Из-за нарастающей угрозы глобального потепления мир постепенно отказывается от ископаемых видов топлива, в первую очередь, угля, но недалек тот час, когда использование нефти и газа также сократится до минимума. По крайней мере, так считают ученые. На смену "грязным" видам топлива должны прийти "чистые", или "зеленые". Среди них пальму первенства специалисты отдают водороду. Как ни странно, но Украина имеет колоссальный потенциал в производстве наиболее чистого – "зеленого" водорода, хотя в этом есть и определенные вызовы для нашей страны. Как нам не упустить свой шанс и стать лидером в производстве "топлива будущего", выяснял "Апостроф".
"50 оттенков водорода"
На мировом энергетическом рынке за последние годы происходят тектонические изменения. Под давлением экологических проблем и глобального потепления развитые страны декларируют намерения полностью отказаться от ископаемого топлива, в первую очередь, угля, и ищут альтернативные источники энергии.
В первую очередь, это, конечно, возобновляемые источники "зеленой" энергии – солнце, ветер и прочее. Они позволяют получать электрическую энергию без выбросов углекислого газа и других загрязнителей. При этом потенциал возобновляемых источников огромен и позволяет легко перекрыть все энергетические потребности человечества.
Однако, несмотря на очевидные преимущества, возобновляемые источники имеют и значительные недостатки, главным из которых является то, что их нельзя "включать" и "выключать" по необходимости. Производство энергии связано с природными явлениями, не контролируемыми человеком: солнечным циклом, атмосферными явлениями, морскими приливами и т.д. Соответственно, для того, чтобы свободно пользоваться производимой "зеленой" энергией, необходимо научиться аккумулировать ее в больших количествах для того, чтобы потом использовать в соответствии с потребностями людей.
Современная энергетика предлагает два основных способа хранения избыточной электроэнергии. Один из них – это строительство огромных аккумуляторных станций. Однако многие ученые и инженеры считают такой способ слишком громоздким и дорогим. Второй способ, позволяющий сохранять энергию солнца и ветра, – производство водорода.
С помощью избыточной электроэнергии в специальных установках (электролизерах) разлагают обычную воду на элементы, из которых она состоит, – водород и кислород. Кислород можно использовать в соответствии с потребностями (например, обеспечивать им больницы) или просто выбрасывать в атмосферу, а водород хранить как топливо и при необходимости использовать для получения энергии.
Однако безусловно считать водород идеальным экологическим горючим нельзя. Уровень его безопасности зависит от того, из каких источников поступила энергия, с помощью которой выполняется электролиз воды.
По настоящему "зеленым" считается водород, если он произведен с помощью энергии из возобновляемых источников. Его производство в последнее время неуклонно растет.
Однако на сегодняшний день для производства водорода используется и энергия из других источников, из-за чего различается целая гамма разных "цветов" водорода.
Самые грязные из них – "черный" и "бурый" водороды, для производства которых используется каменный уголь (соответственно черный и бурый). За этим водородом тянется такой же углеродный след, как и за любым ископаемым топливом, и поэтому его не относят к экологическим энергоносителям.
Несколько более чистым считается "серый" или "голубой" водород, производимый из природного газа. Однако, хотя выбросы от него не столь вредны, как от угля, они все равно содержат много углекислого газа, что влечет за собой глобальное потепление. Но на сегодняшний день это самый дешевый способ. Поэтому из газа производится почти 90% водорода в мире.
В продвижении "голубого" водорода заинтересованы страны, являющиеся крупными производителями газа, в частности Россия, Норвегия, Нидерланды.
Если для производства водорода использовать энергию, производимую на ядерных электростанциях, то такой водород называют "желтым". В его производстве заинтересованы те страны, у которых есть мощная ядерная энергетика. В их число входит и Украина. Однако лидером в этой области планирует стать Франция, которая уже анонсировала обширную программу по использованию мощностей собственных ядерных реакторов для производства водорода.
"Зеленый" водород против "голубого"
Украина также не стоит в стороне от процесса внедрения "новой" энергетики. Причем, по мнению специалистов, наша страна может в перспективе стать одним из крупнейших в мире производителей самого экологически благоприятного "зеленого" водорода.
"Расчеты показывают, что у Украины второй по величине в Европе потенциал развития возобновляемой энергетики, - говорит президент Водородного совета Украины Александр Репкин. - Только четыре южных области - Херсонская, Одесская, Николаевская и Запорожская - способны обеспечить энергетические потребности всех стран-членов Евросоюза" .
При этом Украина является одним из лидеров в области разработки технологий производства экологически чистого водорода.
"Мы занимаемся разработками в этой сфере уже более 30 лет, - рассказал "Апострофу" директор Института возобновляемой энергетики НАН Украины Степан Кудря. - И еще в 1996 году построили в Дании первую в мире ветро-водородную установку. Ветряную мельницу для нее построили датские ученые, а электролизер - украинские. Эта установка действует до сих пор. Датчане с ее помощью испытывают разные способы использования "зеленого" водорода".
Наличие значительного научного и технологического потенциала вместе со значительными энергетическими ресурсами обусловливает большие перспективы Украины в производстве "зеленого" водорода. А рынок этого газа растет очень стремительно, поскольку Европейский Союз проводит последовательную политику отказа от ископаемых энергоносителей.
"По подсчетам Еврокомиссии, для удовлетворения потребностей всех стран-членов необходимо обеспечить мощность производства энергии из возобновляемых источников на уровне 80 гигаватт, - говорит Степан Кудря. - При этом предполагается, что половина этих мощностей будут расположены в пределах ЕС, а остальные 40 гигаватт - в соседних странах. Первоначально предполагалось разместить все эти мощности в Северной Африке. Однако, подробно изучив энергетический потенциал Украины, европейцы решили, что 10 гигаватт мощностей должно быть расположены в нашей стране".
По словам Александра Репкина, сейчас в Украине уже реализуются масштабные проекты по производству экологически чистого водорода. В частности, НАК "Нафтогаз Украины" инициировал проект стоимостью 500 миллионов евро. Также реализуется ряд проектов частных компаний.
"В Одесской области уже создается энергетический кластер из возобновляемых источников, разрабатываются пути производства и транспортировки водорода в страны Европейского Союза, – говорит Александр Репкин. – В ближайшие годы планируется обеспечить общую мощность солнечной генерации на уровне 5000 мегаватт (эквивалент 5 атомных энергоблоков ВВЭР-1000 - "Апостроф") и электролизных производств – на уровне 3000 мегаватт".
Это позволит наладить регулярный экспорт в ЕС больших объемов "зеленого" водорода. Европа намерена способствовать реализации данных проектов. Сегодня в ЕС разрабатывается механизм финансовой поддержки развития водородной энергетики в Украине. Согласно "Водородной стратегии ЕС", наша страна должна выйти на общую мощность производства водорода в 10 гигаватт уже к 2030 году. На реализацию этого проекта Украина может привлечь до 20 миллиардов евро европейских инвестиций.
Конечно, на этом пути украинским производителям придется преодолеть много сложностей, в частности, сопротивление России, которая активно предлагает Европе поставки собственного "голубого" водорода, который будет значительно дешевле украинского "зеленого". Однако такой водород не решает главную задачу, которую ставит перед собой ЕС, - отказ от выбросов парниковых газов в атмосферу.
"Напротив, "голубой" водород лишь усугубляет экологические проблемы, - говорит Александр Репкин. - Ученые Корнеллского и Стэнфордского университетов (США), исследовав процесс производства "голубого" водорода, пришли к выводу, что он создает даже больше парниковых выбросов, чем прямое сжигание газа, нефти и угля как топлива. Поэтому для Европы, которая планирует ближайшие годы посвятить борьбе за экологию и нулевой углеродный след, партнерство с Россией не выгодно".
Технологически Украина уже практически готова к массовому производству "зеленого" водорода. Стремительный рост этого сектора пока сдерживается лишь тем, что энергия, полученная таким образом, дороже той, что добывается из традиционных источников.
"На сегодняшний день стоимость 1 киловатт-часа энергии, полученной от водорода, произведенного с помощью ветровой электростанции, составляет около 20 евроцентов, – говорит Степан Кудря. – Это дороже, чем большинство видов энергии из традиционных источников. Однако ситуация стремительно меняется. Резкий рост цен на газ и нефть в нынешнем году привели к тому, что на данный момент электроэнергия из "зеленого" водорода вдвое дешевле той, которую можно получить при сжигании природного газа".
Эта ситуация, по мнению ученого, дала резкий всплеск интереса к возобновляемой энергии. И в дальнейшем этот интерес будет только расти, поскольку ископаемое топливо по мере истощения запасов будет дорожать, а возобновляемая энергия благодаря росту массовости производства – дешеветь.
Поэтому в ближайшее десятилетие энергетический сектор в мире ожидает настоящая технологическая революция и массовый отказ от ископаемого топлива. И не исключено, что вслед за украинской ГТС опустеют Северный, Южный (он же "Турецкий") и другие потоки, которые являются сегодня мощными факторами европейской геополитики.
Как "возить" водород
Впрочем, чтобы стать признанным лидером поставок "зеленых" энергоресурсов на европейский рынок, Украине нужно решить не только задачу собственно производства водорода, но и его транспортировки. И это - достаточно сложная задача.
"Сегодня уже существуют испытанные технологии хранения и транспортировки водорода в баллонах и других емкостях, - говорит Александр Репкин. - Однако такой способ достаточно дорог. При высоких запланированных объемах производства гораздо более целесообразно использование трубопроводов".
Наиболее естественным решением при этом выглядит использование уже имеющейся мощной газотранспортной системы Украины. Тем более, что объемы транспортировки природного газа неуклонно сокращаются, и уже через несколько лет труба может совсем опустеть. Однако просто закачать в нее водород вряд ли возможно.
"Опыты, проведенные украинскими учеными, показали, что из газовой трубы в сутки вытекает около половины закачанного в нее водорода, - рассказывает Степан Кудря. - Причина этого - гораздо большая текучесть водорода, чем природного газа. Молекула водорода наименьшая из всех существующих в природе, и она гораздо легче проникает в любые неплотности в соединениях трубопроводов".
Поэтому для налаживания транспортировки водорода в Европу необходимо либо строить новые трубопроводы, либо осуществить основательную реконструкцию существующих. По мнению Александра Репкина, более перспективным является второй путь, поскольку стоимость реконструкции ГТС составляет всего 10-30% от стоимости строительства новых труб. Однако пока оператор ГТС не осуществляет инвестиций в этом направлении. Поэтому, если государственная компания будет медлить с подготовкой собственных мощностей, частному бизнесу, возможно, придется прибегнуть к строительству собственных мощностей.
Торгуешь с Европой - "озеленяйся"
Конечно приятно, что у Украины есть шансы стать одним из основных производителей экологически чистых энергоносителей для Европы. Впрочем, наша собственная экология также нуждается в переходе от устаревших технологий к более современным и чистым.
На этом пути Украина также делает определенные успехи. К примеру, в сентябре нынешнего года в нашей стране зарегистрирован первый автомобиль Toyota Mirai, работающий на водородных топливных элементах.
Такое авто является, по сути, электромобилем, только энергия в нем не хранится в аккумуляторах, а производится в специальных элементах, где происходит химический процесс, обратный электролизу: водород и кислород соединяются в воду, производя при этом электрический ток. КПД такого элемента достигает 80%, в то время как КПД даже самого совершенного двигателя внутреннего сгорания в принципе не может превышать 40%, а в реальных машинах находится в пределах 30%.
Автомобиль содержит два баллона для водорода, емкостью 60 и 62 литра. Их заправка длится около 3 минут. Пробег на одной заправке – до 600 километров. Выхлоп автомобиля составляет около 240 граммов воды на 4 километра пути.
"Уже в следующем году состоится открытие в Киеве первой в Украине водородной заправочной станции, - говорит Александр Репкин. - А в ближайшие годы планируется построить сеть из 30 станций, которая позволит водородным автомобилям свободно передвигаться между областными центрами и по главным магистралям, соединяющим Украину со странами ЕС".
Впрочем, распространение "зеленых" технологий не ограничится только транспортом.
"Европейский Союз активно внедряет законодательство по ограничению импорта товаров, имеющих значительный карбоновый след, - говорит Александр Репкин. - Поэтому украинские производители, поставляющие свою продукцию в Европу, уже в ближайшие годы вынуждены будут либо искать себе новые рынки сбыта, либо переходить на современные технологии с использованием "зеленого" водорода. Думаю, это станет мощным стимулом для того, чтобы Украина в ближайшее время стала не только крупным производителем, но и активным потребителем экологических видов энергоносителей".
Звучит действительно оптимистично. От себя добавим, что будет очень хорошо, если власти поддержат все эти полезные для государства инициативы или, хотя бы, не будут мешать их реализации.
