Низкоуглеродный водород: опыт КазМунайГаза

На фоне глобального энергетического сдвига Казахстан делает стратегический шаг в сторону декарбонизации, используя «зелёный» водород как инструмент устойчивого энергетического будущего. Национальная нефтегазовая компания «КазМунайГаз» (КМГ) реализует пилотный проект в Атырау, направленный на производство «зелёного» водорода — экологически чистого топлива, получаемого в процессе электролиза воды с использованием возобновляемой энергии. Этот шаг отражает переход от углеводородной зависимости к диверсификации, создавая основу для низкоуглеродной промышленной политики.

Индустриальная классификация водорода

Чтобы понять, почему водород стал ключевым элементом будущей энергетики, стоит обратиться к его имени и природе. Слово «водород» восходит к греческому hydor, что означает «вода», и genes — «порождающий» или «рождённый». Таким образом, «водород» — буквально «рождающий воду». Это лингвистическое происхождение удивительно точно отражает химическую характеристику элемента: при сгорании водорода в кислороде образуется вода (H₂ + ½O₂ → H₂O), без выбросов углекислого газа, серы или твердых частиц^[1].

В индустриальном контексте водород делят на категории по способу его производства, и каждая цветовая метка несёт экономическое и экологическое значение.

«Серый» водород — это наиболее распространённый и наименее экологичный тип, получаемый путём паровой конверсии метана, главного компонента природного газа. При этом на каждую тонну произведённого водорода выбрасывается до 10 тонн CO₂^[2]. Такой водород активно применяется на нефтеперерабатывающих заводах. К примеру, в установках гидроочистки водород служит реагентом для удаления серы, азота и других нежелательных компонентов, обеспечивая соответствие топливной продукции (например, дизтоплива) экологическим стандартам. Его дешевизна делает его доминирующим на текущем рынке.

«Голубой» водород производится по той же технологии, но с применением CCS — технологии улавливания и хранения углерода (Carbon Capture and Storage). Это снижает общий углеродный след производства, однако требует инфраструктуры и энергоёмких процессов, что увеличивает издержки и вызывает споры о его истинной «чистоте»^[3].

«Розовый» или атомный водород — результат электролиза воды, но с использованием энергии атомных электростанций. Он уже экологичен и не сопровождается прямыми выбросами.

Также есть «белый» водород — природный водорода, формирующийся в недрах Земли и потенциально доступный для промышленной добычи. В мировом контексте белый водород рассматривается как перспективное направление.

Наконец, «зелёный» водород — наиболее экологически чистый тип. Он производится электролизом воды при условии, что электроэнергия поступает из возобновляемых источников, таких как ветер или солнце. Этот процесс, хоть и технически идентичен розовому, принципиально отличается источником энергии и, соответственно, углеродным следом — он практически нулевой^[4]. При этом сам электролиз основан на глубоко понятной химии: под действием электрического тока молекула воды (H₂O) расщепляется на водород (H₂) и кислород (O₂), что делает процесс потенциально замкнутым и устойчивым при достатке чистой энергии.

Выбор между типами водорода в энергетической реальности определяется не только химическими процессами, но и такими факторами, как инфраструктура, политика, география и доступность водных ресурсов. Для производства «зеленого» водорода методом электролиза с использованием возобновляемых источников энергии требуется определенное количество воды — по международным стандартам от 15 до 30 кг воды на 1 кг водорода, в зависимости от источника воды и применяемой технологии электролиза^[5].

Казахстан активно изучает потенциал производства «зеленого» водорода, делая ставку на богатые солнечные ресурсы южных и западных регионов, а также на возможности использования альтернативных водных источников. Несмотря на существующие сложности, это стратегическое направление укрепляет позиции страны в мировой экономике, всё более ориентирующейся на экологически чистые и низкоуглеродные технологии.

Водородная экосистема

Производство «зелёного» водорода рассматривается как перспективное направление декарбонизации. По поручению Президента Республики Казахстан Касым-Жомарта Токаева еще несколько лет назад началась работа по созданию национальной водородной экосистемы.

В 2021 году профильные министерства совместно с КМГ разработали предложения по развитию отрасли. Важным этапом стало принятие стратегических документов: 27 сентября 2024 года приказом министра энергетики РК утверждена Концепция по развитию водородной энергетики до 2030 года^[6]. Этот документ задал первоначальный вектор развития отрасли.

В настоящее время ведётся работа по обновлению и пересмотру данной Концепции. В состав рабочей группы включены эксперты КМГИ, которые вносят вклад в актуализацию документа с учётом накопленного практического опыта и текущих реалий отрасли.

Ключевым шагом стало также утверждение в июле 2024 года первых национальных стандартов на водород (качество топлива, технологии топливных элементов, требования безопасности), гармонизированных с международными нормами ISO.

Цели государства амбициозны: использовать преимущества страны (огромный потенциал ВИЭ для производства «зеленого» водорода, монетизация запасов газа), диверсифицировать углеводородный сектор, перейти к новому технологическому укладу и обеспечить устойчивое социально-экономическое развитие.

Центр притяжения — КМГ Инжиниринг

Движущей силой всех этих преобразований во многом выступает ТОО «КМГ Инжиниринг» (КМГИ) — научно-исследовательская структура КазМунайГаза. Именно на его базе, во исполнение поручения Президента, 1 апреля 2022 года был запущен первый в стране Центр компетенций по водородной энергетике (ныне департамент альтернативной энергетики). Лидерские усилия КМГИ в продвижении водородных технологий получают признание как внутри страны, так и на международном уровне. Департамент занимается комплексным анализом технологий, реализует пилотные проекты КМГ и активно развивает научное сотрудничество.

Конкретным результатом этой аналитической работы КМГИ стала разработка цифрового Водородного атласа. В Атлас интегрированы калькулятор себестоимости «зеленого» водорода и модуль оценки потребления энергии от возобновляемых источников. Разработана методология расчета производства водорода из природного газа. Подготовлена демонстрационная цифровая платформа для моделирования сценариев производства низкоуглеродного водорода. Разрабатывается методология расчёта производства водорода и его производных из природного газа. Проведена демонстрация цифровой платформы для моделирования, расчёта и визуализации сценариев производства низкоуглеродного водорода (и его деривативов) в регионах и на месторождениях Казахстана на ТЭС КМГИ. В последующем получено свидетельство о государственной регистрации авторских прав от Qazpatent на «Цифровой водородный атлас Казахстана».
Эта работа рассматривается как важный шаг к созданию интегрированной платформы, позволяющей анализировать различные сценарии производства водорода с минимальным воздействием на окружающую среду и служащей основой для будущих проектов.

Стоит отметить, что ещё в 2022 году Казахстан заключил с Европейским союзом (на COP27) правительственный меморандум о взаимопонимании^[7], устанавливающий партнерство в обеспечении развития надежных и устойчивых поставок сырья (в т.ч. критического), в развитии цепочек создания стоимости возобновляемого водорода и аккумуляторов/батарей^[8]. Одновременно развивалось международное партнерство КМГ: в том же 2022 году были подписаны меморандумы о взаимопонимании с такими компаниями, как Chevron, создан альянс «Green Hydrogen Alliance» с участием европейских компаний^[9].

Национальный прототип водородной экономики

Одна из ключевых проблем водородной энергетики — материаловедение: как безопасно и эффективно хранить и транспортировать этот летучий газ. Для решения этой задачи на базе Атырауского филиала КМГИ была создана уникальная лаборатория по исследованию водородных технологий.

Лаборатория проводит эксперименты по изготовлению сплавов для безопасного хранения и транспортировки водорода. Она оснащена современным оборудованием, не имеющим аналогов в Казахстане. Для повышения эффективности исследований лаборатория сотрудничает с ведущими отечественными и международными научными организациями, включая Назарбаев Университет, Университет Токай (Япония) и НИЦ «Курчатовский институт»^[10].

В июне 2025 года на базе лаборатории КМГИ был запущен (совместно с компанией Green Spark) пилотный водородный проект в Атырау, который представляет собой выверенную модель технического и научного сопряжения^[11]. В рамках данного проекта на первом этапе на территории лабораторного корпуса были установлены 336 фотоэлектрических модулей солнечной электростанции общей мощностью 200 киловатт, которые дают расчетную годовую экономию в 12 млн тенге за счёт отказа от покупной электроэнергии. Тут важно, что проект не только демонстрирует принципы устойчивого энергоснабжения, но и показывает финансовую рациональность чистых технологий.

На сегодняшний день выполнены пусконаладочные работы и осуществлен тестовый запуск контейнерной электролизерной установки, подтвердивший работоспособность оборудования и готовность объекта к дальнейшим испытаниям. Установка преобразует воду в водород и кислород за счёт энергии, произведённой солнечными панелями, обеспечивая замкнутый производственный цикл, где солнечное излучение служит источником для производства водорода, который затем используется для отопления и частичного энергоснабжения лабораторного корпуса.

Однако глубина проекта выходит далеко за рамки утилитарного энергоснабжения. Он задуман как инженерно-исследовательская платформа, способная не только обеспечить водородом конкретный объект, но и служить тестовой средой для отработки решений в области хранения, смешанного использования (например, в гибридных газово-водородных системах) и транспортировки водорода. Это особенно важно с учётом климатических условий Западного Казахстана, которые требуют устойчивых и адаптивных решений.

В целом Атырауский проект КМГИ можно рассматривать как прообраз будущей водородной инфраструктуры страны: на его основе формируется база знаний, апробируются технические протоколы, и подготавливаются инженерные специалисты, способные в будущем масштабировать опыт на производственные активы нефтегазовой отрасли. Это не просто лаборатория, а национальный прототип водородной экономики, выстроенной в соответствии с реалиями региона.

Промышленная значимость «зелёного» водорода

«Зелёный» водород — это не просто экологически чистое топливо, а универсальный энергетический носитель, способный трансформировать целые отрасли, особенно те, которые традиционно считаются «трудно декарбонизируемыми». Его уникальные свойства — высокая энергоёмкость, отсутствие выбросов при использовании и совместимость с существующими промышленными процессами — делают его ключевым элементом в стратегии перехода к низкоуглеродной экономике.

Зелёный» водород, обладая высокой энергоёмкостью, отсутствием выбросов при использовании и совместимостью с существующими промышленными процессами, служит ключевым элементом в стратегии перехода к низкоуглеродной экономике.

Одним из наиболее ярких примеров применения низкоуглеродного водорода является производство стали. Традиционная металлургия основана на использовании кокса — углеродного материала, получаемого из угля — для восстановления железной руды. Этот процесс сопровождается значительными выбросами CO₂: на каждую тонну стали приходится до 1,85 тонн углекислого газа^[12]. Альтернативный подход — использование водорода в процессе прямого восстановления железа (Direct Reduced Iron, DRI). В этом случае водород реагирует с оксидом железа, образуя воду, а не углекислый газ. Такой метод позволяет сократить выбросы до 95%^[13]. Уже сегодня в Швеции реализуется проект H2 Green Steel, который планирует производить до 5 миллионов тонн стали в год с использованием водорода, полученного из возобновляемых источников^[14].

В авиационной отрасли зелёный водород используется как основа для синтетического топлива — e-SAF (electrofuels for Sustainable Aviation Fuel)^[15]. Это топливо создаётся путём синтеза водорода с CO₂, захваченным из атмосферы или промышленных выбросов. Оно совместимо с существующими авиационными двигателями и инфраструктурой, что позволяет снижать выбросы без необходимости полной модернизации парка^[16]. Париж, например, уже начал внедрение водородных такси, а Hyundai планирует выпустить 500 тыс. водородных автомобилей к 2030 году^[17].

В транспортной сфере водород применяется в топливных элементах, особенно для тяжёлых машин — грузовиков, автобусов, поездов и морских судов. В отличие от аккумуляторов, водородные системы обеспечивают большую дальность хода и быструю заправку, что делает их особенно привлекательными для коммерческого транспорта.

Химическая промышленность также активно использует водород, особенно в производстве аммиака (NH₃), который является основой для удобрений. Сегодня аммиак производится из серого водорода, полученного из природного газа, что сопровождается выбросами CO₂. Переход на зелёный водород позволяет полностью исключить эти выбросы и сделать производство удобрений климатически нейтральным^[18].

Наконец, водород играет важную роль в энергетике как средство хранения энергии. Избыточная электроэнергия от солнечных и ветровых станций может быть использована для электролиза воды, а полученный водород — сохранён в резервуарах и использован для генерации электроэнергии в периоды дефицита. Это особенно важно для сезонного хранения, когда энергия требуется не на часы, а на недели или месяцы^[19].

Таким образом, если подытожить, водород способен заменить кокс в металлургии (в процессе DRI), производить синтетическое авиационное топливо (e-SAF), питать тяжёлый транспорт, декарбонизировать производство аммиака для удобрений и выступать в роли буфера для сезонного хранения энергии. Все эти примеры наглядно иллюстрируют далеко идущие перспективы эффективного применения низкоуглеродного водорода.

На этом фоне пилотный водородный проект в Атырау выступает как интегральное решение. Он соединяет локальные климатические реалии с глобальными технологическими тенденциями. Успешная реализация пилотной установки в Атырау станет технической и организационной основой для масштабирования водородной технологии на производственные объекты национальной нефтегазовой компании.

И это не просто путь к углеродной нейтральности, но и утверждение Казахстана как игрока на рынке устойчивых энергетических решений.

Вызовы и перспективы — водородное будущее Казахстана

Путь к водородной экономике не будет простым. Необходима развитая инфраструктура, огромные инвестиции и готовность общества.

Прогнозируемый рост мирового спроса на «зеленый» и «голубой» водород (до 500 тыс. тонн к 2050 году, согласно прогнозам МЭА) открывает экспортные возможности^[20]. Поэтому Казахстан делает серьезную ставку на водород. Концепция развития водородной энергетики до 2030 года и принятые стандарты задают вектор развития. Работа департамента альтернативной энергетики КМГИ и уникальной лаборатории в Атырау создает большой научный задел. Активность в этой сфере подтверждается участием казахстанских специалистов и представителей КМГИ в крупных международных отраслевых мероприятиях, таких как конференция World Hydrogen Energy Conference, Society of Petroleum Engineering и.т.д. и публикуют научные статьи на значимых международных журналах.

Сотрудники департамента по альтернативной энергетике, а также лаборатории водородных технологий КМГИ прошли обучение и программы повышения квалификации в Японии в рамках программы JCCP, а также в рамках реализации проекта Центра научно-технологических инициатив «Самгау»^[21] в Университете Токай (Япония)^[22]. Сотрудники не только сами обучаются, но также делятся знаниями и опытом с коллегами. Например, ежегодно проводит семинар по водородной энергетике для сотрудников дочерних и зависимых организаций КМГ, а также внешних участников — представителей государственных органов, партнёрских компаний и университетов. В прошлом году в мероприятии приняли участие 100 человек.

Так или иначе, но водород для Казахстана сегодня — это не просто химический элемент. Это символ надежды на чистое, диверсифицированное и технологически продвинутое будущее. 

Список использованных источников