|
| | | | Проблемы современной экономики, N 2 (94), 2025 | | | | ЭКОНОМИКА И ЭКОЛОГИЯ | | | |
| | Ветрова М. А.
доцент кафедры экономики предприятия, предпринимательства и инноваций
Санкт-Петербургского государственного университета,
кандидат экономических наук
| | | | В статье анализируется возможности реализации кластерного подхода для формирования инновационной водородной отрасли с целью низкоуглеродного развития российских предприятий и промышленных комплексов на основе анализа передового опыта применения инструментов водородной энергетики для декарбонизации производственно-технологических процессов, рыночных и технологических ограничений, а также приоритезации отраслей по критериям объема эмиссии СО2 и экономической целесообразности. | | Ключевые слова: климатическая повестка, водородная энергетика, низкоуглеродная экономика, декарбонизация производственно-технологических процессов, кластеризация отраслей | | УДК 338.1+338.2 338.4; ББК 65.2/65.4 Стр: 228 - 232 |
Введение. Согласно исследования IFoA о Глобальных рисках для процветания человечества, экономические последствия изменения климата недооцениваются как бизнес-структурами и неправительственными организациями, так и правительствами большинства стран. В период с 2070 по 2090 годы мировая экономика может столкнуться с сокращением ВВП до 50% из-за массовой смертности, миграции населения, увеличения глобальных конфликтов, а также учащения стихийных бедствий в результате развития климатического кризиса [1]. Для РФ проблемы изменения климата являются остро актуальными, их последствия выражаются в прямых потерях в результате лесных пожаров, засух, таяния ледников. Согласно исследованию Международного коллектива климатологов, за последние 40 лет самые быстрые и экстремальные климатические изменения на Земле происходят в Арктической зоне. Так, наиболее значительные изменения наблюдаются в дальневосточной сибирской тундре и по всей центральной Сибири, где 99% территории испытывает не только потепление, но и высыхание. Около 34% территории арктической тундры, северной тайги и болот, без учета пожаров, из поглотителей климатически активных газов превратились в эмитентов [2]. Вместе с тем, именно в зоне вечной мерзлоты сосредоточены активы российских добывающих компаний, в результате таяния которой ущерб для промышленных гражданских объектов в российской Арктике к 2050 году может составить 7 трлн руб. [3].
Мировым сообществом достигнут консенсус в вопросе необходимости достижения углеродной нейтральности экономического роста, что подтверждается ратифицированным Парижским соглашением 194 странами и ЕС, которое направлено на сокращение эмиссии парниковых газов (ПГ) и удержание роста глобальной средней температуры в пределах 1,5–2°C до конца XXI века [4, 5]. Однако, странами не выработан единый подход к декарбонизации экономики, так 21 января 2025 года США подписали указ о выходе из Парижского соглашения для сохранения энергетической независимости и сокращения инвестиций в возобновляемую энергетику. В то время как ЕС декларирует необходимость полного отказа от ископаемых видов топлива и ускорение четвертого энергоперехода на ВИЭ [6], в связи с тем, что на энергетический сектор, основанный на ископаемых видах топлива, приходится более 70–75% эмиссии ПГ во всём мире [7]. Несмотря на разногласия стран относительно структуры мирового энергобаланса, формирование нового технологического уклада и структурные сдвиги в экономике, становится всё более очевидным, что создаются новые рынки низкоуглеродной продукции, развивается институциональная среда для поддержки низкоуглеродной экономики, распространяются инструменты декарбонизации производственно-технологических процессов, бизнес-структуры реализуют климатические проекты. Всё это привлекает внимание в том числе к водороду как к низкоуглеродному энергоносителю, с одной стороны, и альтернативе ВИЭ — с другой [8, 9].
По данным дорожной карты Международного энергетического агентства (МЭА), для достижения углеродной нейтральности к 2050 году необходимо ежегодное производство 520 млн тонн низкоуглеродного водорода, что в пять раз превышает текущие производственные мощности. Однако, развитие водородной энергетики наталкивается на ряд инфраструктурных и технологических барьеров в области хранения и транспортировки водорода, а также высокие издержки получения низкоуглеродной водородной энергии. Вместе с тем, в ряде секторов водород является сложно заменимым ресурсом для декарбонизации производственно-технологических процессов, например, в тяжёлой промышленности, судоходстве, авиации и др. [10]. Поэтому во многих странах развитие водородной энергетики является одним из ключевых инструментов достижения углеродной нейтральности.
РФ обладает существенным потенциалом для развития водородной энергетики, в первую очередь, на основе природного газа и имеющейся нефтегазовой инфраструктуры, т.к. для ее модификации требуются относительно невысокие инвестиционные затраты [11]. Уже сегодня главной территорией для развития водородных проектов является Сахалин, где развивается Восточный водородный кластер, ядром которого станет завод по производству низкоуглеродного водорода для дальнейшей транспортировки в сжиженном виде конечным потребителям [12]. Однако исследования подтверждают, что транспортировка в сжиженном виде сопряжена с высокими потерями при конверсии и реконверсии [13]. Поэтому островное расположение ряда водородных объектов может затруднить его использование на материке, где сосредоточены углеродоемкие производства, требующие декарбонизации на основе водорода, среди которых можно выделить сталелитейную промышленность, производство электроники, стекла и металлообработку.
Стоит отметить, что водородная энергетика не является крупномасштабным решением для энергоперехода, а скорее точечным инструментом декарбонизации ряда отраслей, в связи с наличием более оптимальных по цене низкоуглеродных технологий. Но и для безальтернативных вариантов декарбонизации производственно-технологических процессов водородная энергетика сегодня является капиталоемким инструментом. Так, согласно исследованию Галицкой и Жданеева, для экономически целесообразного низкоуглеродного производства стали сегодня требуется государственное субсидирование капитальных затрат на уровне минимум 10% с увеличением до 20% к 2040 году [14]. В связи с чем настоящее исследование направлено, во-первых, на систематизацию приоритетных отраслей для декарбонизации путем внедрения водородной энергии; во-вторых, на межстрановой анализ институциональной среды и опыта развития водородной энергетики в России и передовых странах; в-третьих, на раскрытие потенциала отраслевой кластеризации с целью оптимизации затрат при внедрении водородной энергетики для декарбонизации производственно-технологических процессов.
Водородная энергетика как инструмент декарбонизации углеродоемких отраслей. Прирост проектов в области развития водородной энергетики в 2023 г. по сравнению с предыдущим годом составил 40%, в количественном выражении было реализовано 1500 проектов по всему миру с инвестиционными вложениями в размере 39 млрд долл. Объем произведенного водорода в 2023 г. вырос на 3% и составил 95 млн тонн. При этом, производимый в настоящее время водород не является полностью углероднонейтральным, т.к. в его производстве преобладают ископаемые виды топлива. Так, на долю природного газа без CCUS-технологий приходится 62% мирового производства, на долю угля — 21% и 16% занимает побочный водород нефтехимической промышленности [15]. При этом, около 1% мирового производства приходится на обладающий низким углеродным следом голубой и зеленый водород, получаемый на основе природного газа с применением CCUS технологий и ВИЭ соответственно. Доминирование ископаемых видов топлива в производстве водорода в первую очередь связано с высокой себестоимостью получения водорода на основе низкоуглеродных источников (табл. 1).
Таблица 1
Классификация водорода по способам производства| Наименование | Описание | Себестоимость, долл./кг | Экологичность | Эмиссия кг СО2/ кг Н2 |
|---|
| Зеленый водород | Электролиз воды на основе ВИЭ | 9 | Высокая | ~ 0 | | Голубой водород | Паровая конверсия метана на основе природного газа с применением CCUS-технологий | 4 | Высокая | 2–4 | | Желтый водород | Электролиз на основе атомных электростанций | 4–5 | Высокая | ~ 0–2 | | Серый водород | Паровая конверсии метана с выделением углекислоты на основе природного газа | 2.5 | Низкая | ~ 9 | | Коричневый водород | Газификация на основе бурого угля | 2.5 | Низкая | 20 | | Бирюзовый водород | Разложение метана на водород и твёрдый углерод с помощью пиролиза | 2 | Средняя | 0–7 | | Изумрудный водород | Разложение биометана и природного газа за счёт термоплазменного электролиза | 3 | Средняя | 0–5 |
Источник: составлено автором на основе: A. Ku, P. Cook, P. Hao (2020), Бушуев В.В., Горшкова А.А. (2022), Институт естественных монополий (2022), International energy agency (2024)
Сегодня для РФ наиболее оптимальной с точки зрения затрат является технология получения водорода на основе паровой конверсии метана в виду наличия природного газа и необходимой нефтегазовой инфраструктуры, но данный способ производства водорода сопряжен с высокими выбросами СО2. В качестве низкоуглеродной альтернативы, благодаря сокращению стоимости электролизеров на 30–70% и солнечной и ветровой генерации энергии до 20%, к 2030 году потенциалом развития обладает технология электролиза на основе АЭС и ВИЭ соответственно, однако стоимость зеленого водорода все равно останется одной из самых высоких [16]. Поэтому актуальным становится развитие и масштабирование CCUS-технологий (улавливание, хранение, транспортировка и использование СО2), с учетом которых производство низкоуглеродного водорода на основе природного газа обладает наибольшим технологическим и экономическим потенциалом в РФ [17].
Менее 10% водорода в настоящее время потребляется при производстве электроники, стекла, железа методом прямого восстановления (DRI) и в металлообработке. Подавляющие 90% мирового производства водорода используется лишь трех областях промышленности:
1. для сокращения содержания серы в дизельном топливе;
2. для производства метанола с последующим применением в топливных смесителях;
3. для создания аммиака с последующим использованием в производстве удобрений.
МЭА прогнозирует изменение отраслевой структуры потребления водорода к 2030 году. Так 40% производимого водорода будет применяться в новых областях: в качестве восстановителя при производстве 100%-водородного топлива и биотоплива, при высокотемпературном промышленном производстве, хранении и выработке электроэнергии, а также в качестве источника энергии на транспорте (рис. 1). | | |  | Рис. 1. Потребление водорода по отраслям, 2020–2030 гг.
Источник: International energy agency, Global Hydrogen Review, 2023. |
По данным МЭА, при реализации всех заявленных водородных проектов к 2030 году будет наблюдаться сокращение ежегодного потребления природного газа на 14 млрд м3 и угля на 20 млн тонн, а также нефти на 360 тыс. баррелей в сутки [15]. Наибольший потенциал для сокращения потребления ископаемого топлива имеют тяжелая промышленность, грузовой автотранспорт и судоходство. С одной стороны, это позволит сократить эмиссию СО2, но, с другой стороны, масштабирование потребления водорода после 2030 г. для стран-экспортеров ископаемых видов топлива, в число которых входит и РФ, является существенным риском сокращения экспортных доходов бюджета. Поэтому долгосрочная стратегия обеспечения конкурентоспособности на международных энергетических рынках требует развития низкоуглеродных водородных проектов, в том числе получения водорода на основе природного газа и угля с использованием CCUS-технологий.
Для приоритезации российских углеродоемких отраслей с целью декарбонизации производственно-технологических процессов на основе водорода воспользуемся данными по эмиссии СО2 российскими секторами экономики (табл. 2) и «Водородной лестницей», разработанной Либрейхом М. (2023), которая ранжирует практически все способы использования водорода с учетом стоимости и технологической возможности от безальтернативных в верхней части до неконкурентоспособных в нижней (рис. 2). | | |  | Рис. 2. Водородная лестница
Источник: Liebreich M. Clean Hydrogen Ladder. Version 5.0 (2023) URL: https://www.liebreich.com/hydrogen-ladder-version-5–0/ (Дата обращения 22.01.2025) |
Таблица 2
Выбросов парниковых газов в РФ по секторам
(млн т СО1-экв.), 2022 г.| Сектор экономики | Объем выбросов СО1, млн т СО1-е | Доля сектора в общей эмиссии (без учета ЗИЗЛХ), % |
|---|
| Энергетика | 1613,3 | 79,01% | | Промышленные процессы и использование продукции, в том числе | 240,6 | 11,78% | | Производство минеральных материалов | 38,584 | 1,89% | | Химическая промышленность | 67,273 | 3,29% | | Металлургия | 108,232 | 5,30% | | Использование растворителей и неэнергетических продуктов из топлива | 2,086 | 0,10% | | Электронная промышленность | 0,0984 | 0,00% | | Использование фторированных заменителей ОРВ | 23,124 | 1,13% | | Производство и использование других продуктов | 1,280 | 0,06% | | Сельское хозяйство | 102,3 | 5,01% | | ЗИЗЛХ | -1228,8 | – | | Отходы | 85,8 | 4,20% | | Всего, без учета ЗИЗЛХ | 2042,0 | – | | Всего, с учетом ЗИЗЛХ | 813,2 | – |
Источник: Составлено автором на основе: Национальный доклад о кадастре антропогенных выбросов парниковых газов из источников и их абсорбции поглотителями за 1990–2022 гг. (2024 г.)
Наибольший объем выбросов климатически активных газов в РФ, помимо энергетики, приходится на металлургию, химическую промышленность, производство минеральных материалов, также существенный вклад вносит сектор отходов и сельское хозяйство. Однако, не для всех представленных секторов возможно использование водорода с целью декарбонизации производственно-технологических процессов, например, в отрасли управления отходами целесообразным является применение инструментов циркулярной экономики [18]. Также часть подотраслей имеет более экономически целесообразные способы декарбонизации без применения водорода (рис. 2). Например, обзор 32 исследований по вопросам применения водорода для отопления зданий показал отсутствие экономической и экологической целесообразности использования водородной энергии в сравнении с электрификацией отопления, внедрением сетей централизованного теплоснабжения и мер повышения энергоэффективности [19].
С учетом эмиссии парниковых газов по отраслям и подотраслям народного хозяйства, а также приоритезации способов использования водорода наиболее целесообразным его применение в РФ станет для развития низкоуглеродной сталелитейной промышленности и других высокотемпературных производств, нефтехимии, производства удобрений, судоходства, авиации, крупнотоннажного транспорта.
Развитие водородной энергетики в мире и РФ в условиях формирования низкоуглеродной экономики. За 2024 год правительствами стран было представлено 19 новых стратегий по водороду, в результате чего их общее количество достигло 60. Теперь они охватывают страны, на долю которых приходится более 84% глобальных выбросов CO2, связанных с энергетикой. Водородные стратегии стран включают в себя механизмы финансирования, приоритетные способы получения водорода и отрасли использования, а также характеризуются направленностью на экспортно-импортную деятельность. Так, например, Евросоюз и Япония делают ставку на внутреннее производство и импорт водорода, тогда как Соединенные Штаты нацелены на его экспорт. В отличие от первого водородного бума, который начался примерно два десятилетия назад и был связан с амбициозными проектами по переводу автомобилей на водородное топливо, текущее развитие водородной энергетики сосредоточено на декарбонизации отраслей с высоким углеродным следом. Поэтому ключевые страны-эмитенты ПГ разрабатывают долгосрочные программы и стратегии по развитию водородной энергетики (табл. 3).
Таблица 3
Стратегии стран по развитию водородной энергетики| Страна | Стратегия | Экспортно-импортная ориентация стратегий |
|---|
| ЕС | Два делегированных акта 2023 с правилами определения возобновляемого водорода, финансирование первых двух волн проектов по технологиям и применению водорода, поддержка НИОКР на 195 млн евро, инвестирование более 1 трлн евро к 2050 г. в развитие водородной энергетики | Ориентированы на внутреннее производство и импорт | | США | Повышение эффективности использования водорода в энергетике; реализация стратегии «111» — снижение стоимости 1 кг водорода на 1 дол. за 1 декаду; развитие региональной инфраструктуры; налоговые льготы в рамках закона о снижении инфляции | Ориентированы на внутреннее производство и экспорт | | Китай | Развитие транспортной и энергетической инфраструктуры, увеличение мощностей для электролиза. Цель к 2050 г. по водороду — 10% от общего энергопотребления страны | Ориентированы на внутреннее производство и потребление | | Япония | Курс на «зеленый» водород в энергоснабжении, промышленности и транспорте | Ориентированы на внутреннее производство и импорт |
Источник: Составлено автором
В России до обострения геополитической ситуации были разработаны и утверждены ряд нормативных актов и стратегических документов, направленных на обеспечение лидирующих позиций отечественной водородной отрасли на международных рынках. Ключевые документы, в которых закреплены амбициозные планы по экспортной ориентации отрасли следующие.
• Энергетическая стратегия РФ на период до 2035 года (2020 г.).
• Концепция развития водородной энергетики в РФ (2021 г.).
• Дорожная карта формирования высокотехнологичной области «Развитие водородной энергетики и декарбонизация промышленности и транспорта на основе природного газа» (2021 г.).
С 2022 года в условиях санкционных ограничений к рынкам высокотехнологичной продукции и технологий для водородной энергетики среднесрочные планы по развитию отрасли изменились. Так в 2023 году была обновлена дорожная карта развития высокотехнологичного направления «Водородная энергетика» на период до 2030 года, согласно которой приоритетными направлениями работы становятся: развитие научно-технического потенциала РФ в области водородной энергетики; разработка отечественных технологий и оборудования водородной энергетики; поставка оборудования российского производства для водородной энергетики в страны СНГ и БРИКС. Очевидно, что такой подход на среднесрочную перспективу в условиях рыночных ограничений является оптимальным с точки зрения обеспечения технологического суверенитета водородной отрасли РФ. Вместе с тем, инновационные разработки требуют существенных инвестиций с неопределенным сроком окупаемости, а участие государства в финансировании разработок водородной энергетики становится неотъемлемой частью конкурентоспособного развития отрасли. Так общий объем требуемых инвестиций в развитие российской водородной отрасли оценивается в размере 21,1 млрд долл. для обеспечения экспортной выручки в размере 12,8 млрд долл. [20].
В октябре 2023 года было подписано постановление о возмещении предприятиям на конкурсной основе до 70% затрат на разработку технологий транспортировки, хранения и производства водорода, которые в дальнейшем могут быть масштабированы. На субсидирование компаний в 2023–2024 гг. было зарезервировано более 1,3 млрд руб. в федеральном бюджете [21]. Однако процедура конкурсного отбора состоялась всего один раз в 2023 г., была подана единственная заявка, выплата по которой составила 350 млн руб. [22]. Стоит отметить, что для масштабирования инновационных решений, помимо инвестиционных вложений, требуется операционная эффективность, которая в РФ может быть обеспечена за счет кластеризации отраслей при реализации водородных проектов.
Потенциал кластеризации отраслей и промышленных комплексов РФ в развитии водородной энергетики. В 2021 году, согласно Концепции развития водородной энергетики, было объявлено о том, что к 2024 г. в РФ будет создано три кластера, в которых участники из разных отраслей выстроят единые технологические цепочки от производства водорода до его потребления и продажи.
1. Северо-Западный кластер направлен на экспорт водорода в страны ЕС.
2. Восточный кластер нацелен на поставки водорода в страны АТР.
3. Арктический кластер должен обеспечивать низкоуглеродное развитие заполярной зоны РФ.
Изменение геополитической ситуации приостановило создание водородных кластеров в РФ в связи с рыночной переориентацией. Сегодня в стране создан только один «Восточный водородный кластер» на территории Сахалина, который в первую очередь направлен на внутреннее потребление не только в промышленных целях, но и для энергоснабжения жилых зданий, а также в качестве топлива для автотранспортных средств. Однако такое использование водорода может быть экономически нецелесообразно (см. рис. 2). В первую очередь, применение водорода экономически оправдано для декарбонизации крупных углеродоемких производств за счет эффекта масштаба, именно поэтому такие компании, как НЛМК, «Металлоинвест», «Северсталь» в 2020–2021 гг. активно заключали соглашения с российскими и зарубежными партнерами по внедрению водорода в имеющиеся технологические процессы и строительству инновационных низкоуглеродных производств. Однако, санкционное давление в настоящее время препятствует развитию партнерств и ограничивает доступ к высокотехнологичному оборудованию для развития водородной отрасли в РФ. Поэтому на первый план выходит импортозамещение и внутристрановая кластеризация отраслей и промышленных комплексов, в том числе с целью низкоуглеродного развития.
С учетом отраслевой эмиссии парниковых газов, масштабов предприятий и экспортной ориентацией актуальным в РФ является создание кластера «Водород на основе природного газа с применением CCUS, черная металлургия и нефтедобыча», который будет направлен на улавливание СО2 в процессе производства водорода путем паровой конверсии метана, с дальнейшим использованием водорода при производстве стали путем прямого восстановления железа, последующей транспортировкой уловленного СО2 и его закачкой в пласты для повышения нефтеотдачи (рис. 3). | | |  | Рис. 3. Технологическая цепочка кластера «Водород на основе природного газа, черная металлургия и нефтедобыча»
Источник: Составлено автором |
Таким образом, может быть достигнута декарбонизация нескольких углеродоемких секторов экономики в РФ. Нефтегазовые компании станут ядром таких кластеров на базе имеющихся технологий, которые требуют оптимального уровня инвестиционных вложений для модернизации в сравнении с новым строительством инфраструктуры для транспортировки водорода и использования СО2. Ключевыми российскими отраслями-потребителями чистого углерода с учетом адаптации новых технологий использования СО2 к 2030 г. станут: производство удобрений, полимеров, цемента и химическая промышленность.
Заключение. Проведенный анализ подтверждает высокую значимость развития инновационной отрасли водородной энергетики для низкоуглеродного развития ряда высокотемпературных промышленных секторов, крупнотоннажного, авиационного и судоходного транспорта. В РФ имеется существенный потенциал для формирования низкоуглеродной водородной энергетики, в первую очередь, на основе природного газа с применением CCUS-технологий, но существующие технологические и рыночные ограничения ориентируют компании, в первую очередь, на импортозамещение высокотехнологичного оборудования для производства, хранения и транспортировки водорода. Первые шаги в этом направлении уже сделаны, однако для успешного развития водородной энергетики требуются не только инновационные разработки, но и масштабирование новых и существующих технологий, в том числе с учетом операционной эффективности. Поэтому отраслевая кластеризация, как эффективный инструмент оптимизации капитальных и операционных затрат и распределения последующих выгод, является актуальным направлением для развития водородной отрасли с целью декарбонизации углеродоемких предприятий и обеспечения конкурентоспособных позиций российских компаний на новых международных рынках низкоуглеродной продукции и технологий. |
| |
|
|
|
