Енергія з води. Що таке "зелений" водень та як його хочуть виробляти в Україні

Зміст

• "Сірий", "блакитний", "зелений": яким буває водень і навіщо він потрібен
• Світові тенденції та чому ЄС розраховує на "зелений" водень з України
• Який потенціал України та де з'являться "водневі долини"

"Сірий", "блакитний", "зелений": яким буває водень і навіщо він потрібен

Водень - найпоширеніший хімічний елемент у природі. На його частку припадає 75% маси Всесвіту, а на Землі водень міститься у воді, природному газі, вугіллі та нафті.

Водень називають чистою альтернативою метану, що становить основу газу. Його розглядають як довгострокове рішення у стратегії скорочення викидів у найбільш углеродомістких секторах, включаючи виробництво електроенергії, транспорт тощо.

Головна характеристика, яка робить водень (H2) привабливою альтернативою викопному паливу, - це здатність "горіти" без виділення СО2. Теоретично ним можна замінити все паливо, а існуючі технології дозволяють отримувати водень, використовуючи лише воду та електрику.

Ще одна важлива характеристика - енергію у вигляді водню можна зберігати довше, ніж в акумуляторах. І при необхідності вона знову може бути перетворена на електрику або спалена замість викопного палива.

Фото: водень може стати паливом майбутнього (Getty Images)

Для отримання водню його необхідно відокремити від інших елементів. Основні методи - паровий риформінг метану та електроліз (розщеплення води за допомогою електрики). Залежно від способу одержання кінцевий продукт розрізняють умовно за кольорами.

Паровий риформінг як найпопулярніший вид виробництва є конверсією (з'єднанням) метану з водяною парою. На виході отримують водень і вуглекислий газ як побічний продукт. Якщо в процесі CO2 викидається в атмосферу, водень називають "сірим". Якщо уловлюється, то "блакитним".

За даними Міжнародного агентства з відновлюваної енергії (IRENA), близько 98% водню одержують за допомогою викопного палива. Інші 2% - з використанням джерел відновлюваної енергії (вітер, сонце та вода) для розщеплення молекул води на водень та кисень у ході електролізу. При ньому не виділяється жодних парникових газів, тому такий водень називають "зеленим".

Водень вже використовується як паливо для автомобілів. За кількістю водневих заправок лідирує Китай, на другому місці Японія, далі йдуть Південна Корея, Німеччина та США. А міжнародний поштовий оператор DHL, наприклад, має парк фургонів, здатних проїхати на водні 500 км без дозаправки. Крім того, він вважається паливом майбутнього для кораблів та авіації.

Нафтопереробка, виробництво аміаку, метанолу та сталі - основні галузі, що потребують значних обсягів H2. І оскільки в промислових масштабах виробляється лише "сірий" водень, Міжнародне енергетичне агентство (МЕА) наголошує на важливості переходу на "зелений".

У сумішах із природним газом водень можна використовувати для опалення. Найбільший потенціал у багатоквартирних та комерційних будинках, особливо в густонаселених містах. Більш довгострокові перспективи можуть включати використання у водневих котлах або паливних елементах.

Також відводять важливу роль у виробництві електроенергії. Зокрема, водень - один із провідних варіантів зберігання відновлюваної енергії, а водень та аміак можна використовувати у газових турбінах. Або ж на електростанціях, де водневі паливні елементи виробляють електрику шляхом з'єднання атомів водню та кисню.

Світові тенденції та чому ЄС розраховує на "зелений" водень з України

Прямо зараз "зелений" водень майже не виробляється у світі. Але наявні тенденції говорять про те, що з кожним роком його буде більше.

Згідно з базою даних водневих проектів, найбільшим виробником та споживачем є Китай. Більшість одержуваного водню заснована на викопному паливі, але в країни є великі плани щодо масштабування "зеленого" водню для декарбонізації виробництва сталі та хімікатів.

Наступна у списку - Саудівська Аравія, яка будує найбільший проект "зеленого" водню. Спільне підприємство ACWA Power, Air Products та Neom планує запуск до 4 ГВт сонячної та вітрової генерації, щоб отримувати до 600 тонн водню на день. Це означає виробництво понад 200 кілотонн на рік, тоді як найбільший китайський об'єкт має потужність трохи більше 44 кілотонн.

Далі йде Швеція, яка готує до запуску великий електролізний завод. Інші члени Євросоюзу такі як Німеччина та Франція теж входять до топ-10. Зазначимо, ЄС окреслив плани виробляти та імпортувати загалом 20 млн тонн "зеленого" водню до 2030 року. А також поставив амбітні цілі щодо збільшення використання водню у промисловості та транспорті.

За даними МЕА, загалом у світі виробляється 180 кілотонн водню на рік на основі електролізу. Але до 2030 року обсяги можуть перевищити 14 000 кілотонн, якщо в експлуатацію введуть усі проекти, які вже будуються.

Цього тижня німецька компанія EnBW оголосила про виділення 1 млрд євро на будівництво трубопроводів для транспортування чистого водню в рамках плану створення загальнонаціональної мережі до 2032 року.

Зазначимо, саме Німеччина стала локомотивом зеленого енергетичного переходу Європейського союзу. Який виявився невідкладним після скорочення поставок дешевого російського газу через вторгнення РФ в Україну.

Докладніше про це - у матеріалі "Зелена енергетика. Плюси, мінуси та навіщо Україні "енергетичний перехід".

Центральне розташування Німеччини робить її придатною для ролі європейського водневого хабу. Але німецька мережа - лише один із елементів амбітної стратегії з транспортування 20 млн тонн водню до 2030 року.

Фото: схема водневого коридору з України до Німеччини (tsoua.com)

Напряму чи опосередковано з Німеччиною будуть пов'язані шість коридорів, які складаються з трубопроводів, портових терміналів, судноплавних шляхів, виробничих і складських об'єктів. Коридори поєднають попит і пропозицію в різних частинах Європи. І один із них - Центрально-Європейський водневий коридор - качатиме водень з України.

Німеччина безпосередньо розглядає нашу країну як партнера. У березні голова німецької водневої ради Катерина Райхе підтвердила інтерес у поставках з України.

"Ми переконані, що створення водневої економіки може зробити важливий внесок у відновлення енергетичної системи України, а також запропонувати важливий потенціал для Європи", - зазначила вона.

Зазначимо, ще у серпні 2021 року Рада нацбезпеки та оборони доручила уряду розглянути можливість створення водневої магістралі в ЄС та оцінити залучення інвестицій. За місяць газотранспортні оператори України, Німеччини, Чехії та Словаччини представили проект Центрально-Європейського водневого коридору, а у листопаді 2023-го його підтримала Європейська.Комісія.

Який потенціал України та де з'являться "водневі долини"

Україна є одним із пріоритетних партнерів ЄС у майбутній водневій економіці. У 2021 роцы Міністерство енергетики, "Енергоатом" та Оператор ГТС приєдналися до Європейського альянсу чистого водню.

Конкурентні переваги та можливості нашої країни будуть відображені у водневій стратегії до 2050 року. Проект оприлюднили у травні, очікується, що стратегію ухвалять влітку.

Згідно з проектом, виробництво водню має досягти 1,3 млн тонн до 2035-го та 3 млн тонн до 2050-го. За попередніми оцінками, інвестиції у реалізацію електролізного потенціалу 10 ГВт можуть становити до 13,5 млрд доларів.

Стратегія передбачає створення так званих "водневих долин" на Закарпатті, біля Рені (Одещини), а також Новояворівська та Дашави (Львівська область). Один із потенційних проектів може розміститися у зоні відчуження Чорнобильської АЕС.

Згідно з розрахунками Інституту відновлюваної енергетики НАН України, загальний потенціал середньорічного вироблення відновлюваного водню становить 44,96 млн тонн.

На даний час виробництво водню складає близько 360 000 тонн на рік, який переважно використовується для отримання аміаку. І хоча це лише 0,5% загального світового попиту, з інвестиціями Україна може значно наростити потужності.

Серед амбітних починань називають проект H2U Hydrogen Valley. Який входить до складу міжнародної ініціативи Mission Innovation та впроваджується компанією "Водень України". У його рамках створюються дві "водневі долини" в Одеській та Закарпатській областях.

На першому етапі хочуть збудувати електролізний завод на 100 МВт (з перспективою збільшення до 200 МВт) у портовому місті Рені. Енергія для електролізу надходитиме від вітрових (ВЕС) та сонячних (СЕС) електростанцій, а вода - з Дунаю та його приток. Заплановано будівництво сонячної та вітрових станцій на 120 МВт та 80 МВт, вивчається питання будівництва водневого трубопроводу.

Друга долина знаходиться у прикордонному зі Словаччиною районі Закарпатської області. Там на площі 120 гектарів збудують електролізний завод на 1100 МВт із можливістю розширення до 1500 МВт. Проект включає встановлення великої сонячної електростанції та вітрових установок. А водень постачатиметься на металургійний завод у Кошице.

Пілотний проект у Рені запустили у квітні-травні 2024 року. Наразі основне завдання - сформувати техніко-економічне обґрунтування для складових "водневих долин".

Щодо електролізного заводу, розглянуть три моделі. Перша - виробництво "чистого" водню, друга - відновлюваного аміаку, третя - "зеленого" метанолу, каже директор компанії Ярослав Криль. І пояснює, чому ця технологія є безпечною для навколишнього середовища.

Щоб отримати водень, потрібна вода та велика кількість електроенергії. Для цього використовуються електролізери, на які надходитиме електрика від СЕС та ВЕС. На електродах вода розщеплюється на молекули водню та кисню - це екологічно чистий метод, за якого немає жодних відходів.

"Коли ми беремо водень і, наприклад, подаємо його до паливних комірок або заправляємо автомобілі, які працюють на водні, то в комірці йде зворотний процес: водень реагує з киснем і виробляється електроенергія та утворюється вода. Тобто ми за допомогою енергії розщепили воду на водень і кисень, а далі відбувається цикл відновлення з отриманням води та електроенергії. І це не викопні палива, які закінчуються, бо сонце світить та вітер дме щодня. Таким чином ми не забруднюємо атмосферу та не порушуємо природний цикл, повертаючи воду в обіг", - наголошує Криль.

На його думку, вже за два роки українські "водневі долини" зможуть доповнити перелік європейських проектів із виробництва "зеленого" водню.

При підготовці матеріалу використовувалися: публікації Міжнародного енергетичного агентства (МЕА), Reuters, дані британської енергетичної компанії National Grid, Міністерства енергетики України, інтерв'ю директора компанії "Водень України" Ярослава Криля для профільного порталу "Українська енергетика".