Попри те, що водневий двигун було винайдено в середині XIX століття, ще ніколи водень не користувався такою популярністю, як зараз. Кліматична криза й тиск кліматичних рухів по всьому світу змушують уряди шукати альтернативи викопним паливам, спалювання яких спричиняють 73 % викидів парникових газів у атмосферу. Однією з таких альтернатив може стати водень, який може вироблятися з різних джерел.
Представники промисловості та урядів покладають великі надії на давно відомі водневі технології та обіцяють, що цього разу водень революціонізує енергетику і стане ключовою технологією на шляху до декарбонізації держав. Цього року на кліматичних переговорах було підписано Кліматичний пакт Глазго, який зобов’язав держави переглянути свої кліматичні цілі вже наступного року, поступово обмежувати використання вугілля та скорочувати викиди метану. Попри те, що переговори зрушили з місця й на них ухвалили низку позитивних рішень, цього, очевидно, недостатньо для протистояння кліматичній кризі.
Кліматичний саміт у Глазго
Водень популярний серед промисловців, бо вони зацікавлені у продовженні використання викопних палив. Вони пропонують використовувати водень, вироблений за допомогою газу та вугілля, як ефективне рішення для використання наявної інфраструктури. Це значно дешевше, ніж виробляти його з відновлюваних джерел енергії (ВДЕ), адже електролізери, необхідні для цього процесу, занадто дорогі. Тож водень також часто пов’язують із нафтогазовим лобі.
У цій статті ми подивимося на тенденції розвитку виробництва водню та його особливості як енергоносія. Ми врахуємо досвід інших держав та спробуємо зрозуміти, яке місце відводиться Україні у розбудові світового водневого ринку. Зрештою, спробуємо відповісти на питання, чи вдасться таким чином вирішити виклики кліматичної кризи.
Тенденції розвитку водневого виробництва
На початок 2021 року понад 30 країн прийняли «дорожні карти» водневої енергетики. Водночас уряди пообіцяли 70 млрд доларів державного фінансування. Промисловість оголосила про більш ніж 200 водневих проєктів і амбітні інвестиційні плани. Стратегії відрізняються насамперед у питанні виробництва водню: одні країни надають перевагу відновлюваній електроенергії (Німеччина, Португалія, Іспанія), інші — не конкретизують її походження (стратегія Франції згадує відновлювану та низьковуглецеву електроенергії, до останньої належить і атомна).
Виробництво водню спричиняє кожного року викиди вуглецю, які відповідають сукупним викидам Великої Британії та Індонезії. І не дивно, адже зараз він на 95 % виробляється з викопних палив. Водень потрібен здебільшого в промисловості, насамперед для синтезу аміаку, виробництва метанолу та в нафтопереробній промисловості. Його використовують і в транспортному секторі, але його конкурентоспроможність залежить від собівартості паливних елементів і водневих заправних станцій. З іншого боку, вантажний транспорт і авіація мають обмежені низьковуглецеві альтернативи, тому ця речовина могла б сприяти декарбонізації цих секторів.
Водень також можливо застосовувати для опалення будинків та забезпечення гарячого водопостачання, але в цьому секторі є ефективніші альтернативи на кшталт теплових насосів — усе ще дорогої технології. А проєкти з використанням водню для опалення будівель передбачають поки домішування водню до природного газу. Зрештою, про водень говорять також у галузі енергетики — для накопичення енергії та балансування енергосистеми. Поки що ці технології є менш ефективними порівняно з акумуляторними батареями.
Котельня дому з тепловим насосом
Кліматичні організації наполягають на використанні зеленого водню з надлишкової електроенергії з ВДЕ через його невисоку ефективність. Ставки мають робитися не на водень, який можуть виробляти з викопних палив і видавати за стійку альтернативу, а на розбудову заходів енергоефективності та відновлювану енергетику.
Як виробляється водень?
Водень — найпоширеніший елемент на Землі та в космосі, але в чистому вигляді його в природі майже немає. Тож його необхідно отримувати з інших сполук через хімічні реакції. Водень розглядають як «чисту» альтернативу, бо продуктом його згоряння є звичайна вода. Однак не будь-який водень екологічно чистий. У промисловості є різні позначення для його типів залежно від способу отримання й джерела енергії для цього.
Сірий водень виробляється з природного газу в процесі парового риформінгу метану (SMR), за якого природний газ нагрівається парою. Газ реагує з парою утворенням водню, окису вуглецю й незначної кількості вуглекислого газу.
Коричневим називають водень, який отримують з нафти й вугілля. Зрозуміло, що такі шляхи його отримання суперечать сценаріям масштабної декарбонізації економіки.
Блакитний водень відповідає низьковуглецевому порогу, але отримується з природного газу, який декарбонізується шляхом технологій вловлювання, використання та зберігання вуглецю. Вони дуже дорогі й ще не застосовуються у великих масштабах. Цей тип водню лобіюється промисловістю як низьковуглецева альтернатива, але він водночас передбачає використання вичерпних ресурсів і робить ставку на нульову суму викидів, у якому викиди хоч і компенсуються, але не зменшуються.
Зрештою, ключовим для декарбонізації є низьковуглецевий зелений водень, який отримується з відновлюваних джерел енергії через електроліз води. Хоч він і є сталим рішенням у довгостроковій перспективі, існують і недоліки, пов’язані з ним. По-перше, висока поки що вартість електролізерів. По-друге, велика кількість очищеної води, для якої необхідно ще більше недешевої відновлюваної електроенергії. До того ж Україна вже належить до європейських країн із обмеженим доступом до питної води, і ця проблема буде загострюватися в умовах зміни клімату. По-третє, втрати значної кількості виробленої енергії, які можуть сягати 50 %. По-четверте, складності транспортування водню, який для цього необхідно перетворювати в рідину або стиснений газ.
Якою є воднева політика в Європейському Союзі?
ЄС має на меті стати лідером на ринку водневих технологій, використовувати водень для зменшення викидів у секторах економіки, які складно декарбонізувати, та створити в цій сфері до 1 млн робочих місць. Очікується, що інвестиції ЄС у зелений водень сягатимуть від 180 до 470 млрд євро до 2050 року. Після надання ключової ролі водню в Європейському зеленому курсі у липні 2020 року в ЄС ухвалили окрему Водневу стратегію.
Водень відповідає за 2 % загальноєвропейського споживання енергії та використовується насамперед у виробництві хімічної продукції. Але 96 % цього водню виробляється за допомогою природного газу, який спричиняє значні викиди. ЄС планує встановити щонайменше 6 ГВт електролізерів у ЄС до 2024 року, які б виробляли до 1 млн тонн «відновлювального» водню. Впродовж 2025–2030 років планується будівництво 40 ГВт електролізерів для виробництва 10 млн тонн «зеленого» водню в ЄС. З початку 2030 року «зелений» водень планується виробляти у великих масштабах для застосування в усіх секторах економіки, в яких важко звести викиди до нуля.
Важливим напрямом Стратегії було визначено співробітництво із сусідніми країнами та регіонами ЄС для створення глобального водневого ринку. Зокрема, у галузі виробництва «зеленого» водню Україні, як пріоритетному партнеру, відводиться особлива роль. Європейський Союз розраховує, що в нашій країні буде побудовано потужності до 10 ГВт електролізерів для виробництва «зеленого» водню до 2030 року. У 2020 році було підписано Енергетичне партнерство між Україною та Німеччиною про співробітництво у сфері водню. Україна може претендувати на частину з 2,8 млрд євро, які Німеччина запланувала на водневі проєкти за кордоном. Очевидно лише те, що цих інвестицій буде недостатньо для розбудови водневих технологій та інфраструктури, зокрема, для експорту водню. Зате українська влада готується до примарних «водневих війн» із Кремлем, а не до просування порядку денного декарбонізації в Україні, необхідного для розвитку конкурентоспроможної економіки.
Якою є воднева політика в Україні?
Україна має безпосередні зобов’язання в енергетиці відповідно до Угоди про асоціацію з ЄС та членства в Енергетичному співтоваристві. Крім лібералізації енергетичних ринків, на які українська влада робить ставку на шляху до кліматичної нейтральності, є й зобов’язання розбудовувати відновлювану енергетику, впроваджувати заходи енергоефективності та скорочувати викиди парникових газів. Україна також формально приєдналася до Європейського зеленого курсу, який розглядає водень як ключовий інструмент для досягнення нульового балансу викидів до 2050 року.
В Україні в контексті водню лунають тези не тільки про «чистий» носій енергії і можливості європейської інтеграції. Згадується й геополітика. У вересні 2021 року російська газовидобувна і -розподільна монополія «Газпром» закінчила будівництво газопроводу «Північний Потік-2», який зараз очікує на запуск. Німеччина та інші партнери обіцяють використати політичний вплив для продовження договору про транзит російського газу через Україну, який спливає 2024 року, на наступні 10 років. Попри це, європейські партнери розуміють проблематичність газового транзиту через Україну. Деякі з них закликають переобладнати українську газотранспорту систему (ГТС) під водень для експорту в ЄС.
З одного боку, експорт зеленого водню своєю ГТС до ЄС — перспективна кооперація. Однак неможливо просто замінити газ на водень у трубах через швидку корозію металу. Роз’їдені воднем газові труби низького тиску — питання кількох годин, а труб високого тиску — кількох місяців. Обшивка труби зсередини всієї ГТС, яка простягається у більше ніж тридцять тисяч кілометрів, коштуватиме мільярди доларів — значні суми для кволої української економіки. З іншого боку, експорт водню можливий газотранспортною системою без змін, але з домішуванням водню до природного газу. До 20 % водню можна транспортувати разом із природним газом.
Слідом за ЄС в Україні планується ухвалити свою Водневу стратегію до кінця 2021 року. Робоча група з підготовки проєкту Стратегії розвитку водневої енергетики в Україні на період до 2030 року наголошує на необхідності зайняти конкурентоспроможну позицію на водневому ринку — розрахувати можливості для максимізації масштабів виробництва водню і найвигіднішу географію розміщення потужностей.
Міністерство енергетики розробило декілька важливих документів, але центральним поки є проєкт Дорожньої карти з виробництва та використання водню в Україні. Якщо коротко підсумувати напрямки водневої політики в Україні, то вона не закінчується виробництвом зеленого водню. Розглядається отримання водню з природного газу та за допомогою технологій атомної енергетики. Виробництво з природного газу пропонують компенсувати технологіями з уловлювання та зберігання вуглецю.
Що не так із воднем в Україні?
Потреба в «зеленому» водні буде зростати в Україні. Сталеливарна промисловість — одна з ключових експортних галузей, яка відповідає за майже чверть загального експорту України. Водночас це вуглецемістка галузь, яку складно декарбонізувати. Водень розглядається як реалістична альтернатива для вуглецевомістких секторів. Крім того, ЄС планує ввести механізм прикордонного коригування вуглецевого сліду (CBAM — Carbon border adjustment mechanism). Його ідея полягає в тому, щоб стягувати мито на імпорт товарів із країн, де відсутні або діють менш жорсткі правила на викиди, для захисту європейських виробників, які сплачують ціну на викиди в рамках Європейської системи торгівлі квотами на викиди або національних систем оподаткування викидів. Він буде поширюватися передусім на тих, хто експортує сталь, алюміній, цемент, добрива та іншу продукцію вуглецевомістких галузей. Українська промисловість дуже вуглецевомістка, тож якщо вона не модернізується, то буде змушена доплачувати ціну на викиди вуглецю. Тому пріоритетною має бути декарбонізація вітчизняної промисловості, зокрема перспективи виробництва та застосування водню для вуглецевомістких секторів.
Маріупольський металургійний комбінат імені Ілліча. Фото: Сергій Коровайний
Щоб виробляти зелений водень, потрібні великі запаси відновлюваної електроенергії. Станом на перший квартал 2021 року частка виробництва електроенергії з відновлюваних джерел енергії становила разом із великими гідроелектростанціями 11,4 %. Ці потужності, ймовірно, будуть зростати, що з кліматичного погляду є необхідністю. Однак постійне накопичення заборгованості перед виробниками відновлюваної енергетики все ж становить загрозу для подальшого розвитку сектору ВДЕ. Водночас виробництво водню найдоцільніше, якщо він виробляється з додаткової електроенергії з ВДЕ. Густонаселений Євросоюз насамперед зацікавлений в Україні як експортері водню внаслідок великих незадіяних просторів на півдні України, де вигідно виробляти електроенергію з вітру й сонця. Водночас ЄС зацікавлений не тільки в імпорті зеленого водню, а також і електроенергії з ВДЕ.
Зрештою, попри те, що є внутрішня потреба у водні для декарбонізації вуглецевомістких галузей, поки що влада орієнтується суто на експорт водню для потреб ЄС. Розмови про зелений водень багатообіцяючі, але й тут у пріоритеті Європейський Союз. Треба враховувати, що ЄС відстоює свої інтереси як у питанні розбудови ВДЕ, так і водневих потужностей в Україні. Натомість для української влади декарбонізація своєї країни, очевидно, не є пріоритетом. У питаннях використання водню всередині країни влада вже не наполягає на зеленому водні, а відкрита й до інших альтернатив — водню з природного газу та технологій атомної енергетики. Решту викидів планується компенсувати за допомогою дорогих технологій уловлювання й зберігання вуглецю — іншого відомого рішення, що просувається нафтогазовим лобі. У ситуації, де ЄС відкрито говорить про стратегічний інтерес у ресурсах України для декарбонізації своєї економіки, прослідковується динаміка нерівного партнерства. Зрештою, водень навряд чи врятує світ від кліматичної кризи, а Україну — від економічної залежності.
