Дайджест по развитию водородной энергетики

№1, 10 сентября, 2021 г. ДАЙДЖЕСТ по развитию водородной энергетики в мире и Республике Узбекистан Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2021 г.

\"Наш регион, располагающий огромными ресурсами возобновляемой энергии, имеет большие возможности для развития \"зелёной экономики\"\" Президент Республики Узбекистан Ш.М. Мирзиёев “Дайджест по развитию водородной энергетики в мире и Республике Узбекистан” - Т.: 2021. С.16. “Дайджест по развитию водородной энергетики в мире и Республике Узбекистан” подготовлен Научно-техническим центром при Министерстве Инновационного развития Республики Узбекистан. Ответственные исполнители: Абдувалиев А.А. к.э.н., с.н.с. Мусаева Р.А. Барбу Г.Ф. Верстка и дизайн: Райимжонов Х. © Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан, 2021 г. 2

Содержание 4 Мировая тенденция и зарубежный опыт развития водородной энергетики 10 Водородная энергетика и технологии производства 12 Состояние водородной отрасли в Узбекистане 16 Источники 3

Мировая тенденция и зарубежный опыт развития водородной энергетики В целях защиты окружающей среды и активного формирования основ \"зеленой экономики\" в рамках Парижского соглашения, нарастает необходимость внедрения водородной энергетики взамен традиционным источникам энергии. Водород обладает всеми качествами, чтобы стать идеальным вариантом для удовлетворения энергетических потребностей человека в будущем [1]. Главные направления использования водорода сегодня – в нефтепереработке и в химической промышленности (для производства различных товаров, в первую очередь – аммиака и метанола). Энергетическое использование водорода, по данным \"ARENA\", оценивается всего в 1-2% от общих объемов его потребления [2]. В рамках проекта Ene-Farm в Японии за 2019 год было установлено 50 тыс. домашних когенерационных микроэлектростанций на ТЭ, их общее количество увеличилось до 300 тыс. Водородная программа Японии предусматривает ввод 1,4 млн. ТЭ к 2020 году, 5,3 млн. – к 2030 году. Власти Японии пообещали в 2020 году обслуживать всех гостей Олимпиады на водородных автомобилях с использованием 40-50 тыс. легковых автомобилей и автобусов на водородных топливных батареях и 90-100 водородных автозаправочных станций (ВАЗС). К 2025 году число зарегистрированных в стране машин, работающих на водороде, предполагается довести до 200 тыс., а к 2030 году – до 800 тыс. Рынок микро-электростанций активно развивается также в Южной Корее, отдельных штатах США (Калифорния) и странах Европейского Союза – при активной поддержке государства. В 2017 году была запущена общеевропейская инициатива Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU), которая объединила 89 регионов и городов из 22 стран Европы. Ее участники используют водородные технологии в своих стратегиях в рамках \"энергетического перехода\" за счет реализации проектов общей стоимостью 1,8 млрд. евро в течение пяти лет. В 2018-2019 годах водородные стратегии приняли Австралия, Южная Корея, Германия, Великобритания, отдельные штаты США. 4

Мировая тенденция и зарубежный опыт развития водородной энергетики Канада первой в мире интегрировала водород в городской транспортный автопарк. Канадская компания \"Ballard\" поставила первые ячейки на автобусы Ванкувера еще в 1995 году. За четверть века технологии были отработаны, и транспорт ездит исправно. С 2005 года аналогичный принцип активно используется в Нидерландах, Испании, Германии, Италии, Люксембурге, Исландии. К примеру, в т.г. Цюрих купил 130 автобусов Hyundai на водороде плюс к уже имевшимся 150-160 единицам. Основной рывок запланирован на 2021-2023 годы. Масштабные проекты по водородизации городского транспорта реализуются также в Австралии и Китае. На автосалоне в Ганновере в 2019 году все крупные производители легковых автомобилей представили свои модели на водороде, включая Audi, BMW, Daimler, Ford, GM, Mercedes-Benz. Легковые электромобили помимо сжатого водорода и ТЭ имеют в системе буферную аккумуляторную батарею для холодного старта и поддержки пиковых нагрузок и ускорении.̆ Выходная мощность серийных моделей – 70-130 кВт, максимальная скорость – 160 км/ч (лимитирована системой программного контроля), потребление водорода – 0,76 –1 кг H2/100 км, водород под давлением 700 бар, дальность – 385-750 км. Максимальной дальностью поездки в 750 км на одной заправке в 2019 году обладает серийный автомобиль Honda Clarity. В марте 2019-го в Китае был представлен амбициозный концепт-кар Grove, внешне похожий на модели Maserati с дверями в форме бабочки, ТЭ на водороде и дальностью хода 1000 км с выходом на серийное производство в 2020 году. 5

Мировая тенденция и зарубежный опыт развития водородной энергетики Европейский союз, в свою очередь, одобрил программу \"Водородный коридор\" (H2 live), которая предусматривает строительство ВАЗС в 20 минутах езды от потребителя к 2020 году и в 10 минутах езды – к 2030 году. По данным на май 2018 года, Германия уже ввела 180 ВАЗС и к 2023 году их количество превысит 500 шт. Ряд стран декларирует намерение создать парк водородных электромобилей до 1 млн. шт. к 2030 году – в сумме эти планы приближаются к отметке в 4,6 млн. шт. С т.г. по маршруту Букстехуде – Куксхафен в земле Нижняя Саксония (Германия) начнут курсировать два первых поезда с водородным топливом \"Coradia iLint\". Разработчик, компания \"Alstom\", планирует поставить только для этого района 14 таких поездов к 2021 году. 6

Водородная энергетика и технологии производства В докладах экспертов по водородным технологиям \"Hydrogen Council\" отмечено, что к 2050 году на водород придется 18% всех энергетических потребностей мира. По другим прогнозам, к этому времени мировое потребление водорода вырастет до 370 млн. тонн в год (к 2100 году – до 800 млн. тонн) [3]. Спрос на развитие водородной энергетики обусловлен дальнейшей декарбонизацией и низкоуглеродным развитием, направленными на сокращение выбросов парниковых газов на 80-100% к 2050 году. Страны Декларируемые вклады в смягчение изменений климата США к 2025 г. сократить выбросы ПГ на 26-28% от уровня 2005 г. Канада Германия к 2030 г. – на 30% от уровня 2005 г. к 2030 г. – на 40-55% от уровня 1990 г., Франция к 2050 г. – на 80-95%. Норвегия к 2030 г. – на 40% от уровня 1990 г. Бразилия Мексика к 2030 г. – на 40% от уровня 1990 г. к 2025 г. – на 37% от уровня 2005 г. к 2030 г. – на 22-36% от базовой линии. Китай к 2030 г. сократить удельные выбросы ПГ на 1 долл. ВВП на 65% с выходом на пик по абсолютной величине выбросов ПГ не позднее 2030 г. Австралия к 2030 г. – на 26-28% от уровня 2005 г. Принято разделять водород на 3 вида: 1) \"серый\" – из угля, нефти и газа; 2) \"голубой\" – ПГУ ТЭС или АЭС с технологией CCS (Carbon Capture and Sequestration); 3) \"зеленый\" – из воды (ВИЭ). 7

Водородная энергетика и технологии производства Согласно недавним исследованиям \"Wood Mackenzie\", сегодня 99% водорода является \"серым\" и \"голубым\", создавая огромный углеродный след. Исходя из этого, некоторые виды водорода не могут быть использованы в качестве будущей стратегии водородной энергетики. Производство водорода, строительство новых, так и реконструкция существующих газопроводов энергозатратны и обходятся достаточно дорого [4]. На сегодняшний день самым доступным и дешевым способом производства водорода является паровая конверсия. Водород получают из лёгких углеводородов путем реформирования парового природного газа. Однако, в эпоху глобального потепления данный вид водорода (\"серый\") не может быть использован в рамках водородной энергетики будущего, так как паровая конверсия метана приводит к эмиссии углекислого газа – 10 кг СО2/ кг H2 [5]. Благодаря технологии CCS побочный углекислый газ (CO2) улавливается и хранится в специальных хранилищах. Таким способом производится \"голубой\" водород из природного газа. Данная технология пока еще не имеет широкой коммерциализации по всему миру. \"Port Arthur\" в США, \"Quest\" в Канаде и \"Tomakomai\" в Японии – 3 проекта, которые включили в свои разработки паровую конверсию метана и частичное использование технологии CCS. В апреле 2019 года Япония совместно с Австралией успешно представили пилотный проект по получению \"голубого\" водорода \"Hydrogen Energy Supply Chain\". Проект перейдет в коммерческую фазу после 2030 года. \"Голубой\" водород будет получен из больших запасов бурового угля Австралии. \"Зеленый\" водород считается самым экологичным и чистым топливом, произведенным в процессе электролиза, электроэнергия для которого получается от возобновляемых источников. Одной из лидирующих стран по производству ВИЭ (возобновляемые источники энергии) является Испания. 8

Водородная энергетика и технологии производства Страна намерена инвестировать значительные средства на производство чистых водородных электролизёров мощностью 4 ГВт в ближайшие 10 лет. Эти электролизёры – основной способ производства зеленого водорода – используют электричество для разделения воды на газообразный водород и газообразный кислород. Когда водород сжигается в топливном элементе, он насыщается кислородом и снова превращается в воду [6]. Еще одним из масштабных проектов является строительство крупнейшего в мире завода по производству экологически чистого водорода. Саудовская Аравия совместно с американским газовым концерном \"Air Products & Chemicals\" планируют осуществить данный проект в 2025 году. Завод будет работать только на энергии солнца и ветра и будет поставлять по 650 тонн водорода в день. Чили реализовали проект \"HyExproject\", в рамках которого в стране была построена первая солнечная ферма, в задачу которой входит производство 24 000 тонн водорода в год в процессе электролиза. Данный проект направлен на развитие \"зеленой\" энергетики\" в стране. 9

Состояние водородной отрасли в Узбекистане В настоящее время доля возобновляемых источников энергии в топливно- энергетическом балансе страны не превышает одного процента. В то же время потенциал возобновляемых источников энергии Узбекистана составляет около 51 млрд. тонн нефтяного эквивалента, технический потенциал более – 179 00,0 млн. тонн нефтяного эквивалента [7]. В структуре первичных энергоресурсов, используемых для производства электрической и тепловой энергии, газовое топливо составляет 92%, мазут и уголь – примерно в равных долях. На предприятиях угольной промышленности добывается до 3,6 млн. тн. угля, газа путем подземной газификации производится 222 млн. м3. [8] (Рис.-1) 4% 4% 92% Природный газ Уголь Мазут Рис.-1. Структура потребления топлива на теплоэлектрических станция Источник: https://unece.org/fileadmin/DAM/energy/se/pdfs/ee21/EE21_Subregional_projects/UzbekistanAbdusal amov-Rus02a.pdf Узбекистан присоединился к Парижскому соглашению ООН по климату в апреле 2017 года и взял на себя обязательства по уменьшению выбросов парниковых газов в атмосферу. В связи с этим, Национальная политика нашего государства предусматривает внедрение альтернативных источников энергии, а именно использование водорода в качестве экологически чистого топлива и топливных элементов. 10

Состояние водородной отрасли в Узбекистане Водород может заменить нынешние уголь, нефть и природный газ. По различным прогнозам, это начнет происходить с 2040 года. За счет излишек от большого объема энергии, получаемой за счет переменных возобновляемых источников энергии, можно получать водород, хранить его какое- то время и использовать в качестве компенсации в условиях дефицита энергии [10]. На сегодняшний день в нашей стране в лабораторных условиях разработана перспективная технологическая схема и комплексная установка, где ведутся экспериментальные работы по получению водорода. Установка состоит из нескольких отдельных самостоятельных технологических узлов, в частности, фотопреобразователя, электролиза воды и других. Основной акцент при ведении экспериментальных работ обращен на процесс электролиза. Полученный водород после осушки и очистки анализировался на степень чистоты, и было установлено, что достигнут практически чистый водород, положительно отличающийся от полученного другими методами [11]. 1. Постановление Президента Республики Узбекистан “О мерах по дальнейшему совершенствованию государственной политики в сфере науки и государственного управления в области инновационного развития” № ПП-5047 01.04.2021 г.; 2. Постановление Президента Республики Узбекистан “О мерах по развитию возобновляемой энергетики в Республике Узбекистан” № ПП-5063 09.04.2021 г.; 3. Постановление Президента Республики Узбекистан “О дополнительных мерах по сокращению зависимости отраслей экономики от топливно-энергетической продукции путем повышения энергоэффективности экономики и задействования имеющихся ресурсов” ПП-4779 10.07.2021 г.; 11

Состояние водородной отрасли в Узбекистане 4. Указ Президента Республики Узбекистан “О совершенствовании системы государственного управления в сфере развития научной и инновационной деятельности” № УП-6198 01.04.2021 г. На сегодняшний день меняется структура потребности в энергетических ресурсах, в частности при переходе от углеводородных ресурсов к возобновляемым источникам энергии актуальным становится вопрос развития водородной энергетики. Вместе с тем, анализ состояния сферы показывает наличие проблем, связанных с обеспечением в республике эффективной, ресурсосберегающей и экологически безопасной экономики в условиях изменения климата. В частности, ускоренная индустриализация и рост численности населения в ощутимой степени повышают потребность экономики в энергетических ресурсах, а также увеличивают негативное антропогенное воздействие на окружающую среду. Для укрепления энергетической безопасности республики требуется создание необходимых условий для расширения возможностей использования возобновляемых источников энергии и стабильного развития водородной энергетики, включая усиление научного потенциала данной сферы. Согласно Постановлению Президента Республики Узбекистан \"О мерах по развитию возобновляемой и водородной энергетики в Республике Узбекистан\" № ПП-5063 от 09.04.2021 г., создан \"Национальный научно-исследовательский институт возобновляемых источников энергии\" при Министерстве энергетики (на базе ООО \"Международный институт солнечной энергии\" Академии наук). В соответствии с пунктом 15 Приложения №1 Указа Президента Республики Узбекистан \"О совершенствовании системы государственного управления в сфере развития научной и инновационной деятельности\" УП-6198 от 01.04.2021 г. под руководством Министерства инновационного развития, Министерства энергетики, Академии наук, Института материаловедения предусмотрена реализация проекта \"Создание экспериментальной модели устройства на основе солнечной энергии, предназначенного для производства водорода 12

Состояние водородной отрасли в Узбекистане Целью данного проекта является разработка опытного образца установки для получения водорода как энергоносителя электролизом воды с использованием энергии лучистого потока Солнца. По завершению проекта планируется внедрение установки в Институте материаловедения для получения водорода, кислорода, а также для освещения территории института от автономной фотоэлектрической станции мощностью 10 кВт. Эффективность установки состоит в том, что на стенде можно получить водород, кислород электролизом воды с использованием энергии солнца, а также можно избыток электрической энергии использовать для нужд института. Кроме того, Министерством инновационного развития Узбекистана в сотрудничестве с Министерством энергетики, Министерством экономического развития и сокращения бедности, Министерством высшего и среднего специального образования и Академией наук создан \"Научно-практический инновационный центр технологий водородной энергетики\". Центр объединит возможности научных и высших учебных заведений в развитии отрасли, создаст полигон для исследований, расширит сотрудничество с зарубежными исследовательскими центрами и послужит учебной базой для докторантов, студентов и магистров. В Постановлении Президента Республики Узбекистан “О дополнительных мерах по сокращению зависимости отраслей экономики от топливно-энергетической продукции путем повышения энергоэффективности экономики и задействования имеющихся ресурсов” ПП-4779 от 10.07.2021 г. Министерством инновационного развития, Министерством экономического развития, Министерством энергетики и Академией наук предусмотрена разработка долгосрочной национальной стратегии по развитию водородной энергетики, которая включает в себя 3 механизма реализации: 1. Внесение в Кабинет Министров предложения по перспективам использования водородного топлива, подготовки кадров, стимулирования научно- исследовательских и опытно-конструкторских разработок; 13

Состояние водородной отрасли в Узбекистане 2. Изучение возможности производства \"зеленого водорода\" из возобновляемых источников энергии и внесение в Кабинет Министров конкретных предложений; 3. Разработка национальной стратегии по развитию водородной энергетики. Кроме того, Постановлением Президента Республики Узбекистан “О дополнительных мерах по сокращению зависимости отраслей экономики от топливно-энергетической продукции путем повышения энергоэффективности экономики и задействования имеющихся ресурсов” определено привлечение грантовых средств Глобального экологического фонда и других международных финансовых институтов для установки возобновляемых источников энергии на объектах социальной сферы. Данные меры направлены на повышение энергоэффективности, широкое внедрение энергосберегающих технологий и возобновляемых источников энергии, кардинальное снижение энергоемкости отраслей экономики и социальной сферы путем вовлечения имеющихся ресурсов и незадействованного потенциала с учетом передового зарубежного опыта, а также обеспечение рационального и эффективного использования топливно- энергетических ресурсов. 14

Источники 1. Dincer I., Joshi A.S. (2013) Hydrogen. In: Solar Based Hydrogen Production Systems. SpringerBriefs in Energy. Springer, New York, NY. //doi.org/10.1007/978-1-4614-7431-9_1 2. Opportunities for Australia from Hydrogen Exports, ACIL Allen Consulting for ARENA, August 2018. https://arena.gov.au/assets/2018/08/opportunities-for-australia-from-hydrogen- exports.pdf 3. Наталья Гриб. Водородная энергетика: мифы и реальность. Ж. Нефтегазовая отрасль. https://www.ngv.ru/magazines/article/vodorodnaya-energetika-mify-i-realnost/ 4. Claudia Kemfert DIW und Leuphana Universität (2020). Wasserstoff/ Grün und effizient. https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/deed.de)veröffentlicht. 5. Татьяна Митрова, Юрий Мельников, Дмитрий Чугунов, соавтор Алия Глаголева. Водородная экономика - путь к низкоуглеродному развитию (2019), 20 с. https://energy.skolkovo.ru/downloads/documents/SEneC/Research/SKOLKOVO_EneC_Hydr ogen-economy_Rus.pdf 6. Рамблер. Водородная энергетика: мифы и реальность // https://news.rambler.ru/science/45164668/?utm_content=news_media&utm_medium=rea d_more&utm_source=copylink 7. Джамшид Абдусаламов. Национальный доклад по Республике Узбекистан в рамках проекта Европейской экономической комиссии ООН \"Повышение синергетического эффекта национальных программ стран-членов СНГ по энергоэффективности и энергосбережению для повышения их энергетической безопасности\". 21с. https://unece.org/fileadmin/DAM/energy/se/pdfs/ee21/EE21_Subregional_projects/Uzbeki stanAbdusalamov-Rus02a.pdf 8. Джамшид Абдусаламов. Национальный доклад по Республике Узбекистан в рамках проекта Европейской экономической комиссии ООН \"Повышение синергетического эффекта национальных программ стран-членов СНГ по энергоэффективности и энергосбережению для повышения их энергетической безопасности\". 21с. https://unece.org/fileadmin/DAM/energy/se/pdfs/ee21/EE21_Subregional_projects/Uzbeki stanAbdusalamov-Rus02a.pdf 9. Джамшид Абдусаламов. Национальный доклад по Республике Узбекистан в рамках проекта Европейской экономической комиссии ООН \"Повышение синергетического эффекта национальных программ стран-членов СНГ по энергоэффективности и энергосбережению для повышения их энергетической безопасности\". 21с. https://unece.org/fileadmin/DAM/energy/se/pdfs/ee21/EE21_Subregional_projects/Uzbeki stanAbdusalamov-Rus02a.pdf 10. Какое место займет водород в альтернативной энергетике Узбекистана? // https://nuz.uz/nauka-i-tehnika/1187128-kakoe-mesto-zajmet-vodorod-v-alternativnoj- energetike-uzbekistana.html 11. Нефть России. ЭнергоБеларусь - Узбекистан перейдет на водородную энергетику (energobelarus.by) // https://energobelarus.by/news/V_mire/uzbekistan_pereydet_na_vodorodnuyu_energetiku/ 15

Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2021 г.