Горнодобывающая промышленность является одной из наиболее энергоемких отраслей, на долю которой приходится 4-7% глобальных выбросов, и в настоящее время она находится в процессе перехода к «чистой» энергетике. В качестве жизнеспособной альтернативы ископаемому топливу рассматривается водород: в пилотных проектах уже демонстрируются водородные карьерные самосвалы и экскаваторы, что позволяет снизить выбросы вредных веществ на 60-95% по сравнению с дизельным топливом.
В обзорной статье группы авторов (Нина Локара, Мигель Муньос Ортиз, Амира Рачах, Тазрин Ахмед, Эспен Винге Фанавольц, Сян Мад, Блаз Ликозара), опубликованной в журнале Renewable and Sustainable Energy Reviews (№ 226 за 2026 г.), основанной на более чем 170 исследованиях и промышленных проектах последнего десятилетия, обобщены достижения в области производства, хранения, транспортировки, эксплуатации транспортных средств, безопасности и моделирования применения водорода.
Преимущества и недостатки
Водород рассматривается как универсальный и потенциально преобразующий другие виды энергии энергоноситель, который открывает для горнодобывающей промышленности как возможности, так и проблемы. Водород можно получать различными способами и использовать в топливных элементах для питания горного оборудования и транспортных средств, сокращая выбросы парниковых газов и улучшая качество воздуха в шахтах. Он также позволяет осуществлять производство энергии независимо от её последующего использования в конкретных географических регионах. Цепочка применения водорода в горной промышленности отражена на рис. 1.
Водород может производиться различными путями, которые представлены в виде различных цветов, а также транспортироваться или храниться с использованием трубопроводов, поездов, автоцистерн или судов. Носители водорода и форм его хранения: сжатый газообразный водород (CGH2), жидкий водород (LH2), криокомпримированный водород (CCH2), жидкие органические носители водорода (LOHC) и аммиак (NH3).
По сравнению с системами, работающими на аккумуляторах, водород обеспечивает больший запас хода, более высокую плотность энергии и быструю заправку. Это может быть актуально в отдаленных районах, где надежное электроснабжение и инфраструктура зарядки ограничены.
Несмотря на эти преимущества, внедрение водорода в горнодобывающую промышленность сопряжено с определенными трудностями и требует значительных изменений в инфраструктуре и логистике, а также инвестиций в новые технологии и обучение персонала.
Производство, транспортировка и хранение
В настоящее время большая часть водорода производится путем конверсии природного газа, газификации бурого угля или газификации битуминозного угля, что приводит к получению «серого», «коричневого» и «черного» водорода соответственно. «Зеленый» водород производится с помощью электролиза воды на возобновляемой энергии. «Голубой» водород вырабатывается из природного газа, «бирюзовый» получают пиролизом метана, «желтый» – электролизом на сетевой электроэнергии, «розовый» – на ядерной, «фиолетовый» – в результате термохимических процессов с использованием высокотемпературного тепла ядерных реакторов.
В производстве зеленого водорода доминирует Китай, и его общая производственная мощность в 2025 году составит 315 тыс. тонн в год, что на 65% больше, чем в прошлом году. Крупнейшей электролизной установкой является пилотный проект Kuqa в Синьцзяне (260 МВт), который включает также резервуары для хранения на 270 000 Нм3 и трубопровод на НПЗ Tahe.
Основной задачей в развитии устойчивой водородной экономики является эффективная транспортировка водорода.
Для горных работ, где водород добывается на месте, самый простой и широко используемый метод, эффективный на коротких расстояниях – это его сжатие до давления 350-700 бар и транспортировка между станциями хранения и заправками с помощью стационарных трубопроводов.
В этом контексте серьезной проблемой является нехватка инфраструктуры. В обзоре указано, что к 2035 году в мире запланировано построить 37 000 км водородных трубопроводов, при этом большинство проектов находятся в Европе, и окончательное инвестиционное решение принято менее, чем по 6% из них.
Для перевозки на большие расстояния или в больших объемах необходимо сжижать водород с охлаждением до -253°C, что требует больших затрат энергии (13,8 кВт•ч/кг), но позволяет транспортировать его при атмосферном давлении. Это наиболее экономичный метод для крупномасштабных перевозок, так как более высокие затраты на его сжижение компенсируются более низкими транспортными расходами. Другим известным способом является транспорт аммиака (NH3) с высокой плотностью энергии (12,7 МДж/л), который может быть преобразован обратно в водород. Но этот процесс требует значительных затрат и создает проблемы, связанные с токсичностью продукта.
Кейсы применения водорода в горнодобывающей промышленности
В водородные проекты по всему миру инвестируют несколько ведущих горнодобывающих компаний. Ключевые разработки включают в себя производство водорода на месте, внедрение экскаваторов и самосвалов на топливных элементах, а также интеграцию водородных топливных элементов в горнодобывающую инфраструктуру.
Fortescue Metals Group (FMG) из Австралии является пионером в области использования зеленого водорода, используя электролизеры мощностью 700 кВт, работающие на солнечной энергии. FMG разрабатывает крупномасштабные водородные проекты в Норвегии и проводит испытания буровых установок для бурения скважин и заправки самосвалов.
Rio Tinto в партнерстве с H2 Green Steel заменяет уголь экологически чистым водородом в процессах переработки железной руды.
Glencore Raglan Mine в Арктической Канаде внедрила интегрированную в водород микросеть, объединив ветряную турбину мощностью 3 МВт с топливными элементами и аккумуляторной батареей для обеспечения энергией удаленных горных работ.
В рамках проекта Hydra в Чили, возглавляемого ENGIE и Mining3, проводятся испытания водородных топливных элементов мощностью 100-200 кВт в магистральном поезде в условиях высокогорья, что устанавливает стандарты производительности для шахтных локомотивов, работающих на водороде.
Плотность энергии водорода в сочетании с эффективностью топливных элементов обеспечивает высокую производительность для транспортных средств большой грузоподъемности.
Демонстрационные и тестовые пробеги в основном проводятся на экскаваторах массой 20-30 т и карьерных самосвалах грузоподъемностью от 251 до 320 т.
Fortescue Europa – это самосвал Liebherr T 264, оснащенный аккумулятором мощностью 1,6 МВт•ч (собственной разработки Fortescue WAE) и топливными элементами мощностью 500 кВт. Прототип может хранить более 380 кг жидкого водорода. После ввода в эксплуатацию Europa будет заправляться жидким водородом с завода в центре зеленой энергетики Fortescue в Кристмас-Крик. Карьерный самосвал Komatsu 930E грузоподъемностью 320 тонн оснащен технологией топливных элементов General Motors HYDROTEC. 510-тонный карьерный самосвал nuGen грузоподъемностью 290 тонн компании Anglo American (фото на заставке) оснащен гибридной силовой установкой мощностью 2 МВт, сочетающей в себе водородные топливные элементы и аккумуляторную технологию. Площадкой для этого грузовика является шахта Могалаквена в Южной Африке.
В обзоре рассмотрены также проекты применения топливных элементов и водородных двигателей внутреннего сгорания (H2-ICE). Это грузовик GenH2 от Daimler с полной массой 40 т, оснащенный топливными элементами на жидком водороде, автомобили Tata Motors Prima E.55 и H.55 с системой водородных топливных элементов и системой внутреннего сгорания соответственно и запасом хода 350-550 км; прототип Eicher Pro 3015 массой 19 т на водородных топливных элементах компании Volvo Eicher Commercial Vehicles.
Экономическая целесообразность
«Зеленый» водород до сих пор в два-три раза дороже обычного «серого» водорода. Паровой риформинг метана («голубой» водород) предлагает более дешевую альтернативу с низким содержанием углерода, но его возможности ограничены наличием подходящих мест хранения CO2 и инфраструктуры транспортировки и связывания углерода.
В обзоре отмечено, что грузовики на водородном топливе на 20-68% дороже дизельных, при этом стоимость водородного топлива колеблется в пределах $6,6-11/кг в Европе и $5,5-6,6/кг в Китае. Согласно результатам исследования, при снижении цен на водород ниже $4-5,5/кг паритет затрат может быть достигнут после 2035 года.
В статье приводятся результаты оценки конкурентоспособность грузовиков в горнодобывающей промышленности в течение пяти лет: общие затраты на дизельные, электрические и водородные грузовики составили в $54 200, $47 800 и $58 500 соответственно. Стоимость топлива на водороде ниже, чем на дизельном топливе, но выше затраты на инфраструктуру.
Конкурентоспособность повышается в регионах с дешевым водородом в виде побочного продукта, где затраты приближаются к уровню дизельного топлива. В целом, водородные грузовики еще не являются конкурентоспособными с точки зрения затрат, но могут стать таковыми благодаря региональным преимуществам и мощной политической поддержке.
Конкурентоспособность дальнемагистральных грузовиков на топливных элементах (FCET) оценивалась на данных по семи европейским рынкам (Франция, Германия, Италия, Испания, Нидерланды, Польша, Великобритания). Водород должен производиться на месте с помощью возобновляемого электролиза и сжиматься до 700 бар. Дальность действия водородных грузовиков составляет 400-600 км, время дозаправки – 10-15 минут, а грузоподъемность сравнима с дизельными, что делает их пригодными для дальнемагистральных и интенсивных перевозок. Препятствиями являются энергоэффективность (около 30%, в зависимости от условий эксплуатации), стоимость водорода выше $5-8/кг и разреженность сетей заправок. К 2030 году разница в розничных ценах на дизельное топливо сократится примерно до $66, но стоимость водородного топлива останется определяющей: ожидаемые цены в размере $5,5-8,8/кг Н2 превысят порог безубыточности в $3,9-5,5/кг. Для устранения этого разрыва потребуются субсидии в размере $1,3-4,4/кг.
В исследовании делается вывод о том, что водородные грузовики могут получить широкое распространение при наличии политической поддержки и скоординированных инвестиций в инфраструктуру. Их конкурентоспособность повысится в случае снижения цен на водород до менее $4/кг и расширения инфраструктуры заправок.
Подробнее читайте в Renewable and Sustainable Energy Reviews (№ 226, 2026 г.)
Подготовлено АНО «Центр «Энерджинет» при поддержке Фонда НТИ и Министерства промышленности и торговли России