Содержание
- «Серый», «голубой», «зеленый»: каким бывает водород и зачем он нужен
- Мировые тенденции и почему ЕС рассчитывает на «зеленый» водород из Украины
- Каков потенциал Украины и где появятся «водородные долины»
«Серый», «голубой», «зеленый»: каким бывает водород и зачем он нужен
Водород — самый распространенный химический элемент в природе. На его долю приходится 75% массы Вселенной, а на Земле водород содержится в воде, природном газе, угле и нефти.
Водород называют чистой альтернативой метану, который составляет основу природного газа. Его рассматривают как долгосрочное решение в стратегии сокращения выбросов в наиболее углеродоемких секторах, включая производство электроэнергии, транспорт и так далее.
Главная характеристика, которая делает водород (H2) привлекательной альтернативой ископаемому топливу, — это способность «гореть» без выделения СО2. В теории им можно заменить все топливо, а имеющиеся технологии позволяют получать водород, используя только воду и электричество.
Еще одна важная характеристика — энергию в виде водорода можно хранить дольше, чем в аккумуляторах. И при необходимости она снова может быть преобразована в электричество или сожжена вместо ископаемого топлива.
Фото: водород может стать топливом будущего (Getty Images)
Для получения водорода его нужно отделить от других элементов. Основные методы — паровой риформинг метана и электролиз (расщепление воды с помощью электричества). В зависимости от способа получения конечный продукт различают условно по цветам.
Паровой риформинг как самый популярный вид производства представляет собой конверсию (соединение) метана с водяным паром. На выходе получается водород и углекислый газ как побочный продукт. Если в процессе CO2 выбрасывается в атмосферу, водород называют «серым». Если улавливается, то «голубым».
По данным Международного агентства по возобновляемой энергии (IRENA), около 98% водорода получают с помощью ископаемого топлива. Остальные 2% — с использованием источников возобновляемой энергии (ветер, солнце и вода) для расщепления молекул воды на водород и кислород в ходе электролиза. При нем не выделяется никаких парниковых газов, поэтому такой водород называют «зеленым».
Водород уже используется в качестве топлива для автомобилей. По количеству водородных заправок лидирует Китай, на втором месте Япония, далее идут Южная Корея, Германия и США. А международный почтовый оператор DHL, например, имеет парк фургонов, способных проехать на водороде 500 км без дозаправки. Кроме того, он считается топливом будущего для кораблей и авиации.
Нефтепереработка, производство аммиака, метанола и стали — основные отрасли, которые требуют значительных объемов H2. И поскольку в промышленных масштабах производится только «серый» водород, Международное энергетическое агентство (МЭА) подчеркивает важность перехода на «зеленый».
В смесях с природным газом водород можно использовать для отопления. Самый большой потенциал в многоквартирных и коммерческих зданиях, особенно в густонаселенных городах. Более долгосрочные перспективы могут включать использование в водородных котлах или топливных элементах.
Также отводят важную роль в производстве электроэнергии. В частности, водород — один из ведущих вариантов хранения возобновляемой энергии, а водород и аммиак можно использовать в газовых турбинах. Или же на электростанциях, где водородные топливные элементы вырабатывают электричество путем соединения атомов водорода и кислорода.
Мировые тенденции и почему ЕС рассчитывает на «зеленый» водород из Украины
Прямо сейчас «зеленый» водород почти не производится в мире. Но наметившиеся тенденции говорят о том, что с каждым годом его будет больше.
Согласно базе данных водородных проектов, крупнейшим производителем и потребителем является Китай. Большая часть получаемого водорода основана на ископаемом топливе, но у страны есть большие планы по масштабированию «зеленого» водорода для декарбонизации производства стали и химикатов.
Следующая в списке — Саудовская Аравия, которая строит крупнейший проект «зеленого» водорода. Совместное предприятие ACWA Power, Air Products и Neom планирует запуск до 4 ГВт солнечной и ветровой генерации, чтобы получать до 600 тонн водорода в день. Это означает производство свыше 200 килотонн в год, в то время как самый большой китайский объект имеет мощность чуть более 44 килотонн.
Следом идет Швеция, которая готовит к запуску крупный электролизный завод. Другие члены Евросоюза такие как Германия и Франция тоже входят в топ-10. Отметим, ЕС обозначил планы производить и импортировать в общей сложности 20 млн тонн «зеленого» водорода к 2030 году. А также поставил амбициозные цели по увеличению использования водорода в промышленности и транспорте.
По данным МЭА, всего в мире производится 180 килотонн водорода в год на основе электролиза. Но к 2030 году объемы могут превысить 14 000 килотонн, если в эксплуатацию введут все проекты, которые уже строятся.
На этой неделе немецкая компания EnBW объявила о выделении 1 млрд евро на строительство трубопроводов для транспортировки чистого водорода в рамках плана по созданию общенациональной сети до 2032 года.
Отметим, именно Германия стала локомотивом зеленого энергетического перехода Европейского союза. Который оказался неотложным после сокращения поставок дешевого российского газа из-за вторжения РФ в Украину.
Подробнее об этом — в материале «Зеленая энергетика. Плюсы, минусы и зачем Украине «энергетический переход».
Центральное расположение Германии делает ее подходящей для роли европейского водородного хаба. Но немецкая сеть — лишь один из элементов амбициозной стратегии по транспортировке 20 млн тонн водорода до 2030 года.
Фото: схема водородного коридора из Украины в Германию (tsoua.com)
Напрямую или косвенно с Германией будут связаны шесть коридоров, состоящих из трубопроводов, портовых терминалов, судоходных путей, производственных и складских объектов. Коридоры будут соединять спрос и предложение в разных частях Европы. И один из них — Центрально-Европейский водородный коридор — будет качать водород из Украины.
Германия непосредственно рассматривает нашу страну в качестве партнера. В марте глава немецкого водородного совета Катерина Райхе подтвердила интерес в поставках из Украины.
«Мы убеждены, что создание водородной экономики может внести важный вклад в восстановление энергетической системы Украины, а также предложить важный потенциал для Европы», — отметила она.
Отметим, еще в августе 2021 года Совет нацбезопасности и обороны поручил правительству рассмотреть возможность создание водородной магистрали в ЕС и оценить привлечение инвестиций. Спустя месяц газотранспортные операторы Украины, Германии, Чехии и Словакии представили проект Центрально-Европейского водородного коридора, а в ноябре 2023-го его поддержала Европейская Комиссия.
Каков потенциал Украины и где появятся «водородные долины»
Украина является одним из приоритетных партнеров ЕС в будущей водородной экономике. В 2021 году Министерство энергетики, «Энергоатом» и Оператор ГТС присоединились к Европейскому альянсу чистого водорода.
Конкурентные преимущества и возможности нашей страны будут отражены в водородной стратегии до 2050 года. Проект обнародовали в мае, ожидается, что стратегию примут летом.
Согласно проекту, производство водорода должно достичь 1,3 млн тонн до 2035-го и 3 млн тонн до 2050-го. По предварительным оценкам, инвестиции в реализацию электролизного потенциала 10 ГВт могут составить до 13,5 млрд долларов.
Стратегия предусматривает создание так называемых «водородных долин» на Закарпатье, возле Рени (Одесской области), также Новояворовска и Дашавы (Львовская область). Один из потенциальных проектов может разместиться в зоне отчуждения Чернобыльской АЭС.
Согласно расчетам Института возобновляемой энергетики НАН Украины, общий потенциал среднегодовой выработки возобновляемого водорода составляет 44,96 млн тонн.
В настоящее время производство водорода составляет около 360 000 тонн в год, который в основном используется для получения аммиака. И хотя это всего лишь 0,5% общего мирового спроса, с инвестициями Украина может значительно нарастить мощности.
Среди амбициозных начинаний называют проект H2U Hydrogen Valley. Который входит в состав международной инициативы Mission Innovation и внедряется компанией «Водород Украины». В его рамках создаются две «водородные долины» в Одесской и Закарпатской областях.
На первом этапе хотят построить электролизный завод на 100 МВт (с перспективой увеличения до 200 МВт) в портовом городе Рени. Энергия для электролиза будет поступать от ветровых (ВЭС) и солнечных (СЭС) электростанций, а вода — из Дуная и его притоков. Запланировано строительство солнечной и ветровых станций на 120 МВт и 80 МВт, изучается вопрос строительства водородного трубопровода.
Вторая долина находится в приграничном со Словакией районе Закарпатской области. Там на площади 120 гектаров построят электролизный завод на 1100 МВт с возможностью расширения до 1500 МВт. Проект включает установку крупной солнечной электростанции и ветровых установок. А водород будет поставляться на металлургический завод в Кошице.
Пилотный проект в Рени запустили в апреле-мае 2024 года. Сейчас основная задача — сформировать технико-экономическое обоснование для составляющих «водородных долин».
Что касается электролизного завода, рассмотрят три модели. Первая — производство «чистого» водорода, вторая — возобновляемого аммиака, третья — «зеленого» метанола, говорит директор компании Ярослав Криль. И объясняет, почему эта технология безопасна для окружающей среды.
Чтобы получить водород, нужны вода и большое количество электроэнергии. Для этого используются электролизеры, на которые будет поступать электричество от СЭС и ВЭС. На электродах вода расщепляется на молекулы водорода и кислорода — это экологически чистый метод, при котором нет никаких отходов.
«Когда мы берем водород и, например, подаем его в топливные ячейки или заправляем автомобили, работающие на водороде, то в ячейке идет обратный процесс: водород реагирует с кислородом и производится электроэнергия и образуется вода. То есть, мы с помощью энергии расщепили воду на водород и кислород, а дальше происходит цикл восстановления с получением воды и электроэнергии. И это не ископаемые топлива, которые заканчиваются, потому что солнце светит и ветер дует каждый день. Таким образом, мы не загрязняем атмосферу и не нарушаем естественный цикл, возвращая воду в оборот», — подчеркивает Криль.
По его мнению, уже через два года украинские «водородные долины» смогут дополнить перечень европейских проектов по производству «зеленого» водорода.
При подготовке материала использовались: публикации Международного энергетического агентства (МЭА), Reuters, данные британской энергетической компании National Grid, Министерства энергетики Украины, интервью директора компании «Водород Украины» Ярослава Криля для профильного портала «Украинская энергетика».
