CC BY
7
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
Обзорная статья УДК 662.769.21
http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2023-4-19-32
Системный анализ развития низкоуглеродных технологий
производства водорода
А.В. Казаринов, М.Ю. Деревянов, Ю.Э. Плешивцева
Самарский государственный технический университет, г. Самара, Россия
Аннотация. Исследуются тренды развития низкоуглеродных технологий по производству водорода в период до 2038 г. Анализ основан на опубликованной в 2021 г. базе данных Международного энергетического агентства (МЭА), которая включает 1327 проектов по производству водорода и продуктов на его основе из 61 страны, реализуемых в период с 1975 по 2038 гг. Для дальнейшего анализа сформирована выборка, включающая 636 проектов в 2000-2038 гг., о которых имеется полный набор информации. Представлена классификация применяемых в проектах технологических решений по виду получаемого водорода и используемым сырьевым ресурсам. Проекты на основе электролизных технологий анализируются отдельно от альтернативных (неэлектролизных) проектов с учётом хронологической последовательности их запуска. Выявлены тенденции использования электролизных технологий и приведены общие выводы о масштабах применения неэлектролизных технологий в процессах производства водорода. С целью выявления актуальных трендов исследуется динамика распределения проектов по пятилетним периодам реализации. Рассмотрена классификация применяемых источников энергии в электролизных проектах и анализируются объемы улавливаемого углекислого газа при использовании неэлектролизных технологий. В результате проведенного анализа установлен стремительный рост производительности электролизных проектов и выявлена тенденция по увеличению конкуренции на зарождающемся водородном рынке. Анализ показывает, что благодаря множеству развиваемых перспективных проектов и разрабатываемых современных технологий имеются все возможности для того, чтобы низкоуглеродный водород стал конкурентоспособным энергетическим и сырьевым ресурсом уже в течение следующего десятилетия.
Ключевые слова: низкоуглеродные технологии, водород, проекты, база данных, классификация, тренды
Для цитирования: Казаринов А.В., Деревянов М.Ю., Плешивцева Ю.Э. Системный анализ развития низкоуглеродных технологий производства водорода // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки. 2023. № 4. С. 19-32. http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2023-4-19-32
Review article
System analysis of the development of low-carbon hydrogen
production technologies
A.V. Kazarinov, M.Yu. Derevyanov, Yu.E. Pleshivtseva
Samara State Technical University, Samara, Russia
Abstract. This article investigates the trends in the development of low-carbon hydrogen production technologies in the period up to 2038. The analysis is based on the International Energy Agency (IEA) database published in 2021, which includes 1327 projects on hydrogen and hydrogen-based products from 61 countries, implemented in the period from 1975 to 2038. For further analysis, a sample of 636 projects between 2000 and 2038 is generated on which a complete set of information is available. The classification of technological solutions used in the projects by the type of hydrogen obtained and the raw materials used is presented. Projects based on electrolysis technology are analyzed separately from alternative (non-electrolysis) projects, taking into account the chronological sequence of their launch. The trends in the use of electrolysis technologies are revealed and general conclusions about the scope of non-electrolysis technologies in hydrogen production processes are given. In order to identify current trends, the dynamics of project distribution by five-year implementation periods is investigated. The classification of energy sources used in electrolysis projects is considered and the volumes of captured carbon dioxide using non-electrolysis technologies are
© Казаринов А.В., Деревянов М.Ю., Плешивцева Ю.Э., 2023
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
analyzed. The analysis establishes the rapid growth in productivity of electrolysis proj ects and identifies a trend toward increased competition in the emerging hydrogen market. The analysis shows that thanks to the many promising projects being developed and modern technologies being developed, there is every opportunity for low-carbon hydrogen to become a competitive energy and feedstock resource within the next decade.
Keywords: low-carbon technologies, hydrogen, projects, database, classification, trends
For citation: Kazarinov A.V., Derevyanov M.Yu., Pleshivtseva Yu.E. System analysis of the development of low-carbon hydrogen production technologies. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Techn. nauki=Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences. 2023;(4):19-32. (In Russ.). http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2023-4-19-32
Введение
Одним из наиболее стремительно развивающихся направлений в энергетической сфере является использование низкоуглеродных технологий. Актуальность этой тенденции обусловлена возрастающим вниманием современного общества к экологическим проблемам, поскольку энергетический сектор промышленности является одним из основных источников больших объемов парниковых газов, ответственных за ежегодное повышение роста температуры и других серьезных экологических проблем [1].
Передовые страны развивают амбициозные стратегии по внедрению низкоуглеродных и возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и сокращению потребления ископаемых ресурсов [2]. Одним из наиболее перспективных направлений движения энергетики по пути декарбонизации можно считать использование низкоуглеродного водорода. Экологическая «ценность» такого водорода обусловлена тем, что при его производстве применяются технологии с низким уровнем выбросов углерода, а при сгорании выделяется только вода [3]. Водород находит свое применение не только в энергетике, но и в транспорте, жилищно-коммунальном секторе, а также в различных отраслях промышленности. Согласно прогнозам некоторых аналитиков, общемировое потребление водорода к 2030-2035 г. может многократно увеличиться [4]. Развитые страны осознают значимость низкоуглеродных технологий производства водорода и активно поддерживают выдвигаемые инициативы формирования водородной экономики [5].
Основной целью статьи является выявление мировых трендов, прогнозирующих развитие низкоуглеродных технологий производства водорода. На основе разработанной методики анализируются электролизные и альтернативные (неэлектролизные) водородные проекты в период с 2000 по 2038 год с учетом используемых технологий производства и стадий инвестирования.
Методология анализа и источники информации
Источником информации для исследования является открытая база данных Международного энергетического агентства (МЭА; англ. International Energy Agency, IEA), опубликованная в конце 2021 года, которая включает 1327 проектов по производству водорода и продуктов на его основе из 61 страны [6]. МЭА - наиболее влиятельная энергетическая организация, которая представляет наибольшие объемы аналитической открытой информации и выпускает признанные международным сообществом отчёты по энергетической статистике.
Несмотря на полноту исследуемой базы данных водородных проектов, не по всем проектам представлен полный набор сведений, необходимых для анализа. В связи с этим для обеспечения достоверности и объективности проводимого исследования приняты следующие условия:
- проекты без указанных сроков реализации исключены из соответствующей классификации, но учтены там, где срок реализации не является классификационным признаком, если для этих проектов указаны основные характеристики (электрическая мощность, производительность, объем улавливаемого CO2);
- проекты без указания страны происхождения исключены из соответствующего анализа, но учтены в тех случаях, когда географическая локализация не имеет значения;
- проекты, основанные на применении электролизных технологий, по которым отсутствуют данные об электрической мощности и (или) производительности, исключаются из анализа;
- проекты, основанные на применении неэлектролизных технологий, по которым отсутствуют данные об объеме улавливаемого CO2, исключаются из анализа.
Таким образом, для проведения анализа набор данных о каждом проекте должен соответствовать следующим требованиям:
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
- наличие данных о стране происхождения;
- указана технология производства водорода;
- имеются данные об электрической мощности и производительности для электролизных проектов;
- наличие данных об объеме улавливаемого CO2 и производительности для неэлектролизных технологий;
- указана стадия (статус) реализации проекта.
Далее в статье используются следующие обозначения стадий реализации проектов, принятые в базе МЭА [6]:
- Concept - стадия представления инновационной идеи проекта, направленная на улучшение характеристик технологий;
- Decommissioned - стадия выведения проекта из эксплуатации;
- Demo - стадия демонстрации возможностей используемой в проекте технологии;
- Feasibility study - стадия анализа экономической целесообразности и исследования возможностей проекта;
- FID (Final investment decision) - стадия принятия окончательного инвестиционного решения;
- Operational - рабочая стадия проекта;
- Other/Unknown - неизвестная стадия реализации проекта;
- Under construction - стадия технологической разработки.
Классификация водородных проектов по стадиям реализации и соответствующий анализ приведены авторами в работе [7]. В текущем исследовании стадии реализации проектов учтены там, где это позволяет сделать выводы о востребованности отдельных технологий и сформулировать предположения о перспективах их дальнейшего использования.
В статье далее рассматриваются следующие типы источников электрической энергии в электролизных проектах, соответствующие применяемой в базе МЭА классификации:
- Dedicated renewable - возобновляемые источники энергии (ВИЭ);
- Grid - электроэнергия из сети;
- Grid (excess renewable) - электроэнергия из сети с возможностью использования излишков ВИЭ;
- Nuclear - электроэнергия, вырабатываемая атомными электростанциями;
- Other/Unknown - другой или неизвестный источник энергии.
Обзор способов производства и классификация водорода
В природе водород практически не встречается в чистой форме, однако он широко распространен в составе различных соединений. Для извлечения водорода из этих соединений используются различные технологические решения, основанные на химических реакциях, электролизе и термических методах. Многообразие способов производства водорода является одним из главных преимуществ водородной энергетики, повышающих энергетическую безопасность и устойчивость путем снижения зависимости от отдельных видов сырья.
Указанные технологии крупного промышленного производства водорода являются хорошо освоенными. Объем производства водорода в 2022 г. составил 105 млн т с ежегодным увеличением приблизительно на 10 %. Основным сырьем для масштабного производства водорода является природный газ, на долю которого обычно приходится две трети от всего производимого объема [9]. Для снижения выбросов СО2 при производстве водорода из ископаемого сырья используются технологии улавливания и хранения углерода (англ. Carbon capture and storage, CCS) [10]) и улавливания, утилизации и хранения углерода (англ. Carbon capture, utilization and storage, CCUS) [11, 12]).
Следует отметить, что в 2020 г., согласно данным МЭА, суммарно было произведено 90 миллионов тонн водорода, из них 59 % было получено из природного газа, 19 % - из угля, 1 % - из прочих источников, а 21 % - в качестве побочного продукта других производств (нефтепереработки, коксохимии и т. п.) [13]. Попутный водород, получаемый в результате электрохимических производств, таких как производство хлора, находит применение в промышленности, при этом частично он сжигается в котельных или выбрасывается в атмосферу [8].
Большая часть (63 %) производимого в мире водорода используется в химической промышленности. На нужды нефтеперерабатывающих заводов расходуется 31 % произведённого водорода. В обрабатывающих отраслях промышленности востребовано 6 % производимого водорода и менее 1 % водорода используется в сжиженном состоянии для космической и других отраслей промышленности [14]. На данный момент лишь небольшая часть производимого водорода является коммерческим продуктом.
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
В основном, крупные потребители самостоятельно производят водород для удовлетворения собственных нужд из-за технических трудностей хранения и транспортировки, а также высоких цен на товарный водород. Глобальная торговля водородом ведется в небольших объемах, преимущественно в Западной Европе, где есть достаточно развитая, хотя и небольшая трубопроводная сеть для перекачки водорода между его производителями и потребителями [15].
В 2016 г. были приняты Парижские соглашения по климату, согласно которым многие страны - члены ООН, в том числе Россия, обязались принять меры по сдерживанию роста и снижению выбросов парниковых газов [16]. На данный момент 48 стран, ответственных за более чем 46 % эмиссии мировых парниковых газов, поставили стратегическую цель по декарбонизации своих экономик к 2060 г. Наиболее перспективным способом решения столь амбициозной задачи является внедрение низкоуглеродных технологий производства водорода [17].
Европейская комиссия 8 июля 2020 г. опубликовала свою дорожную карту «Построение водородной экономики для климатически нейтральной Европы» по реализации стратегии развития в области водорода [18]. Позднее была введена цветовая классификация водорода в зависимости от способа его производства и источника происхождения [19].
В базе данных водородных проектов МЭА представлены следующие группы технологий производства водорода.
ALK - технология щелочного электролиза воды, предполагающая возможность использования сетевой электроэнергии, атомной энергии и возобновляемых источников энергии (ВИЭ) [20].
Biomass - группа технологий получения водорода и побочных продуктов из биомассы в контролируемых процессах с использованием тепловой энергии, пара и кислорода (микробная ферментация, риформинг биогаза, пиролиз биометана, газификация отходов и др.) [21].
Coal + CCUS - технология получения водорода путем газификации угля [22].
Ng + CCUS - группа технологий производства водорода из природного газа (автотермический риформинг метана (ATR+CCS), паровой риформинг метана (SMR+CCS), пиролиз метана) [23, 24].
Oil + CCUS - группа технологий получения водорода из нефтяного сырья (газификация битума, газификация тяжелых нефтяных остатков и др.) [25, 26].
Other technologies - группа других неэлектролизных технологий производства водорода (сепарация газовых смесей мембранами, фотоэлектрохимические процессы и др.) [27, 28].
Other electrolysis - группа других электролизных технологий (электролиз с использованием ВИЭ, комбинации нескольких видов электролиза и неизвестные технологии электролиза Unknown PtX (PtX: англ. Power-to-X, превращение электрической энергии в другой вид энергии «X» [29, 30]).
PEM - технология протонообменного мембранного электролиза [31, 32].
SOEC - технология твердооксидных электролизных ячеек [32 - 34].
Согласно представленным в базе данных проектам, водород можно условно классифицировать по цветам в зависимости от способа его производства (рис. 1).
Серый водород производится путем паровой конверсии метана. Процесс легко осуществим с практической точки зрения, однако в ходе химической реакции выделяется углекислота, в тех же объемах, что и при сгорании природного газа и затратах энергии на конверсию.
Голубой водород производится на основе паровой конверсии метана с технологией CCS, которая обеспечивает двукратное сокращение выбросов по сравнению с серым водородом.
Бирюзовый водород получается путём пиролиза метана с разложением метана на водород и твердый углерод. Производство бирюзового водорода сопровождается достаточно низким уровнем выбросов углерода, который можно использовать в промышленности [35, 36].
Желтый водород получают на основе технологии электролиза, когда в качестве источника энергии выступают атомные электростанции. Несмотря на отсутствующие выбросы СО2, данный метод не считается экологически безопасным из-за специфики работы атомных электростанций.
Оранжевый водород получают на основе технологии электролиза с использованием электрической энергии из сети.
Зеленый водород также получают с помощью процессов электролиза, когда в качестве источников энергии выступают ВИЭ и другие источники низкоуглеродистой энергии, из-за чего этот вид водорода считается наиболее экологически безопасным, так как выбросы СО2 отсутствуют.
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
Серый водород
Голубой водород
Бирюзовый Желтый Оранжевый водород водород водород
Зеленый водород
Традиционные технологии из ископаемого сырья Традиционные технологии из i ископаемого сырья с i улавливанием СОг i 1 Традиционные технологии из воды с | > использованием эл. энергии
Газификация угля Паровой риформинг метана Газификация Угля (CCS) Паровой риформинг метана <CCS) Пиролиз мета н а Электролиз (Атомная энергия) Электролиз (Из сети) Электролиз (ВИЭ) Риформинг биогаза
230405,1hm1 Нг/ч 28 проектов ЗОВ7871 нм1 Н,/ч 8 проектов 1 616408 hm5 Нг/ч \ \ 5320580 нм3 ! > Нг/Ч \ 9 проектов ! 1966608 нм* \ Нг/ч 1 l 1 , 13 проектов J 56297 нм» Нг/ч 28 проектов 349585 нм* Нг/ч ; 1 507 проектов 1 1 63767263нм* 1 1 Нг/ч 1 j 128 нм* Hi/ч
Г
Низкоуглеродный водород
Чистый водород
Рис. 1. Классификация водорода в зависимости от способа его производства по данным базы проектов МЭА Fig. 1. Classification of hydrogen depending on the method of its production according to the IEA project database
В России 5 августа 2021 г. была принята стратегия развития водородной энергетики, согласно которой главной целью РФ является реализация национального потенциала в области производства, экспорта, применения водорода и промышленной продукции для водородной энергетики. В период до 2035 г. в качестве приоритетного направления рассматривается производство низкоуглеродного водорода из ископаемого сырья и с помощью электролиза воды при условии обеспечения низкого уровня антропогенных выбросов; при этом также предполагается использование энергии ВИЭ в тех регионах, где это позволяет повысить конкурентоспособность себестоимости произведенного водорода [37].
Сказанное выше обусловливает необходимость сравнительного анализа технологий производства низкоуглеродного водорода для разработки научно обоснованных стратегий декарбонизации экономики на пути решения глобальных проблем, связанных с обеспечением энергетической устойчивости и экологической безопасности.
Анализ низкоуглеродных технологий производства водорода
После проведения сортировки данных в базе МЭА, согласно описанной выше методике, для дальнейшего анализа были отобраны 596 электролизных проектов (рис. 2) с общей мощностью 169,528 ГВт и производительностью 37,399 млн нм3 Н2/4 и 40 неэлектролизных проектов с производительностью 7,635 млн нм3 Н2/4 с периодами реализации с 2000 по 2038 г.
! Д /\ Л'' V 11 ШУ II.
1 ! 11 « « 11111SI ! 11II
«
/1 11
lOMOO
icccc „в; Я
1ССС 3
к
1СС й
ag||S|||||;
^Ж Other ^HSOEC
0.1 S
о Й
о.о: g о CP
1 ■ C'.OC'l С
ggggglaSssSs
---Производительность, тыс. н:." Hi/ч
Рис. 2. Характеристики 596 электролизных проектов в период с 2000 по 2038 год
Fig. 2. Characteristics of 596 electrolysis projects from 2000 to 2038 years
В период с 2000 по 2017 г. выделяется 2000 год с относительно небольшим количеством проектов и высокой суммарной производительностью. До 2015 г. большая часть электролизных проектов была реализована с использованием технологии ALK. В период с 2015 по 2021 г. заметна тенденция перехода проектов с технологии ALK к технологии PEM и постепенное развитие технологии SOEC. Однако, начиная с 2022 г., очевиден явный переход от лидирующей в проектах технологии PEM к группе Other Electrolysis.
Анализ данных, представленных на рис. 2, выявляет резкий рост средней производительности проектов со сроками реализации в период после 2025 г., поскольку при резком сокращении числа запланированных проектов их общая производительность либо незначительно снижается, либо даже возрастает. Согласно [6], этот рост объясняется планируемым запуском
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
совместных проектов в странах Европейского Союза, общая мощность которых в 2028 г. составит 28,49 ГВт, а в 2030 г. - 86,71 ГВт. Можно предположить, что реализация крупных европейских проектов окажет значительное влияние на развитие энергетического сектора и приведет к масштабному внедрению технологий производства водорода в промышленности.
Проекты с технологией БОЕС начали внедряться с 2011 г., а их количество постепенно возрастало, но после пика в 2021 г. рост замедлился, а с 2026 г. технология БОЕС вовсе не планируется к использованию в проектах. Таким образом, эта технология при всех своих достоинствах [32, 33] не получила широкого распространения в анализируемом периоде.
На рис. 3 представлены различные виды источников энергии, используемые в электролизных проектах.
1000000 т LL'LL'lîl1 a- lern Й '
"'s lu)
и «
Dedicated renewable
Grid (excess renewable} other/unknown
Other electrolysis
100 50
0
lOOOCO 10000 , ICijO 10Ü
Dedicated renewable Grid Grid (excess renewable) Nuclear Other/Unknown
у 16 У SOEC
5
Dedicated renewable
Grid (excess renewable)
■ Производительность, i,v Hi/ч
Nuclear Other/Unknown
-•-Количество проектов
Рис. 3. Типы источников энергии для электролизных проектов
Fig. 3. Types of energy sources for electrolysis projects
Следует учитывать, что для анализа источников электроэнергии были совместно рассмотрены данные по всем электролизным проектам без разделения на периоды реализации. Рис. 3 демонстрирует, что в электролизных проектах в основном используется энергия ВИЭ. Электроэнергия промышленных сетей нашла суще-
ственно меньшее применение: этот вид энергии используется в 20 проектах с небольшой общей производительностью - 204,11 тыс. нм3 Ш/ч, причем большая часть задействована в проектах с технологией ALK. Совместный анализ рис. 2 и 3 показывает, что электроэнергия, поставляемая в промышленных сетях, активно использовалась в проектах с более ранними сроками реализации, при этом с течением времени и повышением экологических требований доля ее использования постепенно снижалась. Большинство проектов с технологиями ALK, PEM и SOEC имеют неизвестный источник энергии в отличие от технологий Other electrolysis, в которых преимущественно используются ВИЭ. Для всех технологий электролиза, использующих ВИЭ, характерна высокая средняя мощность проектов (ALK - 14,48 тыс. нм3 Шч/проект, Other electrolysis - 174,97 тыс. нм3 Ш/ч/проект, PEM - 19,65 тыс. нм3 Ш/ч/проект, SOEC -13,78 тыс. нм3 Ш/ч/проект) по сравнению со всеми остальными источниками энергии. Например, проекты, использующие электроэнергию от АЭС, имеют следующие средние мощности проектов в зависимости от применяемой технологии: Other electrolysis - 0,189 тыс. нм3 НУч/проект, PEM - 1,47 тыс. нм3 Ш/ч/проект, SOEC -0,263 тыс. нм3 Ш/ч/проект.
Технология SOEC наименее популярна среди электролизных технологий, однако большая часть водорода (98,6 %), производимого на ее основе с использованием ВИЭ, относится к зеленому водороду, в то время как для группы технологий Other electrolysis этот показатель составляет 97,1 %, PEM - 94,6% и ALK - 67,8 %. Соответственно, к технологиям, вырабатывающим чистый водород, можно отнести Other electrolysis, PEM и SOEC, в то время как большая часть вырабатываемого на основе технологии ALK водорода относится к зеленому чистому водороду, а меньшая часть - к низкоуглеродному оранжевому водороду, получаемому с использованием энергии промышленной сети (23,3 %). На рис. 4 показаны данные о неэлектролизных проектах с периодами реализации в 2000 - 2035 гг., общая производительность которых составляет 7722,644 тыс. нм3 Ш/ч.
Из-за небольшого числа неэлектролизных проектов нельзя однозначно определить тенденцию использования технологий, однако можно сделать некоторые общие выводы о масштабах их применения.
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
SoooooooooooooSo OilwCCUS :: л CCUS ^eCoalwCCUS Производительность, тыс. hjviä Hi/ч
Рис. 4. Характеристики 40 проектов с неэлектролизными технологиями в период с 2000 по 2035 год Fig. 4. Characteristics of 40 projects with non-electrolysis technologies from 2000 to 2035
Технологии риформинга природного газа являются наиболее распространенными среди неэлектролизных технологий: 26 проектов с максимальной суммарной производительностью 6432 тыс. нм3 Ш/ч. Технологии получения водорода путем газификации угля и технологии производства водорода из нефтяного сырья имеют одинаковое число проектов 7 и сопоставимую суммарную производительность -616,4 тыс. нм3 Ш/ч и 586,2 тыс. нм3 Ш/ч соответственно. На данный момент технология риформинга природного газа широко представлена в проектах, и в дальнейшем эта технология будет занимать лидирующие позиции в группе неэлектролизных технологий.
До 2029 г. суммарная производительность неэлектролизных проектов не будет превышать 788 тыс. нм3 Ш/ч. В 2029 г. суммарная производительность составит 137,9 тыс. нм3 Ш/ч, однако уже в 2030 г. суммарная производительность резко возрастёт до 2086,34 тыс. нм3 Ш/ч. Средняя производительность проектов в 2030 г. будет составлять 347,72 тыс. нм3 Ш/ч/проект, а в 2035 году уже 2507,52 тыс. нм3 Ш/ч/проект. Проекты 2030 г. представлены в базе данных МЭА в основном странами ЕС и Великобританией [6], а единственный проект «H21 North of England» с применением технологии ATR+CCS планируется к запуску Великобританией в 2035 г. [38]. Его производительность составит 2507,5 тыс. нм3 Ш/ч. В случае успешной реализации это будет наиболее перспективный проект по производству водорода c максимальной производительностью.
На рис. 5 отражены относительные значения мощностей для 636 проектов, распределенных по пятилетним периодам их реализации.
- Суммарная производительность для неэлектролизных проектов —Суммарное количество уловленного С02 для неэпектролнзных проектов
Суммарная производительность для электролизных проектов —» -Суммарное количество неэлектролизных проектов —Суммар нос количества электролизных проектов
Рис. 5. Характеристики 636 водородных проектов в % от общих характеристик проектов Fig. 5. Capacities of 636 hydrogen projects in % of total projects capacity
Динамика изменения электролизных проектов свидетельствует, что с 2020 г. наблюдается тенденция увеличения производительности проектов (с 9 % в период с 2020 по 2024 г. до 53 % в период с 2030 по 2034 г.), несмотря на сокращение числа электролизных проектов с 276 до 26, что означает значительное увеличение средней мощности электролизных проектов. Средняя производительность неэлектролизных проектов также демонстрирует существенное увеличение, при этом достаточно высокие темпы роста все же уступают электролизным проектам: объем уловленного CO2 плавно увеличивается с 4 % в период с 2000 по 2004 г. до 28 % в период с 2035 по 2039 г., тогда как производительность в этот же период увеличилась с 2 до 33 %. Выявленные изменения основных характеристик проектов сопоставимы с результатами анализа в [39].
В табл. 1 представлена классификация электролизных проектов в зависимости от стадии их реализации.
Проведенный анализ проектов показывает, что в настоящий момент наибольшую суммарную производительность имеют проекты с технологиями Other Electrolysis (62984,4 тыс. нм3 Ш/ч) и PEM (1860,22 тыс. нм3 Ш/ч), тогда как производительность проектов с технологией ALK составляет 999,79 тыс. нм3 Ш/ч.
ISSN 1560-3644 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИМ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2023. № 4
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
Таблица 1 Table 1
Классификация электролизных проектов по стадии реализации Classification of electrolysis projects by stage of implementation
Статус Наименование технологии/группы технологий
ALK PEM SOEC Other Electrolysis
Мощность, МВт Производитель-ность, тыс. нм3 H/ч Кол-во проектов Мощность, МВт Производитель-ность, тыс. нм3 H/ч Кол-во проектов Мощность, МВт Производи тель-ность, тыс. нм3 H/ч Кол-во проектов Мощность, МВт Производи тель-ность, тыс. нм3 H/ч Кол-во проектов
Concept 127,49 27,72 1 2232,64 429,35 9 220 57 1 229959,79 51102,2 71
Decommisioned 265 57,61 2 - - - - - - - - -
DEMO 11,10 2,28 44 12,29 2,29 50 2,73 0,69 15 11,36 2,6 13
Feasibility study 2367,48 518,63 21 6959,49 1340,05 27 42 10,96 2 52149,04 11571,3 169
FID 1696,17 369,44 13 214,11 41,17 15 - - - 1303,54 273,8 45
Operational 86,81 18,33 60 103,52 19,82 79 1,79 0,48 4 21,88 4,7 24
Other/Unknown - - - - - - - - - 1,50 0,3 1
Under construction 26,59 5,78 7 140,11 27,53 29 2,85 0,75 2 132,72 29,5 18
Всего 4580,65 999,79 148 9662,16 1 860,22 209 269,37 69,88 24 283579,84 62 984,4 341
Технология Other Electrolysis - абсолютный лидер по всем критериям сравнения: производительности, числу проектов и средней мощности проектов. Это происходит преимущественно за счет перспективных проектов, находящихся на стадии концептуальной разработки.
Проекты с технологией PEM имеют среднюю мощность, которая на 32 % превышает мощность проектов, использующих технологию ALK (8,9 и 6,76 тыс. нм3 Ш/ч/проект соответственно). Технология PEM применяется в основном в проектах со статусом Concept (9 проектов), имеющих высокую среднюю мощность (47,51 тыс. нм3 Ш/ч/проект) по сравнению с проектами на основе технологий ALK и SOEC.
Технология щелочного электролиза (ALK) представлена небольшим числом перспективных и находящихся на стадии технологической разработки проектов, а основная часть проектов, использующих данную технологию, являются демонстрационными или действующими и имеют относительно небольшую производительность. Следовательно, можно сделать вывод, что щелочной электролиз к настоящему времени не нашел своего применения в промышленном производстве.
Необходимо отметить низкую суммарную производительность проектов, использующих технологии SOEC - 69,88 тыс. нм3 Ш/ч. В данной группе 15 из 24 проектов имеют статус реализации Demo, а статус Concept и Under construction имеют 1 и 2 проекта соответственно. Следовательно, в настоящее время технология
SOEC не представляет большого интереса для производителей.
Эти и другие показатели, представленные на рис. 2 и в табл. 1, указывают на то, что в настоящее время технологии Other electrolysis и PEM являются более востребованными, чем ALK и SOEC. Таким образом, проведенный анализ позволяет ранжировать технологии в следующем порядке:
- Other electrolysis;
- PEM;
- ALK;
- SOEC.
В табл. 2 отражена классификация неэлектролизных проектов по стадии реализации. Лидирующие позиции по производительности в статусе Operational занимает технология SMR+CCS, которая превосходит с заметным отрывом остальные низкоуглеродные технологии по всем параметрам.
Сравнение производительности представленных в табл. 1 и 2 проектов, находящихся в статусе Concept, показывает, что электролизные проекты с суммарной производительностью 51559,27 тыс. нм3 Ш/ч заметно превосходят неэлектролизные проекты с производительностью 814,47 тыс. нм3 Ш/ч. Завершенные и действующие электролизные проекты, которые имеют статусы Demo, Operational и Decommissioned, значительно уступают неэлектролизным проектам. Однако перспективные электролизные проекты, представленные статусами Concept, Feasibility study, Under construction и FJD, уже значительно превосходят неэлектролизные по всем представленным параметрам
ISSN 1560-3644 ИЗВЕСТИЯ ВУЗОВ. СЕВЕРО-КАВКАЗСКИИ РЕГИОН._ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ. 2023. № 4
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
Таблица 2 Table 2
Классификация неэлектролизных проектов по стадии реализации Classification of non-electrolysis projects by stage of implementation
Статус проекта Технологии
Coal w CCUS NG w CCUS Oil w CCUS
Уловлено CO2, млн тонн Производительность, тыс. нм-з H/ч Кол-во проектов Уловлено CO2, млн тонн Производительность, тыс. нм-з н/ч Кол-во проектов Уловлено CO2, млн тонн Производительность, тыс. нм-з н/ч Кол-во проектов
Concept - - - 6,5 814,947 4 - - -
Decommisioned - - - - - - - - -
DEMO - - - 0,1 12,538 1 - - -
Feasibility study 4,39 262,722 1 54,934 6887,402 20 5,2 311,196 2
FID - - - - - - - - -
Operational 3,15 188,513 3 3,8 476,430 6 3,938 301,202 6
Other/Unknown - - - - - - - - -
Under construction 2,76 165,174 3 - - - - - -
Всего 10,3 616,408 7 65,334 8 191,317 31 9,138 612,399 8
Заключение
По результатам проведенного системного анализа базы данных водородных проектов МЭА выявлены конкретные и подтвержденные существующими статистическими данными прогнозные тренды развития технологической базы производства водорода на ближайшие 15 лет, которые могут представлять существенный интерес для энергетических компаний, производителей оборудования и разработчиков технологий, инвесторов и финансистов, научных работников и экологов, а также для всех специалистов и лиц, принимающих решения в области водородной энергетики или смежных с ней областях.
- К 2023 году снизилось число электролизных водородных проектов с применением технологий ALK и PEM, несмотря на то, что эти технологии являются наиболее хорошо изученными и доступными.
- С 2020 года стремительно увеличивается количество проектов, использующих группу технологий Other electrolysis, и уже с 2023 г. эта группа занимает лидирующее положение среди всех электролизных проектов.
- В целом анализ динамики развития электролизных проектов выявил существующую с 2020 года тенденцию увеличения их средней производительности.
- Наименее популярной среди перспективных проектов со сроками реализации в 20002038 гг. является электролизная технология SOEC, однако 98,6 % водорода, полученного с помощью этой технологии в период 2000-2038 гг.,
произведено на основе ВИЭ, тогда как для других актуальных проектов эта доля составляет соответственно: для Other electrolysis - 97,1 %, для PEM - 94,6 % и для ALK - 67,8 %. Таким образом, SOEC, Other electrolysis и PEM, в отличие от ALK, можно практически полностью отнести к технологическим решениям по выработке чистого зеленого водорода.
- Выявлен устойчивый тренд роста производительности проектов на основе неэлектролизных технологий до 2024 года, которые, однако, уступают электролизным проектам в скорости роста. При этом объемы улавливаемого CO2 плавно увеличиваются в 7 раз в период с 2000-2004 гг. до 2035-2039 гг. при увеличении производительности в 15 раз.
- Все проанализированные неэлектролизные проекты используют улавливание CO2, что соответствует планам крупнейших стран по декарбонизации экономики.
- В 2015 году производительность всех электролизных проектов составляла 1,06 тыс. нм3 Иг/ч, в то время как для неэлектролизных проектов она была существенно больше - 152,88 тыс. нм3 Иг/ч.
- К 2030 году расчетная производительность электролизных проектов резко возрастёт (например, их суммарная производительность в 2021 г. составляет 69,21 тыс. нм3 Иг/ч, а в 2030 г. - уже 19238,85 тыс. нм3 Иг/ч). При этом в период 2000 по 2030 гг. средняя производительность электролизных проектов возрастет в 511 раз, а неэлектролизных - в 11,62 раз. Сохранение этой тенденции позволит электролизным технологиям начать конкурировать с неэлектролизными по производительности.
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
Более подробная и детальная информация по анализу прогнозных тенденций развития водородных проектов в мире и соответствующих технологий представлена в публикациях авторов [39, 40].
Применение водорода является ключевым условием обезуглероживания промышленности, несмотря на то, что большинство технологий его производства, которые могут выйти на промышленный уровень, все еще находятся в ранней стадии разработки. Однако можно утверждать, что в настоящее время наблюдаются серьезные успехи на пути к промышленным масштабам производства водорода. Благодаря множеству развиваемых перспективных проектов и разрабатываемых современных технологий имеются все возможности для того, чтобы низкоуглеродный водород стал конкурентоспособным энергетическим и сырьевым ресурсом в течение следующего десятилетия.
Представленные результаты являются основанием для дальнейших исследований авторов, связанных с многофакторным сравнительным анализом технологических решений по производству водорода на основе известного метода Data Envelopment Analysis (DEA) [41], планируемых к публикациям в ближайшем будущем. Результаты DEA-анализа технологий позволят принимать на самых разных уровнях научно-обоснованные оптимальные по конфликтным и разнородным критериям качества стратегические решения при построении и развитии технологической базы водородной энергетики.
Список источников
1. Ланьшина Т.А., Логинова А.Д., Стоянов Д.Е. Переход крупнейших экономик мира к углеродной нейтральности: сферы потенциального сотрудничества с Россией // Вестн. междунар. организаций: образование, наука, новая экономика. 2021. Т. 16, № 4. С. 98-125. DOI 10.17323/19967845-2021-04-05.
2. КлементовичусЯ.Я., МаксимцевИ.А., СарахановаН.С. Предпосылки формирования низкоуглеродного тренда и его влияние на энергетический сектор // Изв. Санкт-Петербургского государственного экономического университета. 2022. № 1(133). С. 7-17. EDN SXSXTN.
3. Armaroli N. and Balzani V. The hydrogen issue // ChemSusChem, 2010. № 4(1). Р. 21-36. URL: https://doi.org/10.1002/cssc.201000182.
4. Якубсон К.И. Перспективы производства и использования водорода как одно из направлений развития низкоуглеродной экономики в Российской Федерации (обзор) // Журн. прикладной химии.
2020. Т. 93, № 12. С. 1675-1695. DOI 10.31857/ S0044461820120014.
5. Dillman K., Heinonen J. Towards a safe hydrogen economy: An absolute climate sustainability assessment of hydrogen production, Climate, 2023, № 11(1). Р. 25. URL: https://doi.org/10.3390/cli11010025.
6. Hydrogen Projects Database, Last updated October
2021. URL: https://www.iea.org/data-and-statis-tics/data-product/hydrogen-projects-database (дата обращения 07.05.2023).
7. Казаринов А.В., Деревянов М.Ю., Плешивцева Ю.Э. Классификация и анализ локализации проектов по производству водорода // Системы анализа и обработки данных. 2022. Т. 88, № 4. С. 31-48. D0I:10.17212/2782-2001 -2022-4-31 -48
8. Водород в энергетике: учеб. пособие / Р.В. Радченко, А.С. Мокрушин, В.В. Тюльпа. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. 229 с.
9. S0rensen B., Spazzafumo G. Hydrogen and fuel cells: Emerging Technologies and Applications. London: Academic Press, 2018. https://doi.org/10.1016/C2015-0-01635-5.
10. Martin-Roberts E. [et al]. Carbon capture and storage at the end of a lost decade // One Earth. 2021. № 4(11). Р. 1569-1584. URL: https://doi.org/10.1016/j.oneear. 2021.10.002
11. Lin Q. [et al]. Technical perspective of carbon capture, utilization, and storage // Engineering. 2020. № 14. P. 27-32. URL: https://doi.org/10.1016/j.eng. 2021. 12.013
12. Vitillo J.G. [et al]. The role ofcarbon capture, utilization, and storage for economic pathways that limit global warming to below 1.5°C // iScience, 2020. № 25(5), P. 104237. URL: https://doi.org/10.1016/j.isci.2022.104237
13. Global hydrogen review, IEA, 2022. URL: https://iea.blob.core.windows.net/assets/c5bc75b1 -9e 4d-460d-9056-6e8e626a11c4/GlobalHydrogenReview
2022.pdf (дата обращения 07.05.2023).
14. Водородная лихорадка // Национальное рейтинговое агентство, 2022. URL: https://www.ra-national.ru/sites/default/files/analitic_article/Hydroge n_0.pdf (дата обращения 07.05.2023).
15. Leonard M. [et al]. The geopolitics of the European Green Deal // International Organisations Research Journal, 2021. № 16(2). P. 204-235. URL: https://doi.org/10.17323/1996-7845-2021-02-10.
16. Марьин Е.В. О некоторых особенностях Парижского соглашения по климату // Актуальные вопросы современной экономики. 2021. № 5. С. 612-616.
17. Веселов Ф., Соляник А., Урванцева Л. Низкоуглеродная перестройка электроэнергетики России до 2035 года: потенциал снижения эмиссии СО2 и его «цена» для потребителя // Энергетическая политика. 2021. № 11(165). С. 30-43. DOI 10.46920/2409-5516_2021_11165_30.
18. Erbach G., Jensen L. EU hydrogen policy: Hydrogen as an energy carrier for a climate-neutral economy // EPRS: European Parliamentary Research Service. 2021. Belgium.
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
19. Всеобъемлющие и научно обоснованные терминология, классификация и таксономия водорода // Европейская экономическая комиссия. 2022 год.
20. Brauns J., Turek T. Alkaline water electrolysis powered by Renewable Energy: A Review // Processes. 2020. № 8(2). Р. 248. URL: https://doi.org/10.3390/pr8020248.
21. Cao L. [et al.] Biorenewable hydrogen production through biomass gasification: A review and future prospects // Environmental Research. 2020. Vol. 186. P. 109547. URL: https://doi.org/10.1016/j.envres.2020. 109547.
22. Sanchez-Hervas J.M., Moya G.M. and Ortiz-Gonzalez I. Current status of coal gasification // New Trends in Coal Conversion, 2019. P. 175-202. URL: https: //doi.org/10.1016/b978-0-08-102201-6.00007-8.
23. Khojasteh Salkuyeh Y., Saville B.A., MacLean H.L. Techno-Economic Analysis and life cycle assessment of hydrogen production from natural gas using current and emerging technologies // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. № 42(30). P. 18894-18909. URL: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2017.05.219.
24. Faheem H.H. [et al.] Comparative study of conventional steam-methane-reforming (SMR) and auto-thermal-reforming (ATR) with their hybrid sorption enhanced (Se-SMR & Se-ATR) and environmentally benign process models for the hydrogen production // Fuel. 2020. Vol. 297. P. 120769. URL: https: //doi.org /10.1016/j.fuel.2021.120769.
25. Kapadia P.R. [et al.]. Practical process design for in situ gasification of Bitumen // Applied Energy. 2013. Vol. 107. P. 281-296. URL: https: //doi.org/ 10.1016/j.apenergy.2013.02.035.
26. Vaezi M. [et al.]. Gasification of heavy fuel oils: A thermochemical equilibrium approach // Fuel. 2011. Vol. 90(2). P. 878-885. URL: https://doi.org/10.1016/ j.fuel.2010.10.011.
27. Katebah M., Al-Rawashdeh M., Linke P. Analysis of hydrogen production costs in steam-methane reforming considering integration with electrolysis and CO2 Capture // Cleaner Engineering and Technology, 2022. № 10. Р. 100552. URL: https://doi.org/10.1016/ j .clet.2022.100552.
28. Acar C., Dincer I. Analysis and assessment of a continuous-type hybrid photoelectrochemical system for hydrogen production // Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2016. № 9-10. Р. 66-81. URL: https: //doi.org/10.15518/isjaee.2016.09-010.066-081.
29. Современный зеленый курс России: проблемы и перспективы реализации / Н.Г. Гаджиев, С.А. Коноваленко, М. Н. Трофимов [и др.] // Юг России: экология, развитие. 2022. Т. 17, № 3(64). С. 197-207. DOI 10.18470/1992-1098-2022-3-197-207.
30. Технологии Power-To-X: Условие Энергетического Перехода. // Энергетика и промышленность России. 2019. Т. 374, № 18.
31. Shiva Kumar S., Himabindu V. Hydrogen production by PEM water electrolysis - a review // Materials Science for Energy Technologies, 2019. № 2(3). Р. 442-454. URL: https://doi.org/10.1016/j.mset.2019.03.002.
32. Shiva Kumar S., Lim H. An overview of water electrolysis technologies for Green Hydrogen production // Energy Reports. 2022. № 8. Р. 13793-13813. URL: https://doi.org/10.1016/j.egyr.2022.10.127.
33. Wang L. [et al.]. Power-to-fuels via solid-oxide elec-trolyzer: Operating window and Techno-Economics // Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019. Vol. 110. P. 174-187. URL: https://doi.org/10.1016/ j.rser.2019.04.071.
34. Получение водорода электролизом воды: современное состояние, проблемы и перспективы / С.А. Григорьев, В.И. Порембский, В.Н. Фатеев [и др.] // Транспорт на альтернативном топливе. 2008. № 3(3). С. 62 - 69. EDN ZRERYB.
35. KerosirovE., Grishin A., Pashin A., PopovM., Chud-akova M., Ilukhina T., Amirov T., Dolgikh V., Kudi-nov I. Experimental Study of the Process of Hydrogen Production by Methane Pyrolysis in a Molten Tin Layer // E3S Web Conf. 2023, 411, 01009, doi:10.1051/e3sconf/202341101009.
36. KudinovI. V., Pimenov A.A., Kryukov YA., Mikheeva G. V. A Theoretical and Experimental Study on Hydrodynamics, Heat Exchange and Diffusion during Methane Pyrolysis in a Layer of Molten Tin // International Journal of Hydrogen Energy 2021. № 46. Р. 1018310190, doi:10.1016/j.ijhydene.2020.12.138.
37. Концепция развития водородной энергетики в Российской Федерации. Правительство Российской Федерации. 5 августа 2021.
38. Project «H21 North of England». URL: https: //h21.green/projects/h21-north-of-england/ (дата обращения 07.05.2023).
39. Pleshivtseva Y. [et al.] Comprehensive review of low carbon hydrogen projects towards the decarbonization pathway // International Journal of Hydrogen Energy, 2023. Vol. 48(10). P. 3703-3724. doi:10.1016/ j.ijhydene.2022.10.209.
40. Pleshivtseva Y., Derevyanov M., Pimenov A., Rapoport A. Comparative analysis of global trends in low carbon hydrogen production towards the decarbonization pathway // International Journal of Hydrogen Energy, 2023, Vol. 48, No. 83, P. 32191-32240. https://doi.org/10.1016/j .ijhydene.2023.04.264.
41. Деревянов М.Ю., Плешивцева Ю.Э. Анализ ресурсной ценности и ресурсного потенциала объектов системы переработки нефтесодержащих отходов на основе DEA-метода // Изв. вузов. Сев.-Кавк. регион. Техн. науки, 2022, No 4, C. 27-34. http://dx.doi.org/10.! 7213/1560-3644-2022-4-27-34
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
References
1. Lan'shina T.A., Loginova A.D., Stoyanov D.E. Transition of the world's largest economies to carbon neutrality: areas of potential cooperation with Russia. Bulletin. international. organizations: education, science, new economy. 2021;16(4): 98-125. (In Russ.) D01:10.17323/19967845-2021-04-05.
2. Klementovicius Ya. Ya., Maksimtsev I. A., Sarakhanova N. S. Prerequisites for the formation of a low-carbon trend and its impact on the energy sector. Proceeding St. Petersburg State University of Economics. 2022;(1):7-17. (In Russ.)
3. Armaroli N., Balzani V. The hydrogen issue. ChemSusChem. 2010; 4(1):21-36. D0I:10.1002/cssc.201000182.
4. Yakubson K.I. Prospects of hydrogen production and use as one of the directions of low-carbon economy development in the Russian Federation (review). Journal of Applied Chemistry. 2020;93(12):1675-1695. DOI: 10.31857/S0044461820120014. (In Russ.)
5. Dillman, K. and Heinonen, J. Towards a safe hydrogen economy: An absolute climate sustainability assessment of hydrogen production. 2013. Climate;11(1): 25. D0I:10.3390/cli11010025.
6. Hydrogen Projects Database, Last updated October 2021. Available at: https://www.iea.org/data-and-statistics/data-product/hydrogen-projects-database (accessed 07.05.2023).
7. Kazarinov A.V., Derevyanov M.Yu., Pleshivtseva Yu.E. Classification and localization analysis of hydrogen production projects. Systems of analysis and data processing. 2022;88(4):31-48. D0I:10.17212/2782-2001-2022-4-31-48 (In Russ.)
8. Radchenko R.V., Mokrushin A.S., Tulpa V.V. Hydrogen in power engineering: studies. Manual. Yekaterinburg: Ural Publishing House. un-ta. 2014. 229 p. (In Russ.)
9. Sorensen B., Spazzafumo G. Hydrogen and fuel cells: Emerging Technologies and Applications. London: Academic Press. 2018.
10. Martin-Roberts E. et al. Carbon capture and storage at the end of a lost decade. One Earth. 2021; 4(11):1569-1584. D0I:10.1016/j.oneear.2021.10.002.
11. Lin Q. et al. Technical perspective of carbon capture, utilization, and storage. Engineering. 2022;(14): 27-32. D0I:10.1016/j.eng.2021.12.013.
12. Vitillo, J.G. et al. The role of carbon capture, utilization, and storage for economic pathways that limit global warming to below 1.5°C. iScience. 2022; 25(5):104237. D0I:10.1016/j.isci.2022.104237.
13.Global hydrogen review, IEA. 2022, Available at: https://iea.blob.core.windows.net/assets/c5bc75b1-9e4d-460d-9056-6e8e626a11c4/GlobalHydrogenReview2022.pdf (accessed 07.05. 2023).
14. Hydrogen fever. National Rating Agency, 2022. Available at: https://www.ra-national.ru/sites/de-fault/files/analitic_article/Hydrogen_0.pdf (accessed 07.05. 2023). (In Russ.)
15. Leonard M. et al. The geopolitics of the European Green Deal. International Organisations Research Journal. 2021;16(2):204-235. D0I:10.17323/1996-7845-2021-02-10.
16. Maryin E. V. 0n some features of the Paris Climate Agreement. Topical issues of modern economics. 2021;(5):612-616. (In Russ.)
17. Veselov F., Solyanik A., Urvantseva L. Low-carbon restructuring of the Russian electric power industry until 2035: the potential for reducing C02 emissions and its "price" for the consumer. Energy Policy. 2021; 11(165):30-43. D0I 10.46920/2409-5516_2021_11165_30.
18. Erbach G. & Jensen L. EU hydrogen policy: Hydrogen as an energy carrier for a climate -neutral economy, EPRS: European Parliamentary Research Service. Belgium. 2021.
19. Comprehensive and scientifically based terminology, classification and taxonomy of hydrogen. Economic Commission for Europe. 2022 (In Russ.)
20. Brauns, J. and Turek, T. Alkaline water electrolysis powered by Renew-able Energy: A Review. Processes. 2020; 8(2):248. D0I:10.3390/pr8020248.
21. Cao L. et al. Biorenewable hydrogen production through biomass gasification: A review and future prospects. Environmental Research. 2020(186): 109547. D0I:10.1016/j.envres.2020.109547.
22. Sanchez-Hervas, J.M., Moya, G.M. and Ortiz-Gonzalez, I. Current status of coal gasification. New Trends in Coal Conversion. 2019. P.175-202. D0I:10.1016/b978-0-08-102201-6.00007-8.
23. Khojasteh Salkuyeh, Y., Saville B.A. and MacLean H.L. Techno-Economic Analysis and life cycle assessment of hydrogen production from natural gas using current and emerging technologies. International Journal of Hydrogen Energy. 2017; 42(30):18894-18909. D0I:10.1016/j.ijhydene.2017.05.219.
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
24. Faheem, H.H. et al. Comparative study of conventional steam-methane-reforming (SMR) and auto-thermal-reforming (ATR) with their hybrid sorption en-hanced (Se-SMR & Se-ATR) and environmentally benign process models for the hydrogen production. Fuel. 2021;(297):120769. D01:10.1016/j.fuel.2021.120769.
25. Kapadia P.R. et al. Practical process design for in situ gasification of Bitumen. Applied Energy. 2013;(107): 281-296. D0I:10.1016/j.apenergy.2013.02.035.
26. Vaezi M. et al. Gasification of heavy fuel oils: A thermochemical equilibrium approach. Fuel. 2011; 90(2): 878-885. D0I:10.1016/j.fuel.2010.10.011.
27. Katebah M., Al-Rawashdeh M., Linke P. Analysis of hydrogen production costs in steam-methane reforming considering integration with electrolysis and C02 Capture. Cleaner Engineering and Technology. 2022;(10): 100552. D0I:10.1016/j.clet.2022.100552.
28. Acar C., Dincer I. Analysis and assessment of a continuous-type hybrid photoelectrochemical system for hydrogen production. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2016;(9-10): 66-81. D0I:10.15518/isjaee.2016.09-010.066-081.
29. Gadzhiev N.G., Konovalenko S.A., Trofimov M.N. et al. Modern green course of Russia: problems and prospects of implementation. South of Russia: ecology, development. 2022;17(3(64)):197 - 207. (In Russ,) D0I 10.18470/1992-1098-2022-3-197-207.
30. Power-To-X Technologies: Energy Transition Condition. Energy and Industry of Russia. 2019;(374):18. (In Russ.)
31. Shiva Kumar S. and Himabindu V. Hydrogen production by PEM water electrolysis - a review. Materials Science for Energy Technologies. 2019;2(3): 442-454. D0I:10.1016/j.mset.2019.03.002.
32. Shiva Kumar S. and Lim H. An overview of water electrolysis technologies for Green Hydrogen production. Energy Reports. 2022;(8):13793-13813. D0I:10.1016/j.egyr.2022.10.127.
33. Wang L. et al. Power-to-fuels via solid-oxide electrolyzer: 0perating window and Techno-Economics. Renewable and Sustainable Energy Reviews. 2019;(110):174-187. D0I:10.1016/j.rser.2019.04.071.
34. Grigoriev S. A., Porembsky V. I., Fateev V. N. et al. 0btaining hydrogen by electrolysis of water: current state, problems and prospects. Transport on alternative fuel. 2008; 3(3): 62-69.
35. Kerosirov E., Grishin A., Pashin A., Popov M., Chudakova M., Ilukhina T., Amirov T., Dolgikh V., Kudinov I. Experimental Study of the Process of Hydrogen Production by Methane Pyrolysis in a Molten Tin Layer. E3S Web Conf. 2023;(411):01009. D0I:10.1051/e3sconf202341101009.
36. Kudinov I.V., Pimenov A.A., Kryukov Y.A., Mikheeva G.V. A Theoretical and Experimental Study on Hydrodynamics, Heat Exchange and Diffusion during Methane Pyrolysis in a Layer of Molten Tin. International Journal of Hydrogen Energy. 2021;(46): 10183-10190. D0I:10.1016/j.ijhydene.2020.12.138.
37. The concept of hydrogen energy development in the Russian Federation. The Government of the Russian Federation. August 5. 2021. (In Russ.)
38. Project «H21 North of England». Available at: https://h21.green/projects/h21-north-of-england/ (accessed 07.05. 2023).
39. Pleshivtseva Y. et al. Comprehensive review of low carbon hydrogen projects towards the decarbonization pathway', International Journal of Hydrogen Energy. 2023. 48(10): 3703-3724. D0I:10.1016/j.ijhydene.2022.10.209.
40. Pleshivtseva Y., Derevyanov M., Pimenov A., Rapoport A. Comparative analysis of global trends in low carbon hydrogen production towards the decarbonization pathway. International Journal of Hydrogen Energy. 2023;48(83):32191-32240. https://doi.org/10.1016/jjjhydene.2023.04.264.
41. Derevyanov M.Yu., Pleshivtseva Yu.E. Analysis of the resource value and resource potential of objects in the oily waste processing system based on the DEA method. Izv. vuzov. Sev.-Kavk. region. Techn. nauki= Bulletin of Higher Educational Institutions. North Caucasus Region. Technical Sciences.2022;(4): 27-34. http://dx.doi.org/10.17213/1560-3644-2022-4-27-34 (In Russ.)
Сведения об авторах
Казаринов Артем Витальевичв - аспирант, инженер, кафедра «Управление и системный анализ теплоэнергетических и социотехнических комплексов», artemrus987@gmail.com
Деревянов Максим Юрьевич - канд. техн. наук, доцент, кафедра «Управление и системный анализ теплоэнергетических и социотехнических комплексов», mder2007@mail.ru
Плешивцева Юлия Эдгаровна - д-р техн. наук, профессор, кафедра «Управление и системный анализ теплоэнергетических и социотехнических комплексов», yulia_pl@mail.ru
ISSN 1560-3644 BULLETIN OF HIGHER EDUCATIONAL INSTITUTIONS. NORTH CAUCASUS REGION. TECHNICAL SCIENCES. 2023. No 4
Information about the authors
Artem V. Kazarinov - Graduate Student, Engineer, Department «Management and System Analysis of Thermal Power and Sociotechnical Complexes», artemrus987@gmail.com
Maksim Yu. Derevyanov - Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor, Department «Control and System Analysis of Heat and Power and Sociotechnical complexes», mder2007@mail.ru
Yuliya E. Pleshivtseva - Dr. Sci. (Eng.), Professor, Department «Control and System Analysis of Heat and Power and Sociotechnical complexes», yulia_pl@mail.ru
Статья поступила в редакцию / the article was submitted 30.10.2023; одобрена после рецензирования / approved after reviewing 14.11.2023; принята к публикации / accepted for publication 16.11.2023.
