Досить символічно, що водень використають під час Олімпіади саме в Японії. Країна є однією з передових у світі за рівнем розвитку водневих технологій. Минулого року в префектурі Фукусіма запустили одну з найбільших у світі воднево-енергетичну експериментальну станцію для виробництва водню.
Японський автогігант Toyota планує не лише випускати серійні водневі авто, а й продавати технологію іншим компаніям. А минулого року Японія та Австралія запустили один із перших у світі проєктів щодо виробництва і транспортування скрапленого водню морським шляхом.
Японські компанії готові співпрацювати з Україною в питаннях технологій виробництва і транспортування водню. Таке майбутнє насправді ближче, ніж здається на перший погляд.
Японські технології
Минулого року в Японії побудували морський термінал для завантаження і розвантаження зрідженого водню, який доставлятимуть з Австралії. Це спільний проєкт австралійського та японського урядів із залученням приватних компаній.
Для транспортування водень перетворюють у зріджений стан та використовують спеціальні кораблі і контейнери. Так, пілотний корабель, який запустили у 2019 році, може перевозити 1 250 кубометрів зрідженого водню.
“Зріджений водень дуже компактний, він займає у 800 разів менший об’єм, ніж водень у газоподібному стані. Такий водень має температуру -253℃ та ідеально підходить для використання у паливних комірках двигунів без застосування додаткових технологій випаровування”, – розповів під час Першої щорічної міжнародної конференції “Розвиток водневих технологій в Україні та у світі” менеджер центру розробки водневих проєктів японської компанії Kawasaki Рьо Тісіро.
Щоправда, більшу частину водню поки що виготовляють з вугілля, застосовуючи технології вловлювання вуглекислого газу. Для того, щоб водень і справді був екологічним енергоресурсом, його потрібно виготовляти методом електролізу із застосуванням відновлювальних джерел енергії.
Найголовніша проблема на цьому шляху – для побудови великих потужностей відновлювальної енергетики потрібні накопичувальні системи або високоманеврені електростанції для балансування енергосистеми.
Розробляє такі системи інша японська компанія – Toshiba. Вона виготовляє електростанції різної потужності – від кількох кіловат до кількасот мегават, які використовують водень як паливо для генерації електроенергії.
“Ми отримуємо енергію з відновлювальних джерел, перетворюємо її на водень, а згодом спалюємо його у когенераційних установках, щоб зробити енергію з відновлювальних джерел стабільною”, – пояснив під час Першої щорічної міжнародної конференції “Розвиток водневих технологій в Україні та у світі” представник Toshiba Energy Systems & Solutions Corporation Шоей Мацуда.
За його словами, один з найбільш ефективних проєктів щодо перетворення сонячної енергії на водень розташований у Фукусімі.
Окрім стаціонарних систем генерації водню, компанія створює модулі з високим рівнем мобільності, що забезпечують до 200 кВт потужності. Цього достатньо для встановлення такого модуля як джерела енергії, наприклад, на судні. Життєвий цикл роботи установки становить близько десяти років.
“Ми тестували такі установки на кораблях у 2016-2018 роках і визначили, що їх можна використовувати. Наші пристрої уже встановлені на кількох суднах”, – розповів представник Toshiba.
Ще одна розробка компанії – паливні комірки високої потужності для кораблів. Пілотний проєкт розробив консорціум, до якого входять компанії Toshiba, Kawasaki та інші.
Будувати судно нового типу почали у 2020 році і планують завершити у 2024 році.
Світові технології та українські реалії
Відповідно до “Ініціативи зеленого водню для європейського зеленого курсу 2×40 ГВт”, ЄС розраховує, що в Україні може бути створено 10 ГВт потужностей з виробництва “зеленого” водню.
Це дозволяє залучити в розвиток галузі до 20 млрд євро. 75% палива будуть експортуватися до Європейського Союзу, решта використовуватиметься для потреб України.
Як зазначив заступник міністра енергетики з питань європейської інтеграції Ярослав Демченков, до Європейського альянсу чистого водню приєдналися понад двадцять українських компаній.
Серед них – енергетичні гіганти НАЕК “Енергоатом”, “Оператор ГТС України”, “Регіональна газова компанія”. Це свідчить про масштаби інвестицій та великий потенціал нового виду палива.
Щоб виконати цей план, потрібно об’єднати три фактори: можливість побудови об’єктів відновлювальної енергетики, наявність водних ресурсів, які можуть бути використані без шкоди для навколишнього середовища і, найголовніше, – можливість експорту продукції.
Україна має значний потенціал сонячної енергії. Найбільш сприятливим регіоном для генерації водню з відновлювальних джерел енергії є південь країни, де рівень інсоляції найвищий. І не лише через це.
Близькість до моря відкриває потенціал вітроенергетики та багато можливостей для транспортування водню до ЄС. У пригоді можуть стати досвід і технології японських компаній щодо транспортування зрідженого водню морем.
Недавно під час офіційного візиту до Катару президент Володимир Зеленський обговорював з еміром Катару перспективи будівництва LNG-терміналу в Україні із залученням катарських інвесторів. Цю тему порушували не лише при Зеленському.
Якщо такий проєкт буде реалізований, то термінал можна буде використовувати і для транспортування скрапленого водню та його сумішей.
Не менш перспективний варіант транспортування водню до ЄС трубопровідним транспортом.
Недавно в інтерв’ю німецькій газеті Handelsblatt прем’єр-міністр Денис Шмигаль заявив, що уряд України має намір модернізувати магістральний нафтопровід “Дружба” та використовувати його для транспортування водню.
Крім того, для транспортування водню можна використати українську газотранспортну інфраструктуру.
“Українська ГТС розглядає можливості транспортування водню в країни ЄС. Українсько-словацький газовий коридор може стати найефективнішим газовим маршрутом Європи”, – заявила керівниця напряму з міжнародної діяльності та роботи з державними органами “Оператора ГТС України” Ольга Бєлькова під час виступу на онлайн-панелі Словацько-українського дискусійного форуму.
Однак використання системи газопроводів для перекачування водню потребує масштабної модернізації, тому Міненерго розглядає три сценарії транспортування водню з України до ЄС.
У короткостроковій перспективі передбачається, що водень буде транспортуватися в невеликих кількостях у газоподібному стані в цистернах за допомогою вантажних автомобілів.
У середньостроковій перспективі водень може транспортуватися в зрідженому стані вантажівками та залізничною інфраструктурою.
У довгострокових планах – використання інфраструктури газопроводів для транспортування ситетичного газу у великих кількостях та на експорт.
У планах на наступні п’ять-десять років – використання регіональної інфраструктури газопроводів для транспортування синтетичних газів (водень, біометан) та їх сумішей з природним газом для споживачів в Україні.
На цьому напрямку є багато питань. Їх досліджують українські вчені та фахівці газорозподілу в рамках водневого проєкту “Регіональної газової компанії”.
Ще один альтернативний спосіб транспортування водню до ЄС – річковий транспорт.
За словами президента енергетичної асоціації “Українська воднева рада” Олександра Рєпкіна, у південних регіонах України можна використовувати потенціал Дунаю.
Річка може бути не лише джерелом прісної води, а й логістичним маршрутом для транспортування “зеленого” водню щонайменше до п’яти країн Європи.
В Україні є кілька пілотних проєктів з виготовлення, використання і транспортування водню.
Один з них – проєкт із створення в Одеській області енергетичного кластера, орієнтованого на виробництво електроенергії з відновлюваних джерел енергії, виробництво “зеленого” водню та його експорт до країн Європейського Союзу.
Йдеться про будівництво електролізної станції потужністю 3 тис МВт та сонячної електростанції потужністю 5 тис МВт.
У Рівненській області планують побудувати вітропарк потужністю 72 МВт для виробництва екологічно чистого водню. Його продаватимуть заводу “Рівнеазот” для виробництва аміаку. Наразі проєкт перебуває на стадії девелопменту та техніко-економічного обґрунтування.
Якщо в Україні буде масове виробництво водню, то з’явиться і внутрішнє споживання. Насамперед водень використовуватимуть як альтернативу природному газу.
Це пов’язано з тим, що мережа функціонує як єдина система, у якій змішуються газ власного видобутку та імпортований газ.
Масштабні дослідження можливостей транспортування водню та його сумішей в мережах і використання нового палива в побуті понад рік проводить “Регіональна газова компанія”. Наразі це єдиний водневий проєкт в Україні на стадії реалізації.
Перші результати досліджень свідчать, що окремі ділянки мереж після ретельного обстеження можна використовувати для транспортування суміші з вмістом водню не більше 30%.
Зараз компанія проводить вогневі дослідження. У рамках експерименту використовуються понад 30 старих газових плит, котлів, колонок та нагрівачів українського виробництва, щоб виявити, чи можна спалювати суміші на такому обладнанні.
У ході вогневих досліджень концентрація водню покроково підвищується з 5% до 10%, 20%, 30% і 50%.
Подібний експеримент – HyDeploy – недавно успішно завершився у Великобританії. Студенти Кілського університету півтора року успішно використовували газоводневу суміш для побутових потреб. Зараз планується масштабувати експеримент на селище, де розташоване студентське містечко.
РГК теж готується до більш масштабного пілотного проєкту. Експеримент відбуватиметься протягом 2023-2025 років на двох ділянках мережі в приватному секторі із залученням 50-100 споживачів. Найімовірніше, це будуть два невеликі села.
“Ми створюємо проєкт, подібний до HyDeploy, де залучено близько 10 тисяч споживачів. Цей проєкт працює в тестовому режимі, але вже вийшов за межі експерименту. Це вже частина газорозподільної мережі з воднем”, – каже директор департаменту стратегічного планування РГК Станіслав Казда.
Однак наразі, крім специфічних проблем, які стосуються фізичних властивостей водню та його взаємодії з різними видами матеріалів мереж, є дві проблеми загальнодержавного рівня.
Перша – відсутність законодавства, яке б регулювало використання водню для потреб населення.
Друга – неефективність планування газопроводів, які перебувають у державній власності, а отже, постачальникам їх не можна реконструювати.
Майже всі розподільні мережі в Україні будувалися в радянські часи і були спроєктовані на значно більший обсяг споживання газу. З того часу обсяги скоротилися більш ніж утричі. Відповідно, відсоток втрат залишився пропорційним до масштабів мережі, а на практиці – утричі вищим.
За таких умов потрібен редизайн мережі: скорочення кількості газорозподільних станцій і зменшення кількості обладнання. За оцінками Центру Разумкова, для редизайну газорозподільної мережі країни необхідно близько 2 млрд дол інвестицій.
Усі ці проєкти і наукові дослідження свідчать про незворотність переходу до водневої економіки.
Багато країн Європи вже мають водневі стратегії або оголосили про початок їх розробки. Третім за обсягом виробником водню в Європі та п’ятим у світі є Польща.
Про розробку національної дорожньої карти водневої енергетики оголосила Болгарія. У Словаччині створили центр водневих технологій. Хорватія готує національну програму розвитку ринку водню.