Внедрение новых видов топлива сталкивается с проблемой транспортировки

Варианты транспортировки водорода. Инфографика «НГ»

По мере возрастания спроса на потребление водорода увеличивается необходимость в развитии как транспорта от мест его производства до конечного потребителя, так и хранения.

Транспортировка водорода может осуществляться трубопроводным транспортом, с помощью контейнерных перевозок, а также в криогенных цистернах и даже в дирижаблях или в носителях, таких как аммиак или гидриды металлов.

Основным способом транспортировки водорода остаются трубопроводы. Водородные трубопроводы эксплуатируются под давлением 0,5–3 МПа и выше и имеют диаметр 250–300 мм. Существует несколько вариантов трубопроводной транспортировки газообразного водорода:

– по специальным водородным трубопроводам;

– по существующим трубопроводам, предназначенным для природного газа.

К 2040 году эксперты прогнозируют водородную сеть протяженностью 23 тыс. км, 75% которой будет состоять из переоборудованных газопроводов.

На сегодняшний день самый протяженный водородный трубопровод связывает Германию и Бельгию и составляет около 400 км.

Пока в Германии исходят из возможности переоборудования существующих систем газовых трубопроводов для транспортировки водорода. Все имеющиеся на сегодня исследования говорят о том, что перекачка чистого водорода по трубопроводам представляет собой труднейшую инженерную задачу. Она связана с тем, что водород обладает высокой проницаемостью и при его прокачке по металлическим трубопроводам возникает явление водородного охрупчивания металлических трубопроводов. Поэтому пока все исследования направлены на то, чтобы подобрать годную для транспортировки по имеющимся газопроводам метано-водородной смеси. Они указывают на возможность. Однако есть вариант транспортировки водородного топлива в составе природного газа с концентрацией водорода до 20%, не проводя серьезной реконструкции газопроводов. Введение водорода в существующую газотранспортную сеть с концентрацией от 5 до 20% при сжигании метано-водородной смеси (МВС) поможет снизить выбросы углекислого газа в атмосферу примерно в два раза. Таким образом, результаты исследований позволяют сделать вывод о том, что при транспортировке метано-водородной смеси по действующим газопроводам для обеспечения потребителей тем же количеством энергии, что и при перекачке природного газа, следует повышать давление на входе пропорционально увеличению концентрации водорода в метано-водородной смеси для компенсации потерь давления по длине газопровода, которые возникают вследствие изменения физических показателей метано-водородной смеси при увеличении содержания в ней водорода. С точки зрения ряда руководителей «Газпрома», транспортировка метано-водородной смеси уже на этапе предварительных проработок признается нерентабельной, пояснил Константин Романов, начальник отдела департамента перспективного развития и генеральный директор ООО «Газпром водород», в ходе Петербургского международного газового форума два года назад. По заключению специалиста, «оптимально для производства водорода – ближе к крупному потребителю – проще и менее затратно транспортировать природный газ». Он также привел пример транспортировки растворенного водорода в толуоле – это всего 10% водорода, а остальное – растворитель.

«Технологии для транспортировки водорода будут ключевыми для развития глобального рынка. И мы понимаем, что сжиженный метан – это минус 160 градусов, сжиженный водород – это минус более 250 градусов.

Я не говорю, что это будет единственная схема, но учитывая технические и экономические параметры, все-таки транспортировка природного газа и затем производство из него водорода пока вырисовываются как наиболее оптимальная схема», отметил Романов.

Однако буквально пару месяцев назад в Германии были опубликованы результаты исследований о транспортировке водорода по имеющимся газотранспортным трубопроводам. В результате проведенного изучения в Германии делают вывод, что немецкая газотранспортная система вполне подходит для транспортировки водорода. К этому выводу пришел, согласно изданию Verkehrsrundschau, крупнейший европейский транспортер газа Open Grid Europe, который провел исследование вместе с учеными Штутгартского университета. Исследование было проведено по заказу немецкого объединения газо- и водоснабжения (DVGW). Образцы стали, из которых сооружены газопроводы, были подвергнуты воздействию водорода, который, как известно, гораздо агрессивнее газа и должен перекачиваться под большим давлением.

Результаты исследования в лаборатории металловедения Штутгартского университета продемонстрировали способность немецкой и европейской стали, из которой в Германии изготовлены газопроводы, успешно противостоять условиям эксплуатации при использовании вместо природного газа водорода.

Если обратиться к опубликованному самой компанией Open Grid Europe исследованию, то в нем указывается, что с примесью 10% водорода метано-водородная смесь может успешно транспортироваться по немецкой газотранспортной системе.

Что касается перекачки чистого водорода, то в исследовании говорится о принципиальной возможности перекачки и о том, что исследователи не нашли принципиальных различий, что касается стальных газопроводов для перекачки водорода вместо газа. Такая перекачка, по заключению специалистов, может осуществляться десятилетиями без видимых признаков коррозии и разрушения стальных труб. Правда, в заключении исследования говорится о том, что поскольку у исследователей были ограниченные образцы, которые не покрывают всю палитру состава немецкой газотранспортной системы, для ее изучения требуются дальнейшие исследования.

Чтобя проверить состав сталей газопроводов и их установок на возможность перекачки водорода брались точечные пробы. Причем речь идет о 100-процентном водороде без примеси метана. Исследование продолжалось почти три года (было начато в 2020 году). Результаты исследования подписаны Михаэлем Штайнером и Ульризхом Маревски из Open Grid Europe GmbH, а также Хорстом Штихером из Штутгартского университета.

Но из сделанных выводов скорее всего следует, что примененные для изготовления немецких газопроводных труб стальные сплавы (во всяком случае, те, которые исследовались) скорее всего демонстрируют повышенные качества в сравнении с материалом, из которого изготовлены российские газопроводные трубы, и именно этим объясняются различные выводы российских и немецких экспертов по проблеме использования существующих газотранспортных систем для транспортировки чистого водорода.

Конечно, нельзя сбрасывать со счетов и заинтересованность некоторых специалистов, прежде всего из рядов «Газпрома», в продолжении поставок природного газа, который также является сырьем для производства водорода. Но в Европе, как известно, окончательно сделали ставку на водород, полученный способом диализа воды.

Немецкая газотранспортная система составляет 550 тыс. км, и в ее создание было вложено 300 млрд евро. По данным главы Немецкой научно-технической ассоциации газа и воды Геральда Линке, потребуется замена отдельных элементов как в самих трубах, так и в перекачивающих станциях. Но эти изменения обойдутся примерно в 30 млрд евро, и главное, не потребуется создания новой транспортной системы.