"Зелений" водень - паливо майбутнього
23 вересня 2021 р.
Економічно розвинені країни, серед яких і Німеччина, вирішили поступово переходити до кліматично нейтральної моделі економічного розвитку. Приміром, Німеччина хоче стати кліматично нейтральною до 2045 року. Хоча досі німецький перехід на екологічніші технології в енергетиці був пов'язаний насамперед із виробництвом електроенергії з відновлювальних джерел енергії, тепер назрівають зміни й щодо інших галузей промисловості. Зрештою, в Німеччині на сектор електроенергетики припадає лише близько 20 відсотків обсягу спожитої енергії.
Попри такі амбітні плани викопне паливо й досі широко використовується в економіці, тому що отримані з відновлювальних джерел струм і тепло не можуть безпосередньо застосовуватися в багатьох галузях. Особливо це стосується транспортної галузі, тобто автівок, вантажівок, суден і літаків, а також енергомісткого промислового виробництва, як-от хімічна і сталеливарна промисловість. Опалення й обігрів осель поки що теж переважно забезпечують викопні види палива.
Тож експерти переконані, що без водню плани щодо відмови від викопних видів палива просто не реалізувати.
Джерело енергії визначає колір водню
Тому в майбутньому водень має відігравати дедалі важливішу роль поряд з подальшим розвитком відновлюваних джерел енергії. За допомогою найлегшого елемента у світі - гідрогену, або водню, який у періодичній таблиці хімічних елементів позначається латинською літерою H, можна виробляти синтетичне паливо або використовувати в елементах живлення, скажімо, для обігріву будівель чи пересування транспортних засобів. А ще він може стати накопичувачем енергії, одержаної від вітру і сонця. Крім того, водень служить одночасно сировиною і джерелом енергії для промисловості.
Читайте також: Чи готова Україна стати експортером "зеленого" водню до Німеччини?
Проблема в тому, що в природі водень у вільній формі практично не зустрічається, натомість майже виключно в сполуках, приміром, у вигляді H2O, тобто води. Але для того, щоб водень можна було використовувати як енергоносій, його необхідно перетворити на чисту форму. Для цього потрібно витратити енергію, щоб розщепити шляхом електролізу воду на складники - кисень і водень.
Нині фахівці розрізняють так званий "зелений", "сірий", "синій" або "фіолетовий" водень. Кольорова позначка змінюється залежно від способу отримання водневої сировини та джерела енергії для цього. "Блакитний" водень, наприклад, синтезується з природного газу, "сірий" - за допомогою електоенергії, вироблепної з викопного палива, зокрема природного газу або вугілля, "фіолетовий" - із застосуванням ядерної енергії. Тож тільки процес отримання "зеленого" водню, що базується на застосуванні відновлювальних джерел енергії, не призводить до викидів чи якогось іншого шкідливого впливу на довкілля.
Попит на екологічно чистий водень стрімко зросте
Тож тепер у розпалі перегони за нові енергоносії й технологічне лідерство. Багато країн вже впровадили щодо цього національні водневі стратегії. Стратегія Німеччини, ухвалена в червні 2020 року, спрямована на стимулювання виробництва водню і розвиток інфраструктури, а також на сприяння застосуванню водню в різних галузях. Таким чином, ФРН не тільки хоче просунутися в справі захисту клімату, а й одночасно переплюнути інші країни в нових, так званих сталих секторах економіки. "Наша сировина міститься не в землі, а в наших головах. Це означає, що ми маємо використовувати, впроваджувати та застосовувати в промисловості наші знання", - переконаний Карстен Леммер (Karsten Lemmer) із Німецького аерокосмічного центру (DLR).
Однак виробництва "зеленого" водню в промислових масштабах поки немає. Водень з відновлювальних джерел енергії виробляється в Німеччині тільки в дуже незначних кількостях і головно на демонстраційних або дослідницьких установках, тож він, як і раніше, приблизно втричі дорожчий за "сірий" водень, що отримують із використанням електроенергії, виробленої із застосуванням природного газу або вугілля. Нині водень, який застосовується в промисловості Німеччини, майже виключно синтезований із природного газу. Обсяги споживання такого "блакитного" водню становлять близько 55 терават-годин.
Читайте також: Чи можливо замінити газ в українській ГТС на "зелений" водень
Безсумнівним є те, що наступними роками попит на водень значно зростатиме. Питання тільки в тому, наскільки. Щодо цього різні дослідження наводять різні цифри, але закладені в них показники поки не враховують нещодавно посилені кліматичні цілі. В них, як і раніше, за основу взято 95-відсоткове скорочення викидів парникових газів у 2050 році в порівнянні з базовим 1990 роком. У такому разі в 2050 році водню знадобиться від 110 ТВт/год до приблизно 380 ТВт/год. А з урахуванням нових кліматичних цілей попит на цей відносно новий вид палива може бути ще вищим. "Саме останні п'ять відсотків, зокрема, становлять украй складне завдання", - наголошується в публікації аналітичного центру Agora Energiewende.
Самотужки Німеччині не впоратися
До 2030 року Німеччина задумала інвестувати дев'ять мільярдів євро для створення потужностей з виробництва водню в п'ять гігаватів. Це відповідає потужності кількох АЕС. В ЄС в період з 2024 по 2030 рік потужності електролізу для виробництва водню повинні збільшитися вшестеро до 40 гігаватів.
Але навіть усіх цих зусиль Німеччини буде замало. Внутрішнє виробництво зеленого водню зможе покрити лише третину попиту в 2045 році, прогнозує Фонд кліматичної нейтральності. "Тож нам потрібно паралельно готуватися до імпорту "зеленого" водню", - сказала Вероніка Грімм (Veronika Grimm) в інтерв'ю DW. Вона є членкинею Ради економічних експертів, що консультує уряд ФРН.
Читайте також: Німецька преса: Водень як альтернатива транзиту російського газу через Україну
Такі спільні проєкти вже розпочато з Марокко, Чилі та Австралією, каже Грімм. Також у галузі видобутку водню Німеччина планує співпрацю з країнами ЄС. "Крім того, країни-експортери нафти, зокрема, бачать у водні перспективний вид палива. Переважно вони розташовані в регіонах, де є значний потенціал для використання сонячної енергії", - зазначає Леммер з DLR. Цього року Німеччина підписала меморандум про взаєморозуміння щодо співпраці в цій галузі з Саудівською Аравією.
Торік з Марокко, де розташована одна з найбільших у світі сонячних електростанцій, вже було підписано меморандум про взаєморозуміння з розробки та виробництва "зеленого" водню.
Утім, дехто з екологів вважає морально хибним шляхом імпортувати водень з бідніших країн, щоби просто утримати високий рівень життя в Німеччині. Натомість вони наполягають на тому, що Німеччині потрібно самотужки забезпечити більшу енергоефективність і менше споживання сировини. Крім того, для виробництва водню необхідно не тільки багато сонячного світла, але й води, вказують екологи.
Потрібна правильна політика
Вероніка Грімм каже, що для швидкого створення водневої економіки може знадобитися прагматичний підхід у вигляді перехідного періоду. Вона виступає за те, щоб у перехідний період дозволити використання водню різних кольорів і переходити на "зелений" водень тільки тоді, коли він стане широко доступний.
Нині "зелений" водень економічно нерентабельний. "Зелений" водень сьогодні в Західній Європі приблизно втричі дорожчий за сірий водень", - говорить Леммер з DLR. Це потрібно змінити. Всі нові технології на початковому етапі обходяться дорожче, ніж після їхнього впровадження. Тут держава може створити такі рамкові умови, щоб екологічні переваги компенсували економічні недоліки, тобто вищі витрати, пояснює Леммер.
За даними аналітичної компанії Aurora Energy Research, вартість потужностей з виробництва "зеленого" водню швидко знизиться. Це зробить ціни на електроенергію основним фактором витрат у майбутньому. "Щоб зробити "зелений" водень конкурентоспроможним, уряди можуть підтримати розширення використання відновлювальних джерел енергії й звільнити операторів електролізних потужностей від сплати мережевих зборів і податків", - каже Анізе Ґанбольд (Anise Ganbold) з Aurora Energy Research.
Економіст Грімм пропонує звільнити операторів електролізних комплексів від сплати певних податків і зборів, зокрема наявної нині в Німеччині надбавки до звичайного тарифу на електроенергію для фінансування розширення використання відновлювальних джерел енергії. Це збільшує ціну на електроенергію.
Експертка природоохоронної організації Bund für Umwelt und Naturschutz (BUND) Верена Ґрайхен (Verena Graichen) вважає, що найважливішим моментом є жорстка кліматична політика. "Водень вийде на ринок тільки в тому разі, якщо буде впевненість у наявності попиту і доцільності конверсії", - пояснює вона.