Энергия из воды. Что такое "зеленый" водород и как его хотят производить в Украине

На фоне европейского энергетического перехода Украина видит себя одним из крупнейших экспортеров "зеленого" водорода. Но для реализации задуманного потребуются серьезные инвестиции, пишет Данила Крамаренко, РБК-Украина.

Подробнее о водородной энергетике, что такое "зеленый" водород, зачем он нужен, а также об украинском потенциале в этой сфере, - в материале РБК-Украина.

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".

Срочные и важные сообщения о войне России против Украины читайте на канале РБК-Украина в Telegram.