Индийская HPCL ввела в эксплуатацию установку по производству зелёного водорода мощностью 370 тонн в год

Репортаж от Wedoany，Глобальный энергетический переход всё больше обращает внимание на два типа энергоносителей — «молекулы» и «электроны». Возобновляемая электроэнергия ускоряет декарбонизацию электроэнергетики, однако такие трудно сокращающие выбросы отрасли, как нефтепереработка, металлургия, химическая промышленность, производство удобрений, авиация и судоходство, по-прежнему нуждаются в энергоносителе, который способен одновременно обеспечивать технологическое тепло и выполнять химические функции. Среди множества путей достижения нулевого уровня выбросов зелёный водород рассматривается как один из наиболее жизнеспособных вариантов.

Для нефтеперерабатывающей отрасли зелёный водород — это одновременно и возможность, и необходимость. В настоящее время мировой спрос на водород приближается к 100 миллионам тонн в год, при этом более 95% этого объёма потребляется нефтепереработкой, производством аммиака, метанола и химической промышленностью. Только на нефтепереработку приходится от 15% до 20% общего потребления, что делает её одним из крупнейших промышленных потребителей водорода в мире. Однако более 99% мирового водорода по-прежнему производится из ископаемого топлива, в основном методом паровой конверсии метана (SMR) и газификации угля, что характеризуется высокой углеродоёмкостью. Переход от серого к зелёному водороду становится одним из наиболее значимых направлений промышленной декарбонизации.

Водород не является чем-то новым для нефтеперерабатывающих заводов. Современный НПЗ потребляет десятки тысяч тонн водорода в год для переработки сырой нефти в более чистое транспортное топливо. По мере ужесточения спецификаций на топливо внутренний спрос на водород на НПЗ продолжает расти. Эта возможность особенно ярко проявляется в Индии. Индийские НПЗ в совокупности потребляют около 2–3 миллионов тонн водорода в год, который в настоящее время производится преимущественно на основе ископаемого топлива. Поскольку НПЗ уже располагают полной инфраструктурой для производства, обработки, хранения, сжатия, очистки и распределения водорода, они рассматриваются как один из наиболее быстрых каналов внедрения промышленного зелёного водорода. Речь идёт не столько о создании нового спроса на водород, сколько о декарбонизации существующего и стратегически важного промышленного сырья.

В глобальном масштабе ряд нефтеперерабатывающих компаний оценивают или реализуют проекты в области зелёного водорода. В Европе уже появились крупномасштабные инвестиции в интеграцию электролизного производства водорода с нефтеперерабатывающими операциями. Крупные энергетические компании также изучают масштабные проекты, сочетающие возобновляемую генерацию с производством водорода, с целью снижения выбросов на НПЗ и производства устойчивого топлива. Вследствие этого НПЗ всё чаще рассматриваются как «якорные потребители» формирующейся водородной экономики.

В рамках Национальной миссии по зелёному водороду (National Green Hydrogen Mission) Индия поставила чёткие цели, рассматривая водород как стратегическую опору для достижения энергетической независимости и видения нулевого уровня выбросов. Миссия предусматривает создание к 2030 году мощностей по производству зелёного водорода объёмом 5 миллионов тонн в год с сопоставимым объёмом инвестиций около 200 миллиардов рупий. Для достижения этой цели потребуется около 250–275 тераватт-часов возобновляемой электроэнергии в год. При расходе электроэнергии 50–55 кВт·ч на производство 1 кг зелёного водорода требуемая интегрированная мощность возобновляемых источников энергии составит примерно 45–60 ГВт в зависимости от коэффициента использования установленной мощности.

Ожидается, что нефтеперерабатывающая отрасль сыграет ключевую роль в этом переходе. Интеграция зелёного водорода в технологические процессы НПЗ позволяет напрямую сокращать выбросы без кардинальной перестройки технологических установок. Ряд индийских нефтеперерабатывающих компаний уже объявили о своих инициативах в области зелёного водорода, пилотных проектах и планах коммерческого развёртывания. Hindustan Petroleum Corporation Limited (HPCL) ввела в эксплуатацию установку по производству зелёного водорода мощностью 370 тонн в год на своём НПЗ в Вишакхапатнаме, став первым нефтеперерабатывающим предприятием в Индии, которое производит и фактически использует зелёный водород в своей деятельности. Подобные проекты позволят накопить эксплуатационный опыт для последующего масштабирования и коммерциализации.

Хотя НПЗ являются естественной отправной точкой, сфера применения зелёного водорода выходит далеко за их пределы. Сталелитейная промышленность изучает процессы прямого восстановления железа (DRI) на основе водорода для замены угольных маршрутов восстановления; производители удобрений осваивают производство зелёного аммиака; авиационный и морской секторы исследуют устойчивое топливо на основе водорода; длительное хранение энергии и водородный транспорт также рассматриваются как перспективные направления роста. Однако большинство этих применений всё ещё находятся на пути от пилотных проектов к коммерческим масштабам. Ценность НПЗ заключается в том, что они обеспечивают немедленную и зрелую базу спроса, способную ускорить развёртывание электролизёров, расширение производства и создание цепочек поставок.

Интеграция зелёного водорода в нефтеперерабатывающие операции — это не простая замена. Производство зелёного водорода тесно связано с поставками возобновляемой электроэнергии, что вносит новую системную сложность. Например, для НПЗ с суточным производством водорода 100 тонн, при полном удовлетворении спроса за счёт электролиза, потребуется около 5–5,5 ГВт·ч электроэнергии в день. Мощность возобновляемых источников энергии, интеграция в энергосеть, конфигурация систем хранения и эффективность электролизёров становятся определяющими факторами экономической жизнеспособности проекта. Электролизёры должны эффективно работать в условиях колебаний мощности, одновременно удовлетворяя требованиям непрерывной подачи водорода в технологические процессы НПЗ. Среди существующих технологий щелочные электролизёры остаются наиболее зрелым и коммерчески проверенным решением с относительно низкими капитальными затратами и развитой цепочкой поставок, однако их гибкость при работе на низких нагрузках ограничена. Электролизёры с анионообменной мембраной (AEM) становятся привлекательной альтернативой благодаря лучшей динамической реакции и способности работать в более широком диапазоне входной мощности. В будущем на НПЗ всё чаще могут применяться гибридные конфигурации, сочетающие экономичность щелочных систем с гибкостью технологии AEM.

В принципе, каждый килограмм серого водорода, потребляемый сегодня НПЗ, в конечном счёте может быть заменён зелёным водородом, однако практическое продвижение зависит от масштабов, экономической эффективности, интеграции инфраструктуры и доступности возобновляемой электроэнергии. Крупные НПЗ ежедневно потребляют сотни тонн водорода, что требует электролизных мощностей в сотни мегаватт и значительных активов в области возобновляемой энергетики. На стоимость зелёного водорода по-прежнему сильно влияют цены на электроэнергию, капитальные затраты на электролизёры, коэффициент использования установки и системная эффективность. Требования к чистоте водорода, системы сжатия, хранилища и интеграция с водородными сетями НПЗ также требуют индивидуальной оптимизации. Управление прерывистостью является ключевой задачей: НПЗ работают непрерывно, тогда как выработка возобновляемой энергии колеблется в течение суток. Решение этого несоответствия требует скоординированной работы гибких электролизёров, хранения водорода, подключения к энергосети и передовых систем управления энергопотреблением.

Долгосрочная конкурентоспособность зелёного водорода будет в значительной степени определяться прогрессом в области электрохимической инженерии, материаловедения и системной интеграции. Электроэнергия обычно составляет от 60% до 70% стоимости производства зелёного водорода, поэтому снижение удельного расхода электроэнергии становится ключевой технологической целью. Усовершенствования в дизайне катализаторов, мембранных материалах, структуре электродов, сепараторных технологиях и инженерии электролизных блоков позволят повысить эффективность, одновременно улучшая долговечность и замедляя деградацию характеристик. Цифровая диагностика, предиктивное обслуживание и интеллектуальные системы управления технологическими процессами также повысят надёжность оборудования и экономическую эффективность на всём жизненном цикле.

HP Green R&D Centre (HPGRDC), расположенный в Бангалоре, является ключевым узлом этого перехода. Центр стал одним из ведущих индийских институтов инноваций в области водородных технологий, охватывая исследования всей цепочки создания стоимости водорода, включая разработку электролизёров, передовые электрокатализаторы, хранение водорода, транспортное применение и системную интеграцию. С 2020 года HPGRDC последовательно реализует дорожную карту зелёного водорода, охватывающую производство, использование, хранение и транспорт, и добился ряда первых в своём роде результатов, включая разработку технологии электролизёров с анионообменной мембраной (AEM) и доведение её до масштаба мегаваттных систем. Кроме того, HPCL построила водородную заправочную станцию вблизи Вишакхапатнама, завершив полную цепочку создания стоимости водорода — от производства и заправки до конечного применения.

Будущее устойчивой нефтепереработки будет неразрывно связано с глубиной интеграции зелёного водорода. Учитывая мировой спрос на водород, приближающийся к 100 миллионам тонн в год, и цель Индии по созданию к 2030 году мощностей по производству зелёного водорода объёмом 5 миллионов тонн в год, НПЗ находятся в уникальном положении, чтобы стать якорными потребителями возобновляемого водорода. Достижение значимой декарбонизации — это не просто установка электролизёров; это зависит от системного подхода, охватывающего интеграцию возобновляемой энергетики, гибкое производство водорода, передовые системы хранения, цифровую оптимизацию и непрерывные инновации по всей цепочке создания стоимости. НПЗ, которые раньше других примут этот переход, не только снижают собственный углеродный след, но и обеспечивают себе место в формирующейся водородной экономике.