На фоні глобального потепління світ шукає альтернативи традиційним, викопним джерелам енергії та шляхи, як максимально позбутися викидів в атмосферу в принципі.
Останні 5 років Європа започаткувала моду на виробництво енергії із водню. Частина країн тільки консультуються всередині щодо впровадження «водневої енергії», а деякі уже мають готові розробки, протестовані реальними умовами.
До цього приєдналася й Україна, яка формально почала розробляти водневу стратегію на рівні з іншими країнами. Від окремих людей навіть можна почути ідею переобладнання української ГТС під водень. Наскільки це доцільно та реально та чому сьогодні так багато розмов про водень — пояснює «Український капітал».
73% викидів в атмосферу спричинено викидами від використання викопного та рідкого палива у промислових масштабах. Вугілля, нафта та газ, які спалюються для електрики, тепла та транспортування, продукують парниковий ефект — він «нагріває» Землю.
Чимало країн вирішили зменшити найголовніше джерело глобального потепління — викиди діоксиду вуглецю (CO₂). У кінці 2020 ЄС прийняв Європейський зелений курс. Згідно із ним 127 країн, які продукують приблизно 63% викидів, мають розглянути або прийняти ціль на кліматичну нейтральність не пізніше 2060 року. Формально до цього приєдналася й Україна.
Чому всі раптом згадали про водень
Водень — найбільш поширений елемент на Землі та поза нею. У чистому вигляді його майже немає, тож видобувати його потрібно через хімічні реакції.
Сьогодні видобувається лише для хімічної та нафтопереробної промисловості. Найчастіше, він виробляється із тих же викопних палив, наприклад, природного газу. Водень також можна отримати з води за допомогою процесу електролізу, але для цього потрібні значні водні ресурси та електрична енергія.
Електроліз — хімічна реакція розкладу речовин під дією електричного струму.
Якщо водень перетворити у теплову або електричну енергію, буде мало або жодних прямих викидів діоксиду вуглецю або інших забрудників в атмосферу. Саме тому водень почали порівнювати із нафтою, газом або іншим типом палива. Це не означатиме, що воднем будуть закривати кожну потребу в енергетиці. Мова перш за все про процеси, які важко піддаються електрифікації, наприклад у металургії чи важкому автотранспорті.
«У деяких секторах дуже важко декарбонізуватися — звести викиди до нуля. Є три головні напрями, де водень може бути доцільним: авіація, великий вантажний транспорт на великі відстані (на коротких та середній відстанях доцільніша електроенергія) та окремі процеси у важкій промисловості. Серед цих галузей немає енергетики, опалення в будинках чи готування, міського транспорту — побутові речі, де в нас зазвичай в Україні використовується газ\електроенергія. Там водень поки що не є доцільним по всім дослідженням», — говорить Анна Акерманн, експертка з кліматичної та енергетичної політики ГО «ЕкоДія».
У липні 2020 року Європейський союз прийняв власну Водневу стратегію. За цією стратегією Україні відводиться місце пріоритетного партнера у виробництві та експорті водню, зокрема до Німеччини.
До чого тут Україна
Для Німеччини Україна приваблива, перш за все, як експортер водню. Воднева стратегія ЄС передбачає будівництво 40 ГВт електролізерів за межами союзу, а саме у Північній Африці та Україні, пояснює Ігор Петрик, директор з розвитку ринків Wärtsilä Energy.
Німеччина зараз — це лідер у цій галузі, який збирається нарощувати темпи водневих проєктів. У Німеччині споруджується станція з виробництва водню методом електролізу, яка буде заправляти «водневі потяги». Їх там уже два та станом на кінець осені 2019 вони уже пройшли свої 100 тисяч кілометрів.
У країні також просувають ідею будівництва станцій, які будуть виробляти водень із відновлювальних джерел енергії — т.зв. зелений водень. Державна підтримка галузі планується в розмірі 9 млрд євро, а водень для цих проектів доведеться імпортувати у середньо-довгостроковій перспективі.
У серпні 2020 року Україна та Німеччина підписали заяву про започаткування спільного енергетичного партнерства. Одним з основних його пунктів є співпраця в розвитку, використанні та транспортуванні водню. Важливо: Німеччина робить акцент виключно на водні з відновлюваних джерел енергії.
Водень для енергетики може бути різним
Водень для електроенергії можна також добувати із різних джерел — залежно від цього водень називають різним «кольором». Це умовна назва, яка не використовується у законодавстві, але використовується галуззю.
Сірий водень — це водень, що отримується з викопного палива (метану, нафти, вугілля). Ці процеси продукують чимало CO₂. Станом на 2018 рік, за даними Європейської комісії, на сірий водень сьогодні припадає близько 95% водню, що виробляється у світі.
Блакитний водень — це водень, який відповідає низьковуглецевому порогу, але генерується з використанням невідновлюваних джерел енергії, таких як природний газ. Він декарбонізується за допомогою технологій вловлювання, використання та зберігання вуглецю. Однак, тут все одно використовуються вичерпні енергетичні ресурси, проти яких і виступає кліматична спільнота.
В Україні не забувають також і про «рожевий» водень з атомної енергетики. Проте для Німеччини це взагалі не підходить для імпорту — суспільство країни виступило проти використання атомної енергії загалом, а атомні станції там закривають. Однак представники української атомної енергетики все одно беруть участь у дискусіях про можливе виробництва водню з атомної енергетики в Україні.
Європейські політики та кліматична спільнота підтримують, перш за все, виробництво енергії із т.зв. зеленого водню.
«Електроенергія від сонячних та вітрових станцій, яка не знайшла збуту (тобто надлишкова), не втрачатиметься, як це відбувається зараз через диспетчерські обмеження в енергосистемі, а буде використана для електролізу води з отриманням водню та кисню», — пояснює Ігор Петрик із Wärtsilä Energy.
Зараз лише 0,1% світового спеціалізованого виробництва водню припадає на електроліз — виробляти водень з вугілля\газу дешевше.
Дороге задоволення
Енергія, витрачена на створення інфраструктури з зеленого водню, може бути в рази більшою за виграші від втілення цієї ідеї. Виробництво зеленого водню зараз дороге через високу вартість електроенергії з ВДЕ, що має застосовуватись в електролізі.
Такий процес має економічний сенс, за словами Ігоря Петрика, лише коли вартість вжитої зеленої електроенергії менша за вартість товарного кінцевого продукту — водню.
У Німеччині, наприклад, цю проблему тимчасово вирішили субсидіями виробникам зеленого водню. Паливні елементи, які переробляють водень в енергію для тих же потягів дорогі. Хоча їх зараз виробляють мало і вчені сподіваються на зниження ціни при масовому виробництві.
У світі також бракує інфраструктури для ефективного транспортування та зберігання виготовленого водню. Щільність водню менша, якщо порівняти із бензином. Для транспортування, його потрібно охолодити до -253˚C, щоб перетворити у рідину, та/або стиснути до сотень разів атмосферного тиску, щоб використовувати як стиснений газ. Наявна газова інфраструктура може інколи навіть пошкодити водень, ніж ефективно його транспортувати. У той час як в Україні деякі труби газової системи функціонують ще із 1950-х.
«Також для виробництва водню через процес електролізу потрібно буде багато води, причому очищеної. Це означає додатковий тиск на водні ресурси, який і без того буде посилюватися зі змінами клімату. Окрім того, за даними ООН, Україна вже сьогодні є однією з найменш забезпечених прісною водою європейських країн», — каже Анна Акерманн.
Глобальні проблеми, які є в ідеї водної енергетики — лише додатковий пункт для роздумів Україні. Адже це нашаровується на центральну проблему української енергетики в принципі.
Головна проблема України — немає плану дій у час кліматичної кризи
Україна відрізняється від Німеччини, Канади чи інших країн, які розробляють водневі стратегії, адже незрозуміло взагалі, як Україна трансформується через кліматичну кризу. На цьому фоні заяви міністерств про «водневий потенціал» виглядають, як хайп, аніж спроба інтегрувати нову ідею у визначений план дій.
У Канаді, наприклад, немає готових проєктів та тільки розробляють водневу стратегію, але представники держави проконсультувалися з усіма стейкхолдерами перш ніж створити документ.
Зараз у Європі припускають, що розмови про водень використовуються виключно як привід видобувати його з викопного палива та зберегти кошти для енергетичних компаній. Україна також може піти цим шляхом. У лютому 2021 уряд опублікував Звіт про обсяг СЕО для проєкту «Дорожньої карти виробництва та використання водню в Україні», а також представив проект Дорожньої карти.
«Попередній варіант стратегії передбачає підтримку та використання не тільки «зеленого» водню, але і водню, що виробляється з викопного палива (насамперед, газу) та за допомогою атомних електростанцій. При цьому, передбачається «розвиток використання водню в енергетиці для поступової заміни атомних електростанцій та вугільних теплових електростанцій».
Це не може не викликати подиву, адже щоб використовувати водень як джерело електроенергії, його спочатку треба отримати з інших джерел. Використання відновлюваної енергії, яка є джерелом дешевшої електроенергії, для виробництва водню та використання в електроенергетиці є нелогічним та економічно невигідним», — коментує Анна Акерманн.
Енергія із водню — специфічний інструмент. Водень складніше транспортувати та зберігати. Він більш вибухонебезпечний, аніж звичайний газ. Але навіть якщо енергію із ВДЕ перенаправляти для виробництва водню в електролізерах для інфраструктури на місці, зараз це все одно дуже дорого.
«За оцінками, зелений водень може стати конкурентоздатним лише за умови значного здешевлення технології електролізу, а це очікується якнайшвидше на межі 2030 року. Для отримання ефекту масштабу, потрібні гігавати встановленої потужності сонячних електростанцій (СЕС) та вітрових електростанцій (ВЕС), отже мова про мільярди євро. З існуючою моделлю ринку електроенергії залучення таких інвестицій малоймовірне.
Зараз в Україні вся електроенергія з ВДЕ коштує дуже дорого, бо оплачується за зеленим тарифом. Ця ситуація збережеться до кінця дії чинних угод (до 2030 р.). Отже, існуючі СЕС і ВЕС не зможуть брати участі у процесі виробництва водню як мінімум до 2030 р. Надія може покладатися на нові станції ВДЕ без зеленого тарифу, проте перспективи нового будівництва ВДЕ в Україні зараз дуже невизначені. Без джерел безвуглецевої електроенергії нема сенсу говорити про будівництво електролізерів, транспортної інфраструктури та й взагалі водневої енергетики», — пояснює Ігор Петрик із Wärtsilä Energy.
На водні світ не закінчується. Останній зараз працює над створенням інших відновлюваних видів палива.
За словами Петрика, передові країни та корпорації активно відпрацьовують технології виробництва та застосування синтетичних палив, таких як синтетичний метан, метанол, аміак тощо. На відміну від водню, ці види палива не потребують нової транспортної інфраструктури та можуть використовуватись існуючими електростанціями чи, наприклад, флотом.
Але залишається відкритим питання, чи має український уряд стратегічну картинку енергетичної трансформації, чи хапається за можливості «просто так».
Для пергляду та публікації увійдіть / зарееструйтесь