Перспективи використання водню та роль України в Європейській водневій енергетичній революції

Огляд за матеріалами інтернету

Воднева технологічна революція почалась

В контексті декарбонізації енергетичної системи останнім часом дуже швидко зростав інтерес серед промисловості, уряду та інших зацікавлених сторін щодо потенціалу водню. Основна увага приділяється декарбонізації та водню зокрема, особливо в Європі, проте інші країни також все частіше розглядають енергетичний потенціал водню. Експерти ради з водневих технологій (Hydrogen Council) в своїй недавній доповіді стверджують, що до 2050 року на водень доведеться 18% всіх енергетичних потреб світу. За іншими прогнозами, до цього часу світове споживання водню виросте до 370 млн тон на рік (до 2100 року - до 800 млн тон).

Хвиля прийняття національних стратегій щодо водню, почалась з Японії в 2017 році, а потім були - Південна Корея (2019), Нова Зеландія (2019), Австралія (2019), Нідерланди (2020), Норвегія (2020), Португалія (2020), Німеччина (2020), Франція (2020) та нарешті, що важливо, 8 липня 2020 року, Європейський Союз.

Євросоюз розпочав перехід на нове джерело енергії, яке покликано замінити вуглеводневе паливо. Воднева стратегія ЄС передбачає доповнення енергетичної системи ЄС промисловим забезпеченням Європи цим енергоносієм. При цьому ЄС визначив Україну пріоритетним партнером у реалізації Європейської водневої стратегії та постачанні цього енергетичного ресурсу на європейський ринок. Єврокомісія виокремлює Україну з огляду на її природні ресурси, взаємопов’язаність інфраструктури та технологічний розвиток. Єврокомісія заохочує залучати Україну до вже створеного Європейського альянсу чистого водню та розвивати співпрацю з нею задля виробництва відновлюваної електроенергії та водню. Якщо наша країна не упустить свій шанс, то вже в найближчі роки може стати ключовим постачальником водню в Європу.

Водневі потужності в Україні

Воднева стратегія Євросоюзу передбачає до 2024 року установку не менше 6 ГВт електролізерів і виробництво до одного мільйона тон відновлюваного водню. До 2030 року потужність станцій для генерації відновлюваного водню (з сонячної і вітрової електроенергії) на території країн ЄС зросте до 40 ГВт. Такий же обсяг потужностей Єврокомісія підтримає за межами ЄС. З них 10 ГВт пропонується реалізувати Україні. Тобто, кожну четверту водневу генерацію поза ЄС буде виробляти наша країна. Єврокомісія чітко зазначила, що Україну не збираються перетворювати на сировинний придаток як виробника і постачальника «зеленого» водню. ЄС готовий сприяти фінансово й організаційно створенню внутрішнього ринку в Україні, щоб ми також інтегрували інноваційні технології у свою економіку і промисловість. Потенційно найбільш перспективними областями для цієї співпраці є Одеська (4 ГВт сонячної енергії та 34 ГВт вітрової), Миколаївська (відповідно 3 та 30 ГВт), Херсонська (3 та 34 ГВт) та Запорізька (3 та 33 ГВт).

При цьому Комісар Єврокомісії з питань екологічної політики Франк Тіммерманс чітко дав зрозуміти: в ЄС готові нам допомогти на 7,5 ГВт, щоб ми їх створили та імпортували до ЄС, але на 2,5 ГВт ми повинні створити власний ринок. За його словами, в найближчі три роки від нас очікують півмільйона тон імпорту поновлюваного водню, а в подальшому - 3 млн тон щорічно. З метою виходу на європейський ринок Україна повинна забезпечити умови для використання водню на транспорті, в металургійній і хімічній галузях. Перші кроки з боку України вже зроблені. Вже є приклад будівництва першої водневої заправної станції в партнерстві з датчанами.

Ключову допомогу в цьому напрямку Україні надає Німеччина. Дві країни підписали "Спільну заяву про початок енергетичного партнерства". Заявлене партнерство включатиме, зокрема, співпрацю в сфері поставок водню з України в Німеччину. З української сторони документ підписала в.о. міністра енергетики Ольга Буславець, з боку уряду ФРН - міністр економіки і енергетики Петер Альтмайер.

Україна обговорює з Німеччиною пілотні проекти в масштабах від 100 МВт за аналогією з реалізованим в Марокко проектом сонячно-водневої станції потужністю 100 МВт. Крім того, чеська компанія Witkowitz - одне з найбільших машинобудівних підприємств у Східній Європі, веде переговори з "Південмашем" про будівництво заводу з виробництва обладнання для виробництва водню. "Укргідроенерго" підписало меморандум про співпрацю з компанією Н2 про будівництво заводу електролізного виробництва водню в Україні. В рамках угоди інвестори зобов'язуються залучити 300 млн євро. Співпраця передбачає будівництво потужностей для виробництва водню на українських ГЕС.

Проблеми транспортування

Водень дуже вибухонебезпечний, він навіть небезпечніший за природний газ, а можливості його транспортування залізничним транспортом поки погано вивчені. Водень в три рази легший природного газу і в 14 разів легший за повітря, не має ні запаху, ні кольору, його витік складно виявити. Молекула водню настільки мала, що здатна вбудовуватися в кристалічну решітку сталі, роблячи метал крихким. Тому транспортування водню може пошкодити трубопроводи або вагони та вийти назовні. А там змішатися з киснем і утворити гримучий газ - вибухонебезпечну суміш, яка накоїть чимало бід. Тож труби, призначені для природного газу, повинні бути покриті ізолюючим матеріалом зсередини або замінені на поліетиленові. Вчені намагаються дізнатися, який рівень суміші водню з іншими елементами найбільш безпечний для транспортування. Поки для випробувань використовують газо-водневі суміші з концентрацією водню не більше 20%. В такому співвідношенні водень можна спокійно переміщати по звичайним газотранспортним трубах.

На шляху до водневого хабу

Після прийняття ЄС водневої стратегії провідні газові компанії з дев’яти країн ЄС представили план створення мережі транспортування водню European Hydrogen Backbone. Згідно з документом, до 2030 року довжина мережі складе 6,8 тис. км, а до 2040 року вона може вирости до 23 тис. км. На 75% мережа буде складатися з діючих переобладнаних газопроводів.

Ідею транспортування водню через українську ГТС в найближчі кілька десятиліть розглядає "Оператор газотранспортної системи України". У компанії відзначають, що для транспортування водню необхідно провести масштабну модернізацію трубопроводів, адже в Україні переважна більшість труб побудовані ще в 60-70-х роках.

Українська «Регіональна газова компанія» (РГК) провела перші в Україні випробування водню в газорозподільній системі. Вони пройшли на спеціально підготовленому полігоні в Черняхові Житомирської області. В процесі експерименту системи полігону були прокачані інертним газом, а потім заповнені воднем, концентрація якого була доведена до 99%. РГК даними випробуваннями проводить оцінку перспектив використання газорозподільних мереж для доставки нової енергії - газопровідних синтетичних сумішей і біогазу. Наступні випробування компанія планує ще на чотирьох спеціально підготовлених полігонах: у Волинській, Дніпропетровській, Івано-Франківській та Харківській областях.

Другий етап - динамічні дослідження. Вони покажуть, наскільки реально використовувати водень для побутових потреб - в котлах, газових колонках і плитах. Вони також будуть проходити на полігонах РГК. Результати досліджень мають бути оголошені на 6-му газовому форумі України.

Водневі перспективи

Станом на кінець 2019 року в світі споживається 75 млн тон водню, в основному в нафтопереробці і виробництві аміаку. З них більше 3/4 виробляється з природного газу, для чого витрачалося більше 205 млрд кубометрів блакитного палива. Майже весь інший водень отримували з вугілля. І тільки 0,1% (100 тис. тон) в минулому році вироблялося електролізом, тобто без використання викопних вуглеводнів.

Однак в 2020 році на планеті сумарна потужність запущених нових електролізерів для отримання водню виросте відразу в кілька разів, хоча і складе загалом поки ще незначні 120 мегават потужності по всьому світу. Вже в найближчі роки може статися справжній прорив, старт якому дала Воднева стратегія ЄС. Для порівняння - тільки в Німеччині до 2030 року планується побудувати від трьох до 10 ГВт електролізерів. Планується, що це знизить залежність Європи від викопних джерел енергії, скоротить на 50% рівень викидів вуглекислого газу в атмосферу і суттєво здешевить вартість палива та енергоносіїв.

За останні 15 років вартість водневого паливного елемента знизилася з 275 до 55 доларів за встановлений кВт потужності - більш ніж в 5 разів. У США планують знизити вартість паливного елемента до 40 доларів за кВт, тоді як показником для досягнення конкурентоспроможності з традиційним двигуном внутрішнього згоряння є відмітка в 30 доларів за кВт.

Воднева енергетика - це скоріше «запас на майбутнє», коли від викопного палива доведеться остаточно відмовитися, а поновлювані джерела енергії не зможуть покривати потреби людства. Але в самому найближчому майбутньому масове впровадження технології навряд чи станеться, необхідно ще вирішити ряд проблем, пов’язаних з виробництвом і експлуатацією спеціальних енергоустановок, знизити їх вартість. Коли технологічні бар'єри будуть подолані, воднева енергетика вийде на новий рівень і, можливо, буде так само поширена, як сьогодні традиційна або гідроенергетика.

Україна, як найбільша країна Європи може задіяти свої природні можливості і нарешті перетворитися з імпортера енергоносіїв в його великого постачальника. Однак діяти для цього потрібно вже зараз.

Воднева стратегія України

Розробка Водневої стратегії України вже зараз стала нагальною потребою. Вона має стати дороговказом для державного планування та розвитку приватного сектора, а також визначити шляхи розвитку водневих технологій та відповідної інфраструктури у всіх сферах економіки Україні, окреслити плани та джерела фінансування за наступними напрямками:

об’єми виробництва водню в Україні, розвиток інфраструктури водневої енергетики (виробництво власних електролізерів та іншого обладнання);
розвиток системи акумулювання, зберігання та транспортування водню (використання ГТС, виробництво балонів для транспортування водню, будівництво газгольдерів та т.і.);
переобладнання муніципального транспорту на водень (виробництво паливних елементів)
шляхи та перспективи використання водню в ЖКГ.

Висновки та рекомендації

Перехід на водневу енергетику є неминучим, особливо в умовах наявного в Україні надлишку енергогенерації. Атомно-промисловий комплекс України має використати цей шанс.

Вартість виробництва електроенергії на АЕС України дозволяє зробити виробництво водню рентабельним (на відміну від ВДЕ)
Підприємства АПК можуть бути задіяними на всіх технологічних етапах виробництва водню (виробництво електролізерів, паливних елементів), його транспортування, зберігання (обладнання для газопроводів та газосховищ) та застосування в різних сферах економіки (в першу чергу на транспорті та ЖКГ).

Серед першочергових пріоритетів Асоціація «УЯФ» має розповсюдження інформації про розвиток водневої енергетики, в першу чергу серед членів Асоціації та інших провідних підприємств АПК, а також сприятиме залученню їх до участі в розвитку цієї перспективної галузі енергетики України.

АСОЦІАЦІЯ «УКРАЇНСЬКИЙ ЯДЕРНИЙ ФОРУМ»