Декарбоника 
BASF, крупнейший в мире производитель химикатов, объединил усилия с ExxonMobil для разработки низкоэмиссионного водорода с использованием технологии пиролиза метана. Это сотрудничество призвано ускорить производство экономически эффективного и чистого водорода для промышленного применения. Компании подписали соглашение о совместной разработке и планируют построить демонстрационный завод в Бейтауне, штат Техас, для тестирования технологии в масштабе.
BASF уже несколько лет исследует пиролиз метана при финансовой поддержке Федерального министерства исследований, технологий и космоса Германии (BMFTR). Объединившись с ExxonMobil, компании надеются обменяться опытом и приблизить это перспективное водородное решение к коммерческой реализации.
Пиролиз метана – это процесс, который расщепляет метан, основной компонент природного газа, на водород и твердый углерод с использованием электричества. В отличие от традиционных методов производства водорода, таких как паровой риформинг метана (SMR), пиролиз метана не выделяет CO2 в процессе реакции.
Этот процесс требует примерно в пять раз меньше энергии, чем электролиз воды, и не нуждается в воде, что делает его более эффективным во многих ситуациях. Пиролиз метана также выигрывает от существующей инфраструктуры природного газа, что позволяет развертывать его в различных местах без серьезных модификаций.
Пиролиз метана может сыграть важную роль в переходе к низкоуглеродной экономике. Ожидается, что спрос на водород будет расти в различных отраслях – от химической промышленности и металлургии до транспорта и хранения энергии. Производство водорода без прямых выбросов CO2 с помощью пиролиза метана поможет отраслям достичь целей по декарбонизации.
Водород является критически важным энергоносителем и сырьем для химической промышленности. Твердый углерод, побочный продукт пиролиза метана, также ценен. Его можно использовать в производстве стали и алюминия, строительных материалов, а также в передовых углеродных продуктах, таких как компоненты аккумуляторов.
Ключевые преимущества пиролиза метана включают: отсутствие прямых выбросов CO2 при производстве водорода; высокочистый твердый углерод, который может храниться или использоваться в коммерческих целях; более низкое потребление энергии по сравнению с электролизом; совместимость с существующими системами природного газа, что упрощает внедрение.
Однако технология не является полностью безэмиссионной. Утечки метана вверх по течению – при добыче, переработке или транспортировке – могут значительно увеличить выбросы парниковых газов. Метан обладает потенциалом глобального потепления во много раз превышающим CO2, поэтому минимизация утечек критически важна для поддержания низкого уровня выбросов.
Таким образом, процесс требует тщательного управления утечками метана вверх по потоку для обеспечения действительно низких выбросов. Также необходимо отслеживать и контролировать цепочки поставок метана. Кроме того, ввод энергии должен быть оптимизирован для максимизации эффективности и минимизации выбросов CO2 в течение всего жизненного цикла.
Что касается энергоэффективности, пиролиз метана требует около 37,5 кДж энергии на моль водорода, в сравнении с 63,4 кДж для SMR и 285,8 кДж для электролиза воды. Это демонстрирует высокую энергоэффективность пиролиза метана.
Оценки показывают, что пиролиз метана производит 9–12 тонн эквивалента CO2 на тонну водорода, в зависимости от управления метаном и источников энергии. SMR с улавливанием углерода (CCS) имеет немного более высокие выбросы, в то время как выбросы от электролиза полностью зависят от источника электроэнергии. При питании от возобновляемых источников электроэнергии электролиз может достичь почти нулевых выбросов CO2, но использование электроэнергии из сети на ископаемом топливе увеличивает выбросы.
Пиролиз метана также может помочь избежать некоторых выбросов, связанных с производством и использованием ресурсов для электролизеров. Его эффективность и углеродный побочный продукт делают его конкурентоспособным низкоуглеродным решением. В целом, пиролиз метана предлагает баланс между низкими выбросами, энергоэффективностью и экономической целесообразностью. Он успешно конкурирует с SMR + CCS и в целом менее энергоемок, чем полный электролиз, хотя электролиз на основе возобновляемых источников энергии имеет самые низкие выбросы, если электроэнергия является «зеленой».
BASF и ExxonMobil планируют построить демонстрационный завод на комплексе ExxonMobil в Бейтауне. Это предприятие будет производить до 2000 тонн низкоуглеродного водорода и 6000 тонн твердого углерода ежегодно. Проект позволит проверить технологию в масштабе и подготовить ее к коммерческому внедрению.
Этот завод представляет собой ключевой шаг к превращению пиролиза метана в практическое решение для промышленного спроса на водород. Объединяя химический опыт BASF с опытом ExxonMobil в энергетической инфраструктуре, компании стремятся ускорить глобальное внедрение низкоэмиссионного водорода.
ExxonMobil привносит в партнерство дополнительные преимущества. Компания владеет крупнейшей сетью трубопроводов CO2 в США и имеет обширный опыт в области топлива, химикатов и низкоуглеродных решений. Сочетание этого с инновациями BASF в химических процессах делает сотрудничество мощным шагом вперед для устойчивого производства водорода. В целом, это партнерство представляет собой важный шаг в развитии низкоэмиссионного водорода.
Международное энергетическое агентство (МЭА) прогнозирует значительный рост производства низкоэмиссионного водорода к 2030 году. Проекты, которые уже работают или достигли окончательных инвестиционных решений (FID), как ожидается, будут производить 4,2 миллиона тонн в год (МТ/год) к 2030 году. Это пятикратное увеличение по сравнению с 2024 годом.
Хотя это все еще ниже амбициозных целей, установленных правительствами и промышленностью ранее в этом десятилетии, это увеличит долю низкоэмиссионного водорода с менее чем 1% сегодня до примерно 4% от общего объема производства водорода к 2030 году.
Этот рост сопоставим с быстрым расширением, наблюдавшимся в других чистых энергетических технологиях, таких как солнечные фотоэлектрические системы. Кроме того, новая оценка объявленных проектов предполагает, что еще 6 миллионов тонн низкоэмиссионного водорода могут быть введены в эксплуатацию к 2030 году при условии эффективной политики поддержки спроса и обеспечения соглашений о закупках. Поскольку промышленный спрос на водород растет, а декарбонизация становится все более актуальной, пиролиз метана призван сыграть ключевую роль в энергетическом переходе. Объединяя свой опыт, BASF и ExxonMobil позиционируют себя на переднем крае инноваций в области низкоэмиссионного водорода.
