Водень — найбільш поширений в природі елемент, найлегший газ, джерело енергії зірок. Людство поки що не приборкало термоядерну реакцію, але вже готується до водневої революції. Адже виробляти енергію можна просто спалюючи водень — як природний газ.

Очікується, що до 2050 року ми будемо отримувати 15% потрібної енергії за допомогою водню. Це допоможе переходу до безвуглецевої економіки, адже спалювання цього газу не призводить до викидів оксидів вуглецю. Сучасні технології дозволяють виробляти водень з води, а вона є майже скрізь. Енергія з водню допоможе знизити залежність від постачальників викопних енергоресурсів. Але його виробництво водню потребує багато електроенергії. З іншого боку, його можна накопичувати і спалювати коли потрібно. Люди давно використовують водень, але зараз дійшли до технологічного рубежу, коли його роль в економіці може суттєво зрости.

Водень вже використовують як паливо і сировину в хімічній промисловості 

Технології використання чи виробництва водню не є чимось новим. Його унікальні властивості стали знахідкою для виробників космічних систем, хіміків. Наразі основні споживачі водню — нафтопереробна галузь, виробники мінеральних добрив (аміаку) і метанолу, металурги.

В 2019 році світовий попит на водень склав близько 600 мільярдів кубічних метрів.

Реакція водня з киснєм штовхає Спейс Шатл в космос. Три головних двигуни видають еквівалент 37 мільйонів кінських сил потужності.

Водень — ефективний і екологічний вид палива…

В результаті спалювання водню утворюється лише вода. Це робить його споживання абсолютно екологічним, на відміну від природного газу чи вугілля. Частковий перехід на споживання в енергетиці не потребує величезних витрат — наявна газотранспортна  інфраструктура вже спроможна працювати з сумішшю, що містить до 20% цього елементу. Бізнес і побутові споживачі зможуть замінити воднем до 30% природного газу, що споживається. Це призведе до зменшення викидів оксидів вуглецю на 18%.

 

Інший напрямок використання водню — паливо для транспорту. Вже виготовляються паливні елементи в яких відбувається реакція водню і кисню, а електроенергія, що виробляється, живить електродвигун. Ефективність такої системи досягає 65%, на відміну від ДВС, який перетворює в рух лише 25% енергії палива. Кілограма водню достатньо для того, щоб воднево-електричний автомобіль подолав 100-120 кілометрів

… але зараз його виробництво супроводжується великими витратами енергії і викидами шкідливих речовин

Зараз 98% водню виробляється з природного газу і лише 2% — електролізом води. Тобто майже все виробництво здійснюється за технологіями, що призводять до викидів в атмосферу вуглекислого газу, а інколи й інших шкідливих речовин. 

В залежності від екологічності технології виробництва водень поділяють на 6 сортів-кольорів

Зелений водень. Технологія виробництва — електроліз, розкладання води з використанням енергії ВДЕ

Жовтий — електроліз, електроенергія подається з АЕС. 

Бірюзовий — піроліз, розкладання метану. Крім водню утворюється твердий вуглець, що може бути використаний в промисловості. Вуглекислий газ не є продуктом реакції.

Сірий — конверсія метану. Виробництво супроводжується викидами вуглекислого газу.

Блакитний — конверсія метану. Вуглекислий газ не викидається, а направляється до сховища.

Бурий — газифікація бурого вугілля. Брудне виробництво — в процесі утворюються вуглекислий і чадний газ.

Зараз головна мета багатьох країн — декарбонізація економіки, тож найбільш нас цікавить зелений, жовтий і блакитний водень. 

Виробництво зеленого водню вимагає в 4-5 разів більше енергії, ніж блакитного

Електроліз води — енерговитратна технологія і якщо витрачати на неї електроенергію, вироблену за допомогою спалювання викопного палива, весь екологічний ефект зійде нанівець. Тож деякі країни почали “водневу трансформацію” з блакитного водню.

Наразі Північна Америка є локомотивом блакитно-водневої економіки, але схоже, що невдовзі лідером стане Європа. 

Водночас останні дослідження доводять, що виробництво блакитного водню може нести більшу екологічну загрозу, ніж спалювання природного газу чи вугілля, а також  потребує використання метану і будівництва споруд, де буде зберігатися вуглекислий газ. Скоріш за все це буде проміжною технологією, яка дозволить випробувати водневу економіку “в дії” без грандіозних витрат енергії. Тож скорочуємо наш список водневих кольорів до зеленого і жовтого.

Ціна на електроенергію перший виклик, що постав перед безвуглецевим воднем…

Технологія виробництва жовтого і зеленого водню схожі — вода розкладається за допомогою електроенергії. Енергії треба багато і вона має бути дешевою. Цю проблему мають вирішити нові потужності ВДЕ і атомних електростанцій.

…дешеві ефективні електролізери другий 

Реакція розкладання води відбувається в електролізері. Пристрої мають бути одночасно потужними, дешевими і вироблятися в промисловому масштабі. Зараз цього ще немає. Але технології покращуються і очікується, що найближчим часом вартість електролізерів зменшиться на 40%, а згодом — на 80%. 

Виробництво водню не є загрозою для водних ресурсів

Для виробництва кілограму водню потрібно близько 20 кілограмів води. За сценарієм IRENA, виробництво 160 мільйонів тонн водню в 2050 році буде вимагати 0,08% поточного споживання води або 3 мільярди кубічних метрів. Для порівняння — лише американські теплові електростанції в 2030 році витратять близько 5,8 мільярда кубометрів. Водночас електрогенерація, що працюватиме на водні,  і паливні елементи транспорту можуть стати джерелом ультра чистої води, а станції підготовки для водневих підприємств можуть постачати якісний ресурс населенню і іншим споживачам.

Ми не будемо жити серед полів електролізерів

Виробництво зеленого водню компактне — для того, щоб встановити 1000 ГВт електролізерів (що дозволить забезпечити теперішнє світове споживання і виключити з виробничих процесів викопне паливо) достатньо площі розміром з Манхеттен.

Україна має величезний потенціал розвитку водневої економіки 

Для зеленого водню маємо один з найбільших потенціалів використання енергії вітру в Європі. Для жовтого — потужні атомні електростанції. Для блакитного — українські газові сховища, які можуть вмістити 31 мільярд кубометрів оксидів вуглецю. Газотранспортну систему можна модернізувати для транспортування водню або його суміші з природним газом. Реалізація цього потенціалу потребує величезних коштів і якісної стратегії, яка вже розробляється в Україні за сприяння Світового Банку.   

Подивіться цікаве відео про водень як джерело енергії від The Economist

 

Baker Tilly стала партнером свіжого видання інфографічного дослідження про енергетику України, один з розділів якого присвячений відновлюваним джерелам енергії. Завантажити його можна клікнувши по банеру нижче. 

Автор дослідження – контент-маркетингова агенція Top Lead. Партнери – CMS Cameron McKenna Nabarro Olswang  – Ukraine  та Baker Tilly in Ukraine. Інформаційний партнер – Business Views