Через загрозу глобального потепління, що наростає, світ поступово відмовляється від викопних видів палива, в першу чергу, вугілля, але недалекі ті часи, коли використання нафти і газу також скоротиться до мінімуму. Принаймні так вважають учені. На зміну "брудним" видам палива мають прийти "чисті", або "зелені". Серед них пальму першості фахівці віддають водню. Як не дивно, але Україна має колосальний потенціал у виробництві найчистішого – "зеленого" водню, хоча в цьому є й певні виклики для нашої країни. Як нам не прогаяти свій шанс і стати лідером у виробництві "палива майбутнього", з'ясовував "Апостроф".
"50 відтінків водню"
На світовому енергетичному ринку протягом останніх років відбуваються тектонічні зміни. Під тиском екологічних проблем і глобального потепління розвинені країни декларують наміри повністю відмовитися від викопного палива, в першу чергу вугілля, і шукають альтернативні джерела енергії.
В першу чергу, це, звичайно, відновлювані джерела "зеленої" енергії - сонце, вітер та інші. Вони дозволяють отримувати електричну енергію без викидів вуглекислого газу та інших видів забруднень. При цьому потенціал відновлюваних джерел є величезним і дозволяє легко перекрити всі енергетичні потреби людства.
Проте, попри очевидні переваги, відновлювані джерела мають і значні недоліки, головний з яких той, що їх не можна "вмикати" і "вимикати" за потребою. Виробництво енергії пов’язане з природними явищами, які не контролюються людиною: сонячним циклом, атмосферними явищами, морськими припливами тощо. Відповідно для того, щоб вільно користуватися виробленою "зеленою" енергією, необхідно навчитися акумулювати її у великих кількостях для того, щоб потім використовувати відповідно до потреб людей.
Сучасна енергетика пропонує два основних способи зберігання надлишкової електроенергії. Один з них - це будівництво величезних акумуляторних станцій. Проте багато науковців і інженерів вважають такий спосіб надто громіздким і дорогим. Другий спосіб який дозволяє зберігати енергію сонця і вітру - виробництво водню.
За допомогою надлишкової електроенергії у спеціальних установках (електролізерах) розкладають звичайну воду на елементи з яких вона складається - водень і кисень. Кисень можна використовувати відповідно до потреб (наприклад, забезпечувати ним лікарні) або просто викидати в атмосферу, а водень зберігати, як паливо і при потребі використовувати для отримання енергії.
Проте безумовно вважати водень ідеальним екологічним пальним не можна. Рівень його безпечності залежить від того, з яких джерел надійшла енергія, за допомогою якої виконується електроліз води.
По справжньому "зеленим" вважається водень, якщо його вироблено за допомогою енергії з відновлюваних джерел. Його виробництво останнім часом неухильно зростає.
Проте на сьогоднішній день для виробництва водню використовується і енергія з інших джерел, через що розрізняється ціла гама різних "кольорів" водню.
Найбрудніші з них - "чорний" та "бурий" водні, для виробництва яких використовується кам’яне вугілля (відповідно чорне та буре). За цим воднем, тягнеться такий самий вуглецевий слід, як і за будь яким викопним паливом, і тому його не зараховують до екологічних енергоносіїв.
Дещо більш чистим вважається "сірий" чи "блакитний" водень, який виробляється з природного газу. Проте, хоч викиди від нього не настільки шкідливі, як від вугілля, вони все одно містять багато вуглекислого газу, що спричиняє глобальне потепління. Але на сьогоднішній день це найдешевший спосіб. Тому з газу виробляється майже 90% водню у світі.
У просуванні "блакитного" водню зацікавлені країни, які є великими виробниками газу, зокрема Росія, Норвегія, Нідерланди.
Якщо для виробництва водню використовувати енергію, вироблену на ядерних електростанціях, то такий водень називають "жовтим". В його виробництві зацікавлені ті країни, які мають потужну ядерну енергетику. В їх число входить і Україна. Проте лідером у цій царині планує стати Франція, яка вже анонсувала велику програму з використання потужностей власних ядерних реакторів для виробництва водню.
"Зелений" водень проти "блакитного"
Україна також не стоїть осторонь процесу впровадження "нової" енергетики. Причому, на думку фахівців, наша країна може в перспективі стати одним з найбільших в світі виробників саме найбільш екологічно сприятливого "зеленого" водню.
"Розрахунки показують, що Україна має другий за величиною в Європі потенціал розвитку відновлюваної енергетики, - говорить президент Водневої ради України Олександр Рєпкін. - Тільки чотири південних області - Херсонська, Одеська, Миколаївська та Запорізька - здатні забезпечити енергетичні потреби усіх країн-членів Євросоюзу".
При цьому Україна є одним з лідерів у галузі розробки технологій виробництва екологічно чистого водню.
"Ми займаємося розробками у цій сфері вже понад 30 років, - розповів "Апострофу" директор Інституту відновлюваної енергетики НАН України Степан Кудря. - І ще у 1996 році побудували в Данії першу в світі вітро-водневу установку. Вітряк для неї спорудили данські учені, а електролізер - українські. Ця установка діє і дотепер. Данці з її допомогою випробовують різні способи використання "зеленого" водню".
Наявність значного наукового і технологічного потенціалу разом із значними енергетичними ресурсами зумовлює великі перспективи України у виробництві "зеленого" водню. А ринок цього газу зростає дуже стрімко, оскільки Європейський Союз провадить послідовну політику відмови від викопних енергоносіїв.
"За підрахунками Єврокомісії, для задоволення потреб всіх країн-членів, необхідно забезпечити потужність виробництва енергії з відновлюваних джерел на рівні 80 гігават, - говорить Степан Кудря. - При цьому передбачається, що половина цих потужностей будуть розташовані в межах ЄС, а решта 40 гігават - в сусідніх країнах. Початково передбачалося розмістити всі ці потужності в Північні Африці. Проте, докладно вивчивши енергетичний потенціал України, європейці вирішили, що 10 гігават потужностей має бути розташовано в нашій країні".
За словами Олександра Рєпкіна, зараз в Україні вже реалізуються масштабні проєкти з виробництва екологічно чистого водню. Зокрема НАК "Нафтогаз України" започаткував проєкт вартістю 500 мільйонів євро. Також реалізуються ряд проєктів приватних компаній.
"В Одеській області вже створюється енергетичний кластер з відновлюваних джерел, розробляються шляхи виробництва і транспортування водню до країн Європейського Союзу, - говорить Олександр Рєпкін. - В найближчі роки планується забезпечити загальну потужність сонячної генерації на рівні 5000 мегават (еквівалент 5 атомних енергоблоків ВВЕР-1000 - "Апостроф") та електролізерних виробництв - на рівні 3000 мегават".
Це дозволить налагодити регулярний експорт до ЄС великих об’ємів "зеленого" водню. Європа має намір сприяти реалізації даних проєктів. Сьогодні в ЄС розробляється механізм фінансової підтримки розвитку водневої енергетики в Україні. Згідно з "Водневою стратегією ЄС", наша країна повинна вийти на загальну потужність виробництва водню у 10 гігават вже до 2030 року. На реалізацію цього проєкту Україна може залучити до 20 мільярдів євро європейських інвестицій.
Звичайно, на цьому шляху українським виробникам доведеться подолати багато складнощів, зокрема опір Росії, яка активно пропонує Європі постачання власного "блакитного" водню, який буде значно дешевшим від українського "зеленого". Проте такий водень не вирішує головної задачі, яку ставить перед собою ЄС, - відмови від викидів парникових газів в атмосферу.
"Навпаки, "блакитний" водень лише поглиблює екологічні проблеми, - говорить Олександр Рєпкін. - Науковці Корнелльського та Стенфордського університетів (США), дослідивши процес виробництва "блакитного" водню, дійшли висновку, що він створює навіть більше парникових викидів, ніж пряме спалювання газу, нафти та вугілля як палива. Тож для Європи, яка планує найближчі роки присвятити боротьбі за екологію та нульовий вуглецевий слід, партнерство з Росією не є вигідним".
Технологічно Україна вже практично готова до масового виробництва "зеленого" водню. Стрімке зростання цього сектору поки що стримується лише тим, що енергія, отримана таким чином, є дорожчою за ту, що видобувається з традиційних джерел.
"На сьогоднішній день вартість 1 кіловат-години енергії, отриманої від водню, виробленого за допомогою вітрової електростанції, складає близько 20 євроцентів, - говорить Степан Кудря. - Це дорожче, ніж більшість видів енергії з традиційних джерел. Проте ситуація стрімко змінюється. Різке зростання цін на газ і нафту в нинішньому році призвели до того, що на даний момент електроенергія з "зеленого" водню вдвічі дешевша за ту, яку можна отримати при спалюванні природного газу".
Ця ситуація, на думку науковця, дала різкий сплеск інтересу до відновлюваної енергії. І в подальшому цей інтерес буде лише зростати, оскільки викопне паливо в міру вичерпання запасів буде дорожчати, а відновлювана енергія завдяки зростанню масовості виробництва - дешевшати.
Тож протягом найближчого десятиліття енергетичний сектор у світі чекає справжня технологічна революція і масова відмова від викопного палива. І не виключено, що слідом за українською ГТС спорожніють Північний, Південнний (він же "Турецький") та інші потоки, що є сьогодні потужними факторами європейської геополітики.
Як "возити" водень
Втім, щоб стати визнаним лідером з постачання "зелених" енергоресурсів на європейський ринок, Україні потрібно вирішити не тільки задачу властиво виробництва водню, але й його транспортування. І це - доволі складна задача.
"Сьогодні вже існують випробувані технології зберігання і транспортування водню в балонах та інших ємностях, - говорить Олександр Рєпкін. - Проте такий спосіб є досить дорогим. При високих запланованих об’ємах виробництва набагато більш доцільним є використання трубопроводів".
Найбільш природним рішенням при цьому виглядає використання вже наявної потужної газотранспортної системи України. Тим більше, що об’єми транспортування природного газу неухильно скорочуються, і вже через кілька років труба може зовсім спустіти. Проте просто закачати в неї водень навряд чи можливо.
"Досліди, проведені українськими вченими, показали, що з газової труби за добу витікає близько половини закачаного в неї водню, - розповідає Степан Кудря. - Причина цього - набагато більша текучість водню, ніж природного газу. Молекула водню найменша з усіх існуючих в природі, і вона набагато легше проникає в будь які нещільності в з’єднаннях трубопроводів".
Тому для налагодження транспортування водню в Європу необхідно або будувати нові трубопроводи, або здійснити грунтовну реконструкцію вже існуючих. На думку Олександра Рєпкіна, більш перспективним є другий шлях, оскільки вартість реконструкції ГТС складає всього 10-30% від вартості будівництва нових труб. Проте поки що оператор ГТС не здійснює інвестиций в цьому напрямку. Тому, якщо державна компанія зволікатиме з підготовкою власних потужностей, приватному бізнесу можливо доведеться вдатися до будівництва власних потужностей.
Торгуєш з Європою - "озеленюйся"
Звичайно приємно, що Україна має шанси стати одним з основних виробників екологічно чистих енергоносіїв для Європи. Втім наша власна екологія також потребує переходу від застарілих технологій до більш сучасних і чистих.
На цьому шляху Україна також робить певні успіхи. Наприклад, у вересні нинішнього року в нашій країні зареєстроване перше авто Toyota Mirai, що працює на водневих паливних елементах.
Таке авто є по суті електромобілем, тільки енергія в ньому не зберігається в акумуляторах, а виробляєтьяс в спеціальних елементах, де відбувається хімічний процес, зворотній до електролізу: водень і кисень поєднуються у воду, виробляючи при цьому електричний струм. ККД такого елементу досягає 80%, тоді як ККД навіть найдосконалішого двигуна внутрішнього згоряння в принципі не може перевищувати 40%, а в реальних машинах знаходиться в межах 30%.
Автомобіль містить два балони для водню, ємністю 60 і 62 літри. Їх заправка триває близько 3 хвилин. Пробіг на одній заправці - до 600 кілометрів. Вихлоп авта становить близько 240 грамів води на 4 кілометри шляху.
"Вже в наступному році відбудеться відкриття в Києві першої в Україні водневої заправної станції, - говорить Олександр Рєпкін. - А у найближчі роки планується збудувати мережу з 30 станцій, яка дозволить водневим автомобілям вільно пересуватися між обласними центрами та по головних магістралях, що поєднують Україну з країнами ЄС".
Втім, розповсюдження "зелених" технологій не обмежиться лише транспортом.
"Європейський Союз активно впроваджує законодавство щодо обмеження імпорту товарів, що мають значний карбоновий слід, - говорить Олександр Рєпкін. - Тому українські виробники, що постачають свою продукцію до Європи, вже найближчими роками вимушені будуть або шукати собі нові ринки збуту, або переходити на сучасні технології з використанням "зеленого" водню. Гадаю, це стане потужним стимулом для того, щоб Україна найближчим часом стала не лише великим виробником, але й активним споживачем екологічних видів енергоносіїв".
Звучить, дійсно, оптимістично. Від себе додамо, що буде дуже добре, якщо влада підтримає всі ці корисні для держави ініціативи, чи, хоча б, не заважатиме їхній реалізації.
