Октай МАМЕДОВ
Ведущий научный сотрудник
ВИНИТИ РАН, к. т. н.
Oktay MAMEDOV
Leading researcher VINITI RAS,
PhD in Engineering
Метаданные научной публикации
УДК 621.482
DOI 10.46920/2409-5516_2026_4219_60
EDN FSPBZI
Белый водород —
этап развития водородной энергетики
White Hydrogen is a Stage
in the Development
of Hydrogen Energy
Октай МАМЕДОВ
Ведущий научный сотрудник
ВИНИТИ РАН, к. т. н.
Oktay MAMEDOV
Leading researcher VINITI RAS,
PhD in Engineering
Аннотация. В рамках диверсификации энергетического баланса рассматривается возможность использования белого водорода для целей энергоснабжения. Отмечается, что вопрос освоения белого водорода находится на начальном этапе развития. Требуется дальнейшее расширение исследований в данном направлении, которое обеспечивается увеличением проектов по данной тематике.
Ключевые слова: белый водород, ископаемое топливо, добыча, коммерциализация, проекты
Abstract. As part of the diversification of the energy balance the possibility of using white hydrogen for energy supply purposes is being considered. It is noted that the issue of developing white hydrogen is at an early stage of the development. Further expansion of research in this area is required which is ensured by an increase in projects on this topic.
Keywords: white hydrogen, fossil fuels, commercialization, production, start-up
Интерес к водороду как к альтернативе ископаемому топливу связан с тем, что в отличие от ископаемого топлива его сжигание не сопровождается выбросом вредных веществ в атмосферу. По способу производства водород подразделяется :
• на зеленый — на базе возобновляемых источников энергии;
• голубой — получаемый переработкой природного газа с улавливанием вредных веществ;
• розовый или красный — на базе АЭС;
• серый — получаемый переработкой природного газа с выбросом вредных веществ в атмосферу;
• бурый — получаемый переработкой угля с выбросом вредных веществ в атмосферу;
• бирюзовый — получаемый разложением природного газа в присутствии высоких температур без доступа кислорода с образованием твердого углерода, который используется в промышленности;
• белый — природный, который присутствует в земной коре.
Приведенные виды водорода, получаемые переработкой природного топлива (уголь, природный газ), электролизом и требующие в качестве привода энергию в виде пара, получили широкое применение в отраслях промышленности — нефтепереработке, металлургии, электроэнергетике. На нынешнем этапе масштаб использования водорода расширяется за счет возможного его использования на транспорте (большегрузные автомобили, судоходство), а также в качестве автономного источника энергии в виде топливных элементов.
Существующие технологии получения водорода являются переделом первичного сырья. В отличие от существующих видов, белый водород является первичным сырьем, выступая топливом, получаемым без передела, как ископаемое, подобно углю, природному газу, нефти.
За последние несколько лет интерес к ископаемому (белому) водороду резко возрос. Компании стремятся бурить скважины для добычи водорода, заявляя, что их проекты могут иметь низкую стоимость и наименьшее воздействие на окружающую среду по сравнению с другими методами производства водорода. Оценки стоимости производства белого водорода прогнозируются разработчиками проектов от 0,5 до 2,4 доллара за 1 кг, что ниже серого водорода, получаемого из природного газа без технологии улавливания [1]. Однако компания Bloomberg NEF предупреждает, что, несмотря на большой потенциал ископаемого (белого) водорода, существует высокая неопределенность, связанная с возможностью гораздо более высоких затрат в зависимости от концентрации водорода на месте добычи и удаленности от места потребления. Несмотря на сдержанную оценку, разведочное бурение ведется во многих странах мира: Австралии, США, Испании, Албании, Китае, Канаде, Франции. Французский проект Mantes 8 из Гренобля с начальным вложением в разработку 4 млн долларов утверждает, что его запатентованная технология позволяет обнаруживать природные месторождения водорода с высокой точностью и визуализировать всю систему генерации водорода для оценки количества и качества водорода. Разработчики проекта полагают, что инвестиции от венчурной компании Breakthrough Energy, возглавляемой миллиардером У. Баффетом, венчурной компании в сфере климатических технологий Kiko Ventures помогут компании из Гренобля достичь цели — найти 10 млн ископаемого водорода к 2030 году. Компания утверждает, что к 2028 году будет добывать белый водород по цене 0,8 евро за 1 кг. Mantes 8 — первая компания, которая занимается разведкой ископаемого водорода на основе геологических данных в отличие от других, которые ведут экспериментальное бурение в поисках белого водорода на основе показаний данных отработанных скважин на нефть и газ [2]. Но, как в случае с разведкой на нефть и газ, надежные открытия делают геологи, анализирующие недра Земли. По заявлению компании, запатентованные технологии объединяют геофизические, геохимические, сейсмические данные, а благодаря высокому уровню точности и детализации время разработки проекта по разведке белого водорода сокращается вдвое, что позволяет экономить миллионы долларов на проекте. Как заявил партнер-основатель Kiko Ventures, большинство существующих подходов к извлечению ископаемого водорода основаны на методе проб и ошибок, тогда как запатентованная технология Mantes 8 основана на строгих научных данных. Подобное мнение и у Breakthrough Energy Ventures: «Обширные региональные знания Mantes 8 и основанный на геологии подход к разведке ископаемого водорода дают компании сильные позиции, позволяющие сделать доступный водород реальностью в Европе». Mantes 8 имеет разрешение на разведку водорода в местах, которые, по мнению компании, окажутся плодотворными и находятся в непосредственной близости от спроса.
Сочетание трех ключевых геологических условий создает наилучшие экономические возможности для добычи ископаемого водорода. Это материнская порода с неглубокими резервуарами, заполняемыми через естественные трещины; лучшие резервуары постоянно пополняются, поскольку они подключены к активностям, где постоянно производится водород; материнская порода в виде богатых железом мантийных пород, которые лучше всего подходят для серпентинизации. (Серпентинизация — это процесс гидротермальных изменений главным образом оливиновых горных пород, в ходе которого безводные силикаты магния и железа гидролизуются и преобразуются в минералы группы серпентина, формула которого: Mg6(OH)8SiO10). Интерес к проекту Mantes 8 со стороны венчурной компании Breakthrought Energy Ventures обращает на себя внимание, если учесть, что среди инвесторов присутствуют финансовые лица первой величины: миллиардеры Билл Гейтс, Джефф Безос, Джек Ма, Ричард Бренсон, Майкл Блумберг, а также генеральные директора фирм Fortescue, Arcelor Mittal, Softbank, Reliance Industries.
Как отмечают аналитики компании Rystad Energy, сейчас месторождения природного водорода ищут 40 компаний по сравнению с 10 в 2020 году, что напоминает «золотую лихорадку». Это обусловлено ожидаемой ценовой привлекательностью по сравнению с зеленым водородом. Однако нигде в мире не обнаружено месторождений, пригодных для коммерческой разработки, за исключением скважины в Мали, которая дает порядка 5 тонн водорода в год для производства электроэнергии для местной общины. Ссылаясь на данные компании Hydroma, которая разрабатывала скважину в Мали, где стоимость производства белого водорода оценивается в 0,5 доллара за 1 кг, разработчики ожидают, что природный водород будет стоить до 1 доллара за 1 кг, тогда как серый водород стоит 2 доллара за 1 кг, а зеленый — в три раза дороже [3]. Потенциал настолько велик, что американская компания Koloma, занимающаяся разведкой природного водорода, привлекла 245 млн долларов частного финансирования. Аналитики компании Rystad Energy полагают, что белый водород может иметь право на налоговый кредит на производство из-за низкой интенсивности выбросов углекислого газа, которая при добыче природного водорода не превышает 0,4 кг, тогда как налоговый кредит в 3 доллара распространяется на проекты, где выбросы углекислого газа составляют менее 0,45 кг на 1 кг добываемого белого водорода.
Как отмечалось, география работ по поиску природного водорода широка. Так, в Австралии, согласно проекту Golden Hydrogen, ведутся работы по наличию водорода на полуострове Йорк и острове Кенгуру, Южная Австралия, где отмечается повышенное содержание водорода с возможным объемом накопления до 1,3 млн тонн [4]. Первоначальные испытания двух скважин показали наличие природного водорода до 86 % и гелия до 6,8 % от неочищенного газа. Хотя извлечение природного водорода может быть низкозатратным с небольшим углеродным следом по сравнению с другими методами производства водорода, реальные данные по-прежнему крайне ограничены. Единственным реальным источником данных являются показатели по добыче природного водорода в Мали.
Вместе с тем Геологическая служба США в своем отчете отмечает, что в подземных резервуарах может быть до 5 трлн тонн белого водорода, что хватит для удовлетворения потребности в водороде в мире на сотни лет вперед [5]. Большая часть водорода может быть недоступна, но даже несколько процентов его извлечения покроют весь прогнозируемый мировой спрос на водород. Это означает, что инвестиции в добычу природного водорода начнут поступать в ближайшее время: надвигается «золотая лихорадка» в поисках водорода. Примером может служить компания Hyterra, которая приступила к бурению скважины на водород в штате Канзас. Отбираемый газ по результатам лабораторного анализа подтвердил наличие водорода в объеме 92 %. Компания получила разрешение на бурение еще одной скважины в штате с содержанием, по предварительной оценке, водорода в объеме 56 % в газоносном пласте [6]. Американский проект Gold H2 заявляет, что его запатентованный биотехнологический промышленный процесс превращает сырую нефть в заброшенных скважинах в водород по цене 0,8 доллара за 1 кг. Подписан меморандум с крупной компанией, чтобы начать пилотный проект в США в ближайшее время [7]. По заявлению ученых-геологов университета штата Колорадо, природный водород образуется в больших количествах, когда богатые железом минералы реагируют с водой. Примером может служить шахта на руднике Булкезе в Албании, одном из крупнейших в мире месторождений хромовой руды, в котором на глубине 1 км под землей обнаружен водоем, где постоянно бурлит газ с содержанием водорода 84 %, который ежегодно выбрасывает 11 тонн водорода. Было подсчитано, что шахта в целом выбрасывает до 200 тонн природного водорода, и это продолжается, по крайней мере, уже последние шесть лет [7]. Национальный центр научных исследований Франции, который принимал участие в исследовании, описал явление как «самый высокий естественный поток водорода, измеренный на сегодняшний день». Это открытие вселило надежду, что природный водород может быть более распространен, чем предполагалось ранее. По данным центра, это открытие закладывает основу для новых моделей исследования природного водорода и может нарушить геополитику, причем во многих отношениях в лучшую сторону, так как водород «будет там, где нет нефти и газа». Исследователи центра отмечают, что офиолитовые массивы представляют собой потенциальные хранилища высококачественных водородных резервуаров. Эти геологические образования разбросаны по всей планете, уже идентифицированы как места обитания гиперщелочных источников, где выделяется водород пузырьками. Офиолитовые образования могут быть хорошими местами поиска природного водорода по всему миру. В своем исследовании центр научных исследований Франции отмечает, что офиолиты не были объектом геологоразведочных работ нефтегазовой отрасли, поскольку не представляли интереса с точки зрения углеводородных ресурсов. Во многих отношениях это открытие может стать переломным моментом в неустанных поисках энергетических ресурсов. Как следствие, во Франции наблюдается поток заявок на получение разрешений на геологоразведку с целью обнаружения природных залежей водорода [8]. В апреле 2022 года в рамках серии поправок к Горному кодексу природный водород добавлен в список веществ, которые можно добывать. Страна является единственной в Европе, где законом разрешена добыча водорода. Основные разведочные работы ведутся в регионе Атлантические Пиренеи, где имеется та же генерирующая порода для природного водорода, что и на месторождении Монсон в Испании, открытом во время разведки на нефть и газ. Работы также ведутся в регионе Пюи-де-Дом в центральной части и в Лотарингии на северо-востоке страны.
Водород, источник чистой энергии, как и гелий, дефицитный стратегический ресурс, в изобилии хранятся в осадочных бассейнах и являются важными компонентами подземных энергетических систем. Однако комплексные исследования их залегания, ресурсов и перспектив разведки в тектонических активных осадочных бассейнах остаются ограниченными. Так, согласно исследованию, ресурсы природного водорода в бассейне Бохайского залива в северо-западной части Желтого моря, Китай, оцениваются в 22,4 млрд м3, что эквивалентно 67,12 ТВ•ч. Бассейн Бохайского залива рассматривается как перспективный район разведки природного водорода [9]. Широкий фронт работ по разведке природного водорода развернут в Канаде. Компания Max Power Mining объявила о разрешении на разведку природного водорода на участке площадью 1244 кв. км в провинции Саскачеван. Территория проекта под названием Rider Natural Hydrogen Project разделена на пять блоков. На основании данных, полученных из 45 скважин, была обнаружена концентрация водорода в подземных газах с максимальным значением 96,4 % вблизи города Мидейл [10]. Также отмечается концентрация водорода с показателем 75,6 % на глубине от 200 до 800 метров. Однако эти случаи обнаружения должны быть проверены и подтверждены соответствующими службами, поскольку нет четкой уверенности в том, какие объемы водорода могут быть использованы в коммерческих целях и будут ли эти объемы постоянно возобновляться или запасы конечные. Одним из консультантов проекта является компания Chapman Hydrogen and Petroleum Engineering, которая разрабатывала проект по добыче природного водорода в Мали. Компания Max Power в своем пресс-релизе заявляет, что южная часть провинции Саскачеван покрыта осадочным бассейном, который залегает на кристаллическом докембрийском фундаменте, являющемся теоретическим источником природного водорода за счет серпентинизации пород в недрах.
Осторожный интерес к белому водороду проявляют нефтегазовые компании. Так, венчурное подразделение ВР открыло финансирование проекта по добыче природного водорода Snowfox Discovery, в который также вложились горнодобывающий гигант Rio Tinto и инвесткомпания Oxford Science Enterprises [11]. Следует отметить, что руководство нефтегазовой компании воздерживается от прямых разработок в добычу водорода. Так, старший вице-президент ВР по водороду заявил, что месторождения еще далеки от зрелости, а реальных данных о том, где залегает природный водород и сколько его можно извлечь, нет. Таким образом, инвестиции в проект Snowfox можно рассматривать как более рискованный шаг, чем прямая разработка проектов по добыче природного водорода.
Осторожность крупных компаний в вопросах разработки и добычи природного водорода связана с тем, что глобальное изучение природного водорода находится на начальном этапе, теоретические исследования пока немногочисленны и сосредоточены на механизме его образования. Выявлено множество путей образования природного водорода, которые можно разделить на органические и неорганические. Корреляционный анализ между водородом и другими подземными газами дает ценную информацию о потенциальных механизмах образования природного водорода. Результаты показывают слабые положительные корреляции между водородом и сероводородом, гелием, азотом, углекислым газом. Обратная зависимость от метана предполагает, что водород может быть более распространен в средах, не связанных с углеводородами. Понимание этого помогает выявить благоприятные геологические условия для накопления водорода. На Всемирном конгрессе по водороду в Амстердаме в 2024 году отмечалась осторожность в отношении перспектив добычи природного водорода, что связано с малым объемом информации и зрелости разведки на природный водород. Подчеркивалась необходимость наличия большого количества реальных данных не только о количестве водорода, но и его чистоте.
Использованные источники
1. The likelihood of finding the large reservoirs of natural hydrogen that can be affordably tapped is low // Hydrogen Insight. 24.10.2024. URL: https://www.hydrogeninsight.com/production/the-likelihood-of-finding-the-large-reservoirs-of-natural-hydrogen-that-can-be-affordably-tapped-is-low.
2. We will find 10 million tonnes of natural hydrogen by 2030 using our groundbreaking technology // Hydrogen Insight. 07.02.2025. URL: https://www.hydrogeninsight.com/innovation/we-will-find-10-million-tonnes-of-natural-hydrogen-by-2030-using-our-groundbreaking-technology.
3. A new gold rush: there are now 40 companies searching for natural hydrogen // Hydrogen Insight. 18.03.2024. URL: https://www.hydrogeninsight.com/production/a-new-gold-rush-there-are-now-40-companies-searching-for-natural-hydrogen.
4. Australia’s first well tests for natutal H2 begin as Gold Hydrogen seeks insight // Hydrogen Insight. 06.03.2024. URL: https://www.hydrogeninsight.com/production/australias-first-well-tests-for-natural-h2-begin-as-gold-hydrogen-seeks-insight.
5. There is enough natural hydrogen underground to meet all demand for hudres years // Hydrogen Insight. 19.02.2024. URL: https://www.hydrogeninsight.com/innovation/there-is-enough-natural-hydrogen-underground-to-meet-all-demand-for-hundreds-years.
6. HyTerra starts drilling first new for natural hydrogen and helium exploration in the US // Hydrogen Insight. 29.04.2024. URL: https://www.hydrogeninsight.com/production/hyterra-starts-drilling-first-new-for-natural-hydrogen-and-helium-exploration-in-the-us.
7. Massive spring of almost pure natural hydrogen found in A is more lbanian mine emitting at least 200 tonnes of H2 a year // Hydrogen Insight. 09.02.2024. URL: https://www.hydrogeninsight.com/production/massive-spring-of-almost-pure-natural-hydrogen-found-in-a-serbian-mine-emitting-at-least-200-tonnes-of-h2-a-year.
8. Everything is speculative: a boom in applications for natural hydrogen exploration in France is more about policy than reserves // Hydrogen Insight. 19.09.2023. URL: https://www.hydrogeninsight.com/innovation/everything-is-speculative-a-boom-in-applications-for-natural-hydrogen-exploration-in-france-is-more-about-policy-than-reserves.
9. Helium and natural hydrogen in the Bohai bay, China: occurrence, resoursces and exploration // Applied Energy. 2025. Vol. 383.
10. Canada’s biggest natural hydrogen project launched with up to 96,4 % H2 found in undergraund gases // Hydrogen Insight. 05.08.2024. URL: https://www.hydrogeninsight.com/production/canadas-biggest-natural-hydrogen-project-launched-with-up-to-964-h2-found-in-underground-gases.
11. BP leads investment into natural hydrogen exploration firm // Hydrogen Insight. 24.01.2025. URL: https://www.hydrogeninsight.com/production/bp-leads-investment-into-natural-hydrogen-exploration-firm.