Морские терминалы СО₂ как элемент цепочки по крупнотоннажному улавливанию углекислого газа от промышленных технологических процессов, транспортировке и хранению в подземных геологических структурах

Рисунок: Терминал по приемке CO₂ (Northern Lights)

В статье рассматривается новый тип морских терминалов СО₂, которые планируются к реализации в среднесрочной перспективе, до 2025-2030 годов, в связи с глобальным энергопереходом к зеленой экономике. Отдельные страны, такие как Великобритания, Норвегия, Дания и другие, а также крупные холдинги энергогенерирующей, сталелитейной, цементной и других отраслей промышленности сегодня проводят исследования и инвестируют в снижение выбросов углекислого газа. Морские решения рассматриваются в качестве одного из способов транспортировки. Это способствует достижению целей декарбонизации Парижского соглашения по удержанию прироста глобальной средней температуры планеты. Развитая портовая инфраструктура и международно апробированные технологии безопасного хранения углекислого газа в геологических резервуарах создают предпосылки для создания трансграничных портовых CCS-терминалов с морским транспортом СО₂ как в зарубежных странах, так и в России.

Н.В. Купцов, руководитель направления по планированию и инвестициям ООО «Газпромнефть НТЦ»

Парниковый эффект и попытки его сдерживания

В XXI веке проведено большое количество научных исследований, в которых озвучено, что создаваемая человеком техногенная эмиссия парниковых газов способствует антропогенному изменению климата с приростом глобальной температуры, повышением уровня моря, более сильными штормами и увеличением кислотности океанов. По оценке ООН, в настоящее время температура на Земле примерно на 1,1°С выше, чем в 1800-х годах. Причем начиная с 1970 года глобальная температура повышалась быстрее, чем за любой другой 50-летний период, а период с 2010 по 2019 год стал самым теплым десятилетием с момента начала наблюдений. При сохранении текущего объема выбросов углекислого газа (или диоксида углерода, СО₂) глобальная температура к концу века может повыситься на 4,4°С.

По оценке Global Carbon Project, в прошлое столетие техногенная эмиссия углекислого газа стремительно увеличивалась: 2 млрд т/год – в 1900 г., 6 млрд т/год – в 1950 г., 9,4 млрд т/год – в 1960 г., 14,9 млрд т/год – в 1970 г., 19,5 млрд т/год – в 1980 г., 22,8 млрд т/год – в 1990 г., 25,2 млрд т/год – в 2000 г., 33,3 млрд т/год – в 2010 г., 36,7 млрд т/год – в 2019 г.

Парижское соглашение в рамках Рамочной конвенции ООН об изменении климата, подписанное в 2016 году 196 странами – участниками ООН, является первым коллективным обязательством по управлению климатическими последствиями по удержанию общемировой температуры менее 2°С сверх доиндустриальных уровней. Страны разрабатывают стратегии низкоуглеродного развития и стремятся к максимально скорому прохождению пика собственной эмиссии парниковых газов (например: Китай – к 2030 г., Индия – к 2040-2045 гг.), что будет способствовать переходу к углеродно нейтральному миру.

Международное энергетическое агентство (МЭА) прогнозирует, что к 2050 году с помощью промышленного улавливания, транспортировки и захоронения углекислого газа (CCS, от англ. сarbon capture and storage) ежегодно будет утилизироваться 7,6 млрд тонн CO₂, в том числе в исчерпанных месторождениях углеводородов. В будущем CCS может стать одной из ключевых крупнотоннажных технологий для достижения целей климатической повестки.

Текущий зрелый уровень технологического развития CCS позволяет реализовывать подобные проекты и безопасно хранить СО₂. В нефтегазовой отрасли накоплен опыт начиная с 1970-х годов. По оценке Global CCS Institute, начиная с 1972 года на подобных проектах захоронено 200 млн тонн углекислого газа, который был закачан в геологические структуры под землей. По состоянию на 2021 год существует:

• 27 проектов на стадии эксплуатации, которые обеспечивают ежегодно закачку около 37 млн тонн СО₂ (крупнейшие: газоперерабатывающий завод Shute Creek в США – 7 млн т/год, нефтяное месторождение Santos в Бразилии – 4,6 млн т/год, СПГ-завод Gorgon в Австралии – 4 млн т/год);

• 4 проекта на стадии строительства;

• 58 проектов на продвинутых инженерных стадиях (FEED);

• 44 проекта на ранних стадиях проработки.

Большинство проектов использует трубопроводы для СО₂, что связано с наличием геологической ловушки вблизи предприятия-эмитента (зачастую надземная и подземная части являются единым технологическим комплексом). При этом существуют проекты, в которых рассматривается применение морского транспорта СО₂ для перемещения углекислого газа от промышленных эмитентов к отдаленным на значительное расстояние геологическим структурам в целях его закачки для длительного хранения.

Международные портовые проекты СО₂

Углекислый газ при атмосферном давлении существует в твердом или газообразном состоянии. Для достижения жидкого состояния он требует повышения давления. В связи с этим в мире рассматривают 3 концепции морских перевозок СО₂ судами:

а) под малым давлением до 10 атм (наиболее перспективная концепция – в настоящий момент существуют суда для СУГ, а для СО₂ таких судов не существует);

б) под средним давлением 15-20 атм (эксплуатируются малотоннажные суда для перевозок пищевого СО₂);

в) под большим давлением 45-70 атм (наименее перспективная концепция, в настоящий момент таких судов не существует).

В мире разрабатывается ряд портовых проектов с морским транспортом СО₂, по которым не приняты финальные инвестиционные решения (FID):

– проект Greensand на шельфе Дании (старт с 0,45 млн т/год эмиссии СО₂ с цементного предприятия, увеличение до 4-8 млн т/год к 2030 г.);

– проект Barents Blue на шельфе Норвегии (2 млн т/год СО₂ с завода голубого аммиака начиная с 2025 г.);

– проект кластера Acorn в Великобритании (приемка СПГ в порту Сейнт-Фергюс для производства водорода, захоронение на великобританском шельфе Северного моря до 1,5 млн т/год СО₂ от различных эмитентов: завод водорода, шотландские и европейские предприятия);

– проект использования порта Антверпен как пункта по морской от-правке СО₂ на шельф Северного моря;

– демонстрационный проект Tomakomai в Японии (к 2024-2025 годам планируется дооснащение CCS-цепочки морскими судами для перевозок СО₂ от территориально отдаленных японских предприятий).

Крупномасштабный CCS-проект Longship в Норвегии – единственный, по которому принято FID. Сначала два норвежских предприятия будут поставлять до 1,5 млн т/год CO₂, в дальнейшем проект расширится за счет европейских эмитентов до 5 млн т/год CO₂. В настоящий момент в границы проекта входят:

• две норвежские площадки улавливания эмиссии (цементный завод Norcem и теплоэлектростанция Fortum Oslo Varme, не менее 0,4 т/год CO₂ на каждой из них);

• два судна для морской транспортировки СО₂ на 550-700 км от Осло до Бергена (судовые партии по 7,5 тыс. м³ под средним давлением 13-18 атм);

• морской терминал-хаб Northern Lights в районе Бергена по приемке СО2 с судов (мощность 1,5 млн

т/год) c подводным трубопроводом СО₂ и донным комплексом для закачки в геологический резервуар на шельфе Норвегии (строительство сразу на мощность 5 млн т/год под будущих эмитентов).

Морской хаб Northern Lights создается консорциумом Equinor, Shell и Total. В него входят следующие объекты: морской терминал с причалом для разгрузки (импорта) CO₂, подводный трубопровод, оборудование подземного мониторинга скважин и скважина для закачки СО₂. Транспортировку углекислого газа выполняют морские суда (2 единицы).

Рис. 1. Концепция проекта Longship (Норвегия)

В 2020 году закончено выполнение проектной документации (FEED), в 2021-м начались строительные работы. Запуск Northern Lights запланирован к 2024 году. Характеристики морского терминала по приемке CO₂:

– глубина у причала – 10,5 м;

– подход судов каждые 2 дня с учетом двух локаций улавливания;

– 3 стендера (первый – приемка СО₂ производительностью 800 м³/ч, второй – возврат отпарных газов в систему, третий – резервный для СО₂);

– резервуарный парк общей вмес-тимостью 8250 м³ (в составе 12 вертикальных резервуаров диаметром 6,1 м и высотой 24,5 м);

– насосы для отправки на трубопровод и закачку с вариативной производительностью от 45 т/ч (грузооборот 0,4 млн т/год СО₂) до 171 т/ч (грузооборот 1,5 млн т/год СО₂).

Рис. 2. Технологическая цепочка морского хаба Northern Lights

В конце 2020 года правительством Норвегии принято решение о выделении на проект 16,8 млрд норв. крон (1,7 млрд евро), что составляет 66% от общих инвестиций в 25,1 млрд норв. крон (2,5 млрд евро), в которые включены капитальные затраты и 10 лет операционных затрат. Наибольшие затраты приходятся на морской транспорт и хаб Northern Lights – 14,2 млрд норв. крон (1,4 млрд евро), а на площадки улавливания: Fortum – 6,4 млрд норв. крон (0,6 млрд евро) и Norcem – 4,5 млрд норв. крон (0,4 млрд евро).

Перспективы создания морских терминалов СО₂ в России

Российскими нефтегазовыми компаниями накоплены компетенции по управлению закачкой в геологические резервуары. CCS позволяет им соответствовать духу времени в эпоху декарбонизации и обеспечивать снижение собственных выбросов.

Руководством страны объявлена задача по выходу РФ на углеродную нейтральность к 2060 году. Сегодня наше государство делает первые шаги в отношении сокращения выбросов углекислого газа – в 2021 году запущен государственный климатический эксперимент по квотированию выбросов парниковых газов на Сахалине.

Сейчас нельзя упускать подобные возможности на конкурентных зарождающихся рынках. С одной стороны, рынок торговли квотами СО₂ – это перспективы межгосударственного уровня, с другой стороны – торговли углеродно нейтральными товарами и услугами для российских промышленников.

В прибрежных районах РФ могли бы возникнуть крупнотоннажные хабы по подземному хранению углекислого газа как для собственных производств, так и с оказанием услуг независимым промышленным предприятиям. Подобные объекты являются опережающей инфраструктурой, в настоящий момент стоимость углеродных единиц не позволяет обеспечить их экономическую рентабельность. Скорее всего, на первых порах они будут дотационными по аналогии с норвежским Longship или канадским Quest, на которые из государственных бюджетов возмещено до 65-100% средств.

Существует гипотеза, что в дальнейшем проекты смогут выйти на самоокупаемость при формировании стабильной цены и спроса на захоронение СО₂ (стратегические консультанты и отдельные правительства заявляют о 70-100 евро за тонну СО₂ к 2030 г.).

Пока российские нефтегазовые компании в большей степени заявляют о возможности реализации CCS-проектов в традиционных сухопутных регионах добычи («Газпром нефть» – в Оренбурге, «Татнефть» – в Татарстане, «Сибур» – в Тобольске). «Новатэк» рассматривает использование прибрежных геологических резервуаров на Гыдане и Ямале в качестве подземных хранилищ углекислого газа, чтобы снизить углеродный след своих заводов СПГ и газохимических производств и предоставлять услуги третьим сторонам.

Порты юго-западного (Тамань, Новороссийск) и северо-западного (Санкт-Петербург, Усть-Луга) направлений наиболее инфраструктурно развиты и находятся вблизи крупных эмитентов, но наличие приемлемого геологического CCS-резервуара вблизи них требует подтверждения.

Геологическая перспективность Сахалина, Приморского и Хабаровского краев в совокупности с существующей портовой инфраструктурой и логистической близостью эмитентов из стран АТР создают предпосылки к проработке CCS-проектов с морской составляющей транспорта СО₂. Все эти факторы являются конкурентными преимуществами для Дальнего Востока в реализации перспективных трансграничных CCS-проектов с другими государствами с применением морского транспорта СО₂.

Морские порты №1 (2022)