Технологические перспективы развития угольной отрасли глазами экспертов «Глобальной энергии».

Угольная отрасль переживает непростые времена. Спрос на уголь со стороны крупнейших промышленных потребителей постепенно снижается. Все больше генерирующих компаний переходят с угля на другие более экологически чистые источники энергии. Мало того, многие ведущие развитые страны заявили о полном отказе от него в среднесрочной перспективе. На этом фоне постепенно снижаются мировые цены на уголь и инвестиции в разработку угольных месторождений.

«Спрос, предложение и цены на уголь в долгосрочной перспективе ждет общемировое снижение, хотя на коротком горизонте отрасль может пережить пост-пандемийный отскок. Три ключевые причины будут лежать в основе сжатия угольного рынка: озабоченность (по экологическим причинам) снижением выбросами CO2 со стороны угольных станций, приводящая к сокращению угольной генерации на фоне роста ВИЭ и низких цен на газ; грядущее сжатие угольного спроса в Китае; и, наконец, вытеснение угля из энергобаланса в контексте достижения углеродной нейтральности. К 2030 году глобальный угольный спрос снизится на 400 млн тонн угольного эквивалента – на 45% в процентном соотношении», — считает Чжансинь Чен, Профессор Университета Калгари, Директор Глобальной инициативы по исследованию трудноизвлекаемой нефти и газа.

Смещение на восток
Точкой роста потребления угля останутся страны азиатско-тихоокеанского региона, для которых климатическая повестка менее важна, чем повышение экономической эффективности производства. В энергетическом балансе азиатских стран уголь, как более дешевый, логистический доступный и не требующий дополнительной переработки ресурс, будет продолжать играть значительную роль.
«На мировой рынок в последние годы несомненно влияют глобальные тенденции в развитии энергетики. Это усиление конкуренции, увеличение ввода мощностей возобновляемых источников энергии, газа, водородной энергетики и серьезные шаги по климатическим ограничениям на использование ископаемого топлива. При этом мировой рынок потребления угля смещается на восток. Уже сейчас на рынок стран АТР приходится почти 80% мировой торговли углем. Спрос на уголь в этом регионе с 1990 года вырос в 3,7 раза, до 5,5 млрд тонн. В то же время потребление угля в Европе сократилось на 38%, до 830 млн. тонн», — отмечает академик РАН, научный руководитель Федерального исследовательского центра угля и углехимии Сибирского отделения РАН Зинфер Исмагилов.
Однако смещение мирового рынка на восток также не гарантирует стопроцентного спасения отрасли. Постепенно азиатские промышленные страны вслед за США и Европой будут переходить на более чистые энергетические технологии, предполагающие медленный, но неминуемый отказ от этого сырья. «Китай достигнет пика потребления угля около 2025 года, после чего Индия останется единственным растущим угольным рынком», —  подчеркивает Чжансинь Чен.

Новые технологии-новое будущее

Ренессанс угольной отрасли возможен при внедрении новых технологий переработки, отчистки и использования угля.
Как отмечает профессор Чжансинь Чен, в угольной отрасли есть 5 потенциальных точек роста:
1) технологии, призванные увеличить добычу метана из угольных пластов (к примеру, гидроразрыв пласта);
2) технологии улавливания, утилизации и захоронения углекислого газа, которые могут снизить выбросы CO2 при сжигании угля, вернув его к доминирующему положению в угольной отрасли;
3) технологии преобразования угля в жидкость или газ, которые также обладают потенциалом повышения эффективности топлива и снижения выбросов CO2;
4) политические, регуляторные и финансовые инструменты, которые могут повлиять на структуру рынка;
5) сдвиг добывающего сегмента отрасли от энергетического к коксующемуся углю.
«Угольная отрасль очень нуждается в технологиях улавливания, утилизации и захоронения углекислого газа, которые могут сделать уголь более конкурентоспособным на энергетических рынках. Нельзя также не упомянуть онлайн — технологии, аналитику больших данных, искусственный интеллект и технологии автоматизации, использование которых может снизить издержки, а также повысить эффективность и безопасность добычи угля», — считает профессор Чен.

Лови СО2
«Наиболее перспективным трендом развития в ближайшее время станет разработка и промышленное освоение новых направлений потребления угля в процессах газификации, производства синтез газа и химической продукции как в странах АТР, так и в других регионах мира. Особый интерес представляет прогноз массового потребления угля в производстве водорода для бурно развивающейся водородной энергетики»,- отмечает З. Исмагилов.
Развитие технологий получения водорода из угля потребует создания систем улавливания и хранения СО2.  На данный момент в мире на угольные электростанции приходится 37% глобальных выбросов СО2 и 72% всех выбросов парниковых газов в секторе производства электроэнергии.
«Технология улавливания CO2 на стадии дожигания является зрелой и в большинстве случаев коммерчески применимой. Согласно данным за 2018 год, успешное внедрение технологий улавливания CO2 может сократить до 10 гигатонн выбросов парниковых газов со стороны угольных станций. Это около одной трети всех выбросов углекислого газа. Технологии улавливания CO2 из воздуха также могут применяться повсеместно, но их стоимость высока, а эффективность – сравнительно низкая. Уловленный CO2 может храниться в геологических формациях (к примеру, в истощенных резервуарах нефти и газа), использоваться для интенсификации нефте- и газодобычи, а также преобразовываться в другие продукты (в частности, авиакеросин) с помощью химических процессов», — отмечает  Чжансинь Чен.
По словам академика Исмагилова. Можно выделить семь современных технологических подходов к снижению выбросов СО2 при сжигании угля:
1 — Подкритические параметры пара;
2 — Параметры сверхкритического пара (SSP);
3 – Ultra-критического пара (SSP);
4 — Технологии USSP;
5 — Технологии комбинированного цикла комплексной газификации;
6 — Технологии комплексной газификации для топливных элементов;
7 — Технологии включающие улавливание, переработку и захоронение диоксида углерода
«По данным первые шесть технологии позволяют в сумме снизить выброс СО2 с изначальной величины 1000 до 600 г/ кВт.ч. Только технология улавливания, переработки и захоронения диоксида углерода позволяет добиться снижения СО2 до 100 г/кВт.ч.», — поясняет ученый
При этом СО2 может использоваться в промышленности, что позволит частично снизить затраты на его улавливание и хранение. «После улавливания и концентрирования СО2 может служить исходным реагентом для производства многих химических продуктов. В настоящее время ежегодный объем его промышленного использования составляет порядка 120 Мт, что представляет собой лишь 0,5% от общего объема ежегодных антропогенных выбросов в 24 гигатонн CO2. Генеральной линией химической утилизации СО2 является каталитическое превращение в продукты с высокой добавленной стоимостью. В настоящее время в промышленном масштабе освоены многотоннажные процессы получения мочевины, салициловой кислоты, этиленкарбоната и метанола», — отмечает академик РАН .
«Полученные из СО2 муравьиная кислота и диметиловый эфир также рассматриваются для хранения химической энергии. Они могут служить молекулами-носителями водорода в циклах запасания возобновляемой энергии, а диметиловый эфир применяется в качестве альтернативы дизельному топливу. Углекислотная конверсия метана позволяет одновременно утилизировать два парниковых газа и получать в качестве продукта синтез-газ, пригодный для дальнейшего превращения в синтетическое топливо. Кроме того, важной стратегией использования СО2 является синтез полимеров», — отмечает З. Исмагилов.

Тренд на углехимию

Еще одним новым направлением развития угольной отрасли может стать углехимия, которая пока находится в зачаточном состоянии. «Углеродная химия набрала популярность с момента подписания Парижских соглашений по климату в 2015 году. Будучи весьма ограниченными, исследования в этой сфере пока находятся на начальной стадии», — отмечает Чжансинь Чен.
На сегодняшний день наиболее актуальными углехимическими технологиями являются производство водорода через газификацию углей, игольчатого кокса, углеродного волокна, специальных марок графита, плотных марок реактивного топлива, огнестойкого турбинного масла, сорбентов, гуминовых препаратов, восков и другие.
Однако широкое внедрение этих технологий в промышленное производство требует стимулирующих условий со стороны государства. Подобная схема уже реализуется в Китае. «В Китае многие угольные компании создали успешные углехимические производства. Углехимия составляет около 6% в структуре потребления угля в этой стране», — привел пример академик РАН.
По его словам, многие технологии в углехимии уникальны и при должной государственной поддержке могут стать залогом развития отрасли.