Напомним, выплавка алюминия в целом — это процесс электролиза металлургического глинозема в огромных ваннах, называемых электролизерами. Сверху у них анод, дно ванны выполняет роль катода. Ванны заполнены криолитом, получаемым путем взаимодействия плавиковой кислоты с гидроксидом алюминия и содой. Нагретый до сверхвысокой температуры криолит выполняет роль электролита — токопроводящей среды. При выплавке алюминия таким способом выделяются вещества второго класса опасности, в первую очередь фториды (они выделяются из криолита) и бенз(а)пирен, а также СО2, СО, SO2, смолистые вещества.

Технология норвежского инженера Карла Вильгельма Содерберга появилась в 1920-х годах — по ней строились все заводы в СССР, включая КрАЗ. Фториды и бенз(а)пирен в больших количествах попадали в атмосферу. Поэтому «Русал» первым делом принялся строить газоочистные установки для улавливания фторидов, внедрил систему автоматической подачи глинозема (чтобы лишний раз не вскрывать электролизер и не провоцировать выбросы), перевел часть электролизеров на технологию сухого анода, а позже заменил их на электролизеры конструкции «экосодерберг». В результате на том же КрАЗе суммарные выбросы загрязняющих веществ к 2018 году снизились почти на 40% от уровня 2004 года, или на 35 тыс. тонн в год.

Но обожженные аноды позволят сделать настоящий рывок: суммарных фторидов в атмосферу будет попадать еще меньше — на 70%, а бенз(а)пирен исчезнет полностью.

В корпусе № 8 КрАЗа стоят уже электролизеры на обожженных анодах, так называемые ОА-120 (обожженные аноды с силой тока 120 кА). Длинный, более полукилометра длиной, корпус освещен через высоко расположенные окна, в нем ровный гул и почти никого нет: для обслуживания таких электролизеров достаточно небольшого штата. Огромные, выше человеческого роста, сооружения на самом деле закрывают те самые ванны, где плавится алюминий. Сверху к ваннам подходит анод, в данном случае обожженный угольный блок. Глинозем подается автоматически по заданному алгоритму

Вдоль длинного ряда из 120 электролизеров движутся двое рабочих — они открывают металлические заслонки и разбивают корку анода, а затем выгребают ее из розового от жара нутра электролизера (электролит в расплавленном состоянии имеет температуру 950 °C, а то и больше). Внутри электролизера отчетливо булькает криолит, металл оседает на дно.

«Если убрать аноды и расплав, вы увидите угольную ванну длиной семь метров и глубиной 40 сантиметров, — рассказывает мастер участка управления технологией в корпусах электролиза КрАЗа Андрей Богдановский. — В ванне находится расплав металла и электролита. Металл, как более плотный, находится внизу, а в слое толщиной пять-шесть сантиметров и происходит процесс электролиза. Пробойник пробивает корку электролита, и строго дозированная порция глинозема поступает в электролизер. При своей работе электролизер выделяет с одной стороны алюминий, а с другой стороны — углекислый газ плюс некоторое количество фтористых солей, глиноземной пыли».

Газ поступает в двухступенчатую систему газоочистки: глинозем и фтор улавливаются и отправляются обратно на производство.

Содерберг уходит в прошлое

В новых корпусах, которые построит КрАЗ, электролизеры будут намного более мощные, чем ОА-120: РА-550 с силой тока, соответственно, 550 кА. «Сейчас на Красноярском алюминиевом заводе 24 корпуса электролиза. Два с половиной корпуса — с обожженными анодами, половина — это АВЧ, остальное — “содерберг”. Одиннадцать корпусов будет демонтировано, — говорит управляющий директор КрАЗа Евгений Курьянов. — В существующих зданиях обожженные аноды поставить нереально: там и нагрузки другие, и расположены электролизеры по-другому, полностью все меняется».

Электролизеры РА-550, в отличие от «содерберга», стоят не вдоль корпуса, а поперек и гораздо плотнее друг к другу. Это позволяет получать больше металла с единицы площади и минимизировать затраты на строительство — но и просто заменить одни ванны на другие невозможно, нужен снос и рекультивация.

«До конца года мы должны закончить проектирование, в планах на следующий год — пройти экологическую экспертизу, госэкспертизу и с первого квартала 2023 года приступать к строительству», — говорит Евгений Курьянов. К 2028 году оба корпуса с РА-550 будут построены, 11 корпусов «содерберга» — снесены или переделаны.

«Модернизация нам даст существенное улучшение условий труда, — добавляет Курьянов. — Мы повысим долю качественного металла и сможем делать больше продукции с высокой добавленной стоимостью».

Наконец, есть и фактор экономии: расход электроэнергии на тонну алюминия у «экосодерберга» — 15 400 кВт⋅ч, у РА-550 — 12 850 кВт⋅ч, то есть на 16,5% меньше, что для алюминиевого производства весьма существенно. На эту модернизацию КрАЗа «Русал» потратит 1,18 млрд долларов.

Напомним, этой весной «Русал», входящий в En+ Group, объявил о планах масштабной модернизации четырех своих заводов — в Красноярске, Иркутске, Братске и Новокузнецке, всего будет обновлена треть мощностей. (подробнее см. «Электролизерам станет прохладнее», «Эксперт» № 20 за 2021 год). Это логическое продолжение общего курса на модернизацию металлургических активов, о котором Олег Дерипаска объявил еще в 2000-х годах. Экологический аспект важен не только с точки зрения ответственности бизнеса: судя по тому, как ужесточается экологическое законодательство в России и в мире и по общей «зеленой» повестке, чистота производств скоро станет необходимым условием для ведения бизнеса. Так что экологическая модернизация КрАЗа с переходом на обожженные аноды и новые электролизеры — неизбежный шаг.

Вода обретет силу

КрАЗ снабжается энергией Красноярской ГЭС — еще одного гиганта советской промышленности, на сей раз энергетической. Больше КрасГЭС со 6000 МВт установленной мощности лишь Саяно-Шушенская ГЭС (6720 МВт). В мире же КрасГЭС превосходят лишь пять гидроэлектростанций — две бразильские, по одной в США и Венесуэле и знаменитая китайская станция «Три ущелья» с 22 400 МВт установленной мощности, непревзойденный в мире рекорд. Красноярская ГЭС, как и остальные ГЭС En+ Group, уже несколько лет модернизируется по программе «Новая энергия». В октябре этого года на станцию были доставлены два новых рабочих колеса для турбин гидроагрегатов, а в общей сложности будут заменены все 12 колес, установленные еще при строительстве ГЭС в 1972 году.

Но модернизация — это не всё: через два года на КрасГЭС разместится первый пилотный электролизер для производства водорода. En+ Group уже заявляла, что видит водород перспективным направлением (подробнее см. «En+ смотрит на водород, СПГ и майнинг» {https://monocle.ru/2021/02/18/en-smotrit-na-vodorod-spg-i-majning/}, Expert.ru от 18 февраля 2021 года). Сейчас водородная тема постепенно обретает очертания.

В октябре на Красноярской ГЭС глава энергетического бизнеса En+ Group Михаил Хардиков заявил, что к 2030 году холдинг может построить четыре новые ГЭС суммарной мощностью около 2,5 ГВт — речь идет о запланированных еще в советский период Тельмамской, Крапивинской и Нижнебогучанской ГЭС, а также о новой Мотыгинской гидроэлектростанции.

«У нас в работе проект по четырем ГЭС, — рассказал Михаил Хардиков. — Относительно Тельмамской мы ждем активных действий по Восточному полигону и считаем, что станция должна быть в этом узле. Здесь находятся крупные производители-экспортеры: Сухой Лог “Полюса”, проекты Высочайшего, Удокан. Им нужно будет подтверждать низкоуглеродный след, ГЭС для этого подходит как нельзя лучше. Кроме того, есть так называемое Пеледуйское кольцо: это электросеть Усть-Кут — Таксимо — Пеледуй. Сейчас в схеме работы N-1, когда одна линия в ремонте, по перетоку Усть-Кут — Таксимо в этом узле есть дефицит. Плюс к третьему этапу Восточного полигона потребление будет расти. Соглашение о продолжении строительства Крапивинской ГЭС с губернатором Кузбасса уже подписано. Станция порядка 345 мегаватт, гидроузел уже построен, в 1989 году стройка была приостановлена. Там нужно только само электрическое оборудование, мы считаем, что для развития Кузбасса это крайне важно, чистая энергия там точно будет востребована, плюс у нас там есть Новокузнецкий алюминиевый завод».

En+ также может возвести две крупные ГЭС на Ангаре — Нижнебогучанскую на 660 МВт (пятый створ после Богучанской ГЭС) и Мотыгинскую на 1 ГВт (шестой створ).

«Нижнебогучанская ГЭС по схеме выдачи мощности идет в узел БЭМО, — рассказывает Михаил Хардиков. — Нам это даст дополнительный источник энергии для БоАЗа, который в любом случае пойдет в расширение, и для следующего расширения Тайшета».

Наконец, Мотыгинскую ГЭС в En+ рассматривают как источник энергии для завода по производству «зеленого» водорода. «“Зеленый” водород — это электролиз воды, и для этого требуется большой объем электроэнергии, — объясняет Михаил Хардиков. — В перспективе тут продажа продукта с добавленной стоимостью — не электроэнергии, а “зеленого” водорода». По его словам, в En+ уже есть прикидки по экономике производства самого водорода — в первую очередь для потребителей из АТР. Параллельно ведутся НИОКР по разработке алюминиевых ТАН-контейнеров для перевозки водорода.

Заведующий лабораторией прогнозирования топливно-энергетического комплекса Института народнохозяйственного прогнозирования РАН Валерий Семикашев считает, что каждый из проектов упомянутых четырех ГЭС требует детальной проработки и расчетов, чтобы понять, насколько это рыночный вариант и каков будет механизм возврата инвестиций, и их точно не надо реализовывать по схемам, близким к ДПМ (договорам о предоставлении мощности, которые определяют гарантированный возврат инвестиций инвестору за счет роста цен для всех потребителей). Более эффективно было бы, полагает экономист, если бы сами компании — разработчики месторождений строили генерацию под свои потребности, тем более что их потребности измеряются десятками, а не сотнями мегаватт.

«Сейчас в России идет разработка стратегии низкоуглеродного развития. Непонятно, будет ли водород, произведенный с помощью энергии со старых атомных или гидроэлектростанций, считаться “зеленым”. Поэтому такая аргументация не проходит», — добавляет Валерий Семикашев. Он также напоминает, что технологий, позволяющих экспортировать водород в больших объемах, до сих пор нет. 

«Понятно, что строительство ГЭС должно идти под потребителя, и однозначно все проекты строительства новых ГЭС мы будем реализовывать только понимая, что это окупаемые проекты, — говорит Михаил Хардиков. — С учетом энергоперехода, с учетом того, какие сейчас тенденции по экологии, мы глубоко убеждены, что ГЭС будут основой развития энергетики страны. Гидропотенциал должен быть освоен максимально. Сейчас в Сибири освоение гидропотенциала составляет всего 20 процентов. В Норвегии и в Канаде освоено 90 процентов, Китай продолжает строить крупные ГЭС». В En+ напоминают, что ГЭС — практически единственный способ балансировать энергию, получаемую от солнца и ветра: агрегат ГЭС, в отличие от тепловой станции и тем более атомной, можно запустить или остановить буквально за несколько минут.

ГЭС — это и способ балансировать водные ресурсы. Так, на КрасГЭС по воде 2021 год стал рекордным за десять лет, в сентябре пришлось делать холостые сбросы воды — уникальная ситуация. Если бы дополнительное потребление обеспечивалось тем же производством водорода, воду можно было бы «пустить в дело». «В многоводные и маловодные годы ГЭС доказали свою эффективность, — убежден Михаил Хардиков. — В многоводные годы они сдерживают паводок, в маловодные благодаря накоплению и регулированию они обеспечивают минимально необходимый уровень стока для водоканалов, для навигации, и это крайне важно. Плотина позволяет в многоводные годы аккумулировать и потом распределять ресурс с точки зрения всех водопользователей».

Объем потенциальных инвестиций в четыре ГЭС — 1‒1,1 млрд долларов (75‒80 млрд рублей) на Тельмамскую ГЭС, 1,3 млрд долларов (около 100 млрд рублей) на Мотыгинскую, 100‒105 млрд рублей на Нижнебогучанскую и около 20 млрд рублей на Крапивинскую.

Красноярск — Москва