограничивается только одним направлением. С 2020 года Немецкое энергетическое агентство реализует двусторонний энергетический диалог Казахстан — Германия от имени Федерального Министерства экономики и борьбы с изменением климата Германии, который закреплен в межправительственном Меморандуме о взаимопонимании от 2012 года. Ключевые области сотрудничества, наряду с водородом, включают:

• Межсекторальное повышение энергоэффективности (Дорожная карта энергоэффективности на 2022—2026 годы)
• Развитие возобновляемых источников энергии (аукционы, гибкость электросетей, здания)
• Развитие экосистемы стартапов
• Поддержка гражданского общества по вопросам энергетического перехода
Основными министерствами - партнерами Немецкого энергетического агентства с казахстанской стороны являются:
• Министерство энергетики
• Министерство индустрии и инфраструктурного развития

 Другими важными партнерами являются посольство Германии в Казахстане, представительство Немецкой экономики
в Центральной Азии, KEGOC, KOREM, EEDI, «Жасыл Даму», IGTIC, а также профессиональные ассоциации, такие как Qazaq Green, Ассоциация возобновляемых источников энергии Казахстана, Ассоциация экологических организаций Казахстана и ECOJER. Кроме того, Немецкое энергетическое агентство обращается к международным аналитическим центрам, а также к международным финансовым учреждениям / МФО, таким как ПРООН, GIZ, USAID, ЕБРР, АБР и Всемирный банк.