• USD 27.9
  • EUR 33.3
  • GBP 38.4
Спецпроєкти

Водень замість вуглецю. Як змінить світ новий глобальний фетиш — декарбонізація

2021 р. — стартовий рік третього десятиліття XXI ст. І вже зараз можна стверджувати, що головним всесвітнім трендом цього десятиліття буде перехід на "зелений" водень

Depositphotos
Реклама на dsnews.ua

Промисловість, житло, транспорт, взагалі все, що до цих пір працювало на вугіллі і вуглеводнях (природному газі, нафті, нафтопродуктах), будуть переходити на "зелений" водень — заради того, щоб знизити викиди вуглекислого газу і зупинити глобальне потепління.

У результаті зміниться увесь світ. Але перш ніж говорити про зміни для споживачів, пояснимо, як буде налагоджено виробництво нового палива.

Як виробляють "зелений" водень

Водень — чудове паливо за своїми енергетичними характеристиками. І абсолютно нешкідливе з точки зору екології. На відміну від вуглеводнів, які при згорянні дають вуглекислий газ і всякі отруйні речовини, водень при згорянні дає тільки водяну пару.

Однак світ, як відомо, недосконалий. Земля створила для нас родовища нафти і природного газу, а водню — ні. Найближче до нас сховище цього газу — атмосфера Юпітера, яка, напевно, ще не скоро піддасться промисловому освоєнню.

Тому доводиться створювати водень штучно. "Зеленим" називається такий водень, який подобається екологам: при його виробництві жодним чином не використовуються вуглеводні. Він виготовляється з води шляхом електролізу, тобто розщеплення її на водень і кисень при проходженні через неї електричного струму. Причому необхідна для цього електроенергія, знову ж таки, повинна вироблятися без спалювання вуглеводнів. На даний момент вже придумані і освоюються технології виробництва водню, що працюють на самих різних поновлюваних джерелах енергії.

На гідроенергії. Найбільший у світі завод з виробництва "зеленого" водню побудує в канадській провінції Квебек німецька компанія Thyssenkrupp. Угода підписана в січні 2021 р Електролізна установка потужністю 88 мегават забезпечить щорічні поставки 11 тис. т "зеленого" водню для транспортного сектора Канади. Запуск підприємства запланований на кінець 2023 р. Забезпечувати завод електроенергією (ну і водою теж) буде державна енергокомпанія Hydro-Québec, що володіє 63-ма гідроелектростанціями.

Реклама на dsnews.ua

На енергії вітру. Рекорд канадців протримається недовго. Його зібрався побити консорціум нідерландських компаній Gasunie, Groningen Seaports і Shell Nederland, до якого в грудні 2020 р. приєдналися норвезька Equinor і німецька RWE. Спільними зусиллями вони хочуть створити в Північному морі вітропарк NortH2 для живлення величезної електролізної установки, яка буде побудована в нідерландському порту Емсхавен для виробництва "зеленого" водню. Електростанція запрацює в 2027 р., а потім буде поступово розширюватися. Її початкова потужність складе 1 гігават (тобто 1000 мегават), у 2030-му вона повинна вирости до 4 ГВт, а до 2040-го — до 10 ГВт. У результаті NortH2 вийде на виробництво 1 млн т "зеленого" водню в рік. Існуюча інфраструктура газопроводу Gasunie дозволить здійснювати великомасштабне транспортування і зберігання виробленого водню, який буде в першу чергу живити промислові кластери в Нідерландах і Німеччині, а залишки підуть на потреби транспорту та житлових будинків.

Власні гігантські плани має німецький концерн Siemens. У січні 2021 р. стало відомо, що його дочірні компанії Siemens Energy і Siemens Gamesa мають намір вкласти 120 млн євро в інтеграцію технологій вітряної турбіни і електролізера, щоб отримати турбіну, яка буде прямо на місці виробляти водень. «Ми повинні повністю переобладнати турбіну, яка була спроєктована для виробництва електроенергії», — заявив генеральний директор Siemens Gamesa Андреас Науен.

Північне море, що розташоване набагато вище північного узбережжя Нідерландів є відмінним місцем для вітряних турбін і навіть вважається одним з кращих місць для їх використання в світі/north2.eu
Північне море, що розташоване набагато вище північного узбережжя Нідерландів є відмінним місцем для вітряних турбін і навіть вважається одним з кращих місць для їх використання в світі/north2.eu

На сонячній енергії. Іспанські компанії Enagas і Naturgy у грудні 2020 р. об'єдналися, щоб побудувати завод з виробництва "зеленого" водню потужністю близько 9 тис. т у рік. Електролізер потужністю 60 МВт буде живитися від сонячної фотоелектричної станції потужністю 400 МВт. Завод буде розміщений у містечку Ла Робла в провінції Леон, поблизу від теплової електростанції, яку Naturgy закрила влітку 2019 р. Вироблений "зелений" водень буде поставлятися споживачам по існуючій газовій мережі і в майбутньому може експортуватися в Північно-Західну Європу.

Ще більш потужний проєкт анонсувала Португалія у своїй Національній водневій стратегії, що оприлюднена в серпні 2020 р. До 2030 р. біля порту Синиш повинна запрацювати промислова установка з виробництва "зеленого" водню із загальною потужністю електролізерів не менше 1 ГВт, що працює на енергії Сонця і вітру. У документі прогнозується, що інвестиції в цей проєкт можуть перевищити 1,5 млрд євро.

І на атомній енергії теж. Комісія з ядерного регулювання США у вересні 2020 р. остаточно схвалила сертифікацію ядерного міні-реактора компанії NuScale Power. Це відкриває їй дорогу на ринок з невеликими компактними реакторами потужністю 50 МВт. А вже в грудні NuScale Power повідомила про технологію, яка дозволяє за допомогою одного такого реактора отримувати 18 тис. т "зеленого" водню в рік. Реактори NuScale безпечніше звичайних АЕС, тому їх можна будувати ближче до споживача. При цьому конструкцію можна масштабувати, об'єднуючи 4, 6 або 12 реакторів в один масив.

Enlarge/NuScale's reactor-in-a-can
Enlarge/NuScale's reactor-in-a-can

Хто перейде на "зелений" водень

У нинішньому десятилітті міцно увійде в ужиток слово "декарбонізація". Звучить як хімічний термін, але насправді це поняття економічне і навіть політичне. Всі сфери споживання позбавляються від карбону, тобто вуглецю. А найкращим замінником найчастіше виявляється "зелений" водень.

Водневі меткомбінати. Зазвичай для отримання стали потрібні доменна або електродугова піч, де спікається залізна руда, вапняк і кокс (кам'яне вугілля, прожарене при високих температурах для усунення домішок). Однак можна замінити кокс на водень, а також використовувати водень для живлення дугових печей. Тоді виробництво сталі стане повністю вільним від емісії вуглекислого газу.

У лютому 2021 р. шведський консорціум H2 Green Steel оголосив про плани відкрити такий завод на півночі країни в 2024 р. У виробництві буде використовуватися "зелений" водень. Бюджет проєкту — $3 млрд. До 2030 р. консорціум розраховує випускати 5 млн т високоякісної сталі щорічно. Це буде перше велике сталеплавильне підприємство, що не використовує викопне паливо. Продукція заводу — гарячекатана, холоднокатана і оцинкована сталь — піде на випуск автомобілів, труб великого діаметра і великої побутової техніки.

Водневі будинки. Компанія SGN, що відповідає за газову мережу в Шотландії і на півдні Англії, за фінансової підтримки британського регулятора Ofgem і уряду Шотландії здійснює проєкт H100 Fife. Вже у 2022 р. близько 300 будинків в окрузі Файф на східному узбережжі Шотландії підключаться до мережі, яка буде забезпечувати їх "зеленим" воднем для опалення приміщень і приготування їжі. Водень буде вироблятися електролізною установкою, що працює від розташованої поблизу морської турбіни.

У листопаді 2020 р. британський прем'єр Борис Джонсон оприлюднив план «зеленої промислової революції», який включає в себе мету до кінця цього десятиліття «побудувати перше місто, повністю опалювальне воднем». Уже в квітні 2021-го в Лоу-Торнлі на північному сході Англії з'являться два двоквартирних будинки, в яких кухонні плити, духовки і бойлери працюють виключно на водневому паливі. Жити там ніхто не буде — будинки будуть відкриті для відвідування всіма, хто бажає подивитися, як працюють нагрівальні прилади на водні. Влада сподівається, що ці будівлі дадуть публіці «можливість заглянути в потенційний будинок майбутнього».

Водневі поїзди. Австрійські залізниці (ÖBB) у грудні 2020 р. завершили 10-тижневе тестування поїздів на водневих паливних елементах, розроблених французькою компанією Alstom. Профільне міністерство залишилося задоволене випробуваннями і видало дозвіл на масову експлуатацію поїздів Coradia iLint. Поступово водневі поїзди повністю замінять дизельні склади на всіх маршрутах Австрії.

Alstom і ÖBB щодня проводили випробування з реальними пасажирами на чотирьох складних маршрутах. Потяги Coradia iLint складалися з двох вагонів, що розвивали швидкість до 140 км/год, і рухалися по рейках практично безшумно.

Німеччина тестує водневі поїзди Alstom з 2018 р. і вже схвалила їх експлуатацію. Уряд ФРН оформив велике замовлення — 41 водневий поїзд буде доставлений на територію Німеччини до 2022 р. Італійський залізничний оператор Ferrovie dello Stato планує декарбонізувати залізничні шляхи до кінця десятиліття за рахунок компанії Snam. А Великобританія зараз використовує поїзди HydroFLEX, виготовлені компанією Porterbrook, на обмежених маршрутах. Якщо випробування пройдуть успішно, HydroFLEX почнуть замінювати звичайні поїзди в 2023 р.

Водневий поїзд Alstom/alstom.com
Водневий поїзд Alstom/alstom.com

Водневі автомобілі. Піонером у розвитку водневого автотранспорту стала японська корпорація Toyota. У листопаді 2020 р. вона оголосила про виведення на ринок вже другого покоління автомобілів Mirai на водневих паливних елементах. У найближчі кілька років Toyota планує випустити 100 тис. таких машин.

Американська компанія Hyzon Motors у лютому 2021 р. оголосила про будівництво двох великих підприємств з виробництва водневих паливних елементів для вантажівок на території США. Очікується, що виробництво почнеться в четвертому кварталі 2021 р. Це дозволить випускати по 12 тис. водневих вантажівок на рік.

Німецький концерн Siemens у лютому 2021 р. уклав меморандум про взаєморозуміння з британським стартапом Riversimple. Концерн профінансує будівництво на території Великобританії двох нових заводів, кожен з яких буде щорічно виробляти по 5 тис. автомобілів на водневих паливних елементах. Комерційне виробництво повинно бути запущено в 2023-2024 рр.

Водневі судна. Норвезька TECO Maritime Group у лютому 2021 р. оголосила про будівництво першої гігафабрики для забезпечення судноплавної промисловості стабільними поставками "зеленого" водневого палива. Підприємство буде отримувати енергію від сонячних панелей і вітрогенераторів і стане центром норвезької водневої промисловості. Воно обіцяє задовольнити більшу частину європейського попиту судноплавства на водень — виробнича потужність заводу складе 1,2 ГВт у рік. Введення його в експлуатацію намічене на 2022 р.

Водневі літаки. Європейський авіабудівний концерн Airbus у вересні 2020 р. оголосив про проєкт ZEROe. Як можна зрозуміти вже з назви, мова йде про розробку пасажирських літаків, які будуть мати нульовий рівень шкідливих викидів. До 2035 р. планується створити сімейство пасажирських літаків з двигунами, що працюють на водні. У грудні минулого року інженери Airbus показали результат своїх експериментів — зйомну капсулу, в якій містяться руховий агрегат, бак з водневим паливом та інше обладнання. За задумом, шість таких капсул будуть розміщені на крилах літака, завдяки чому звільниться багато місця в салоні для розміщення пасажирів і багажу.

Водневі аеропорти. Французькі авіакомпанії Airbus і Air France-KLM, аеропорти ADP Groupe і агентство Choose Paris Region у лютому 2021 р. створили альянс з метою розробки інфраструктури для водневих літаків. Нова стратегія охоплює всі аеропорти Парижа і передбачає інтеграцію водню в усі види діяльності ADP Groupe.

Літаки Airbus проекту ZEROe/zip.news
Літаки Airbus проекту ZEROe/zip.news

Хто оплатить свято

За даними всесвітньої ініціативи Hydrogen Council, на початок 2021 р. більш як 30 країн опублікували стратегії розвитку водневої енергетики і виділили кошти на декарбонізацію економіки через водневі технології. Анонсовані 228 великих проєктів по виробництву і застосуванню "зеленого" водню в сферах великомасштабної промисловості, транспорту та інфраструктури на загальну суму понад $300 млрд. Абсолютним лідером у розвитку водневих технологій стала Європа — вона фінансує майже 60% проєктів.

Найдешевшим способом транспортування водню на короткі і середні відстані стане перероблений трубопровід — у тому випадку, якщо в регіоні є стабільний попит на водень. В умовах коливань попиту дешевше використовувати вантажівки. Для перевезень на великі відстані зручніше звертатися до морського транспорту.

За прогнозом Hydrogen Council, до 2030 р. у світі буде 4,5 млн водневих автомобілів, для яких будуть працювати 10,5 тис. водневих заправних станцій. А взагалі до кінця десятиліття в світі буде вироблятися 6,7 млн тонн водню в рік. Всього лише рік тому в аналогічному звіті називався втричі більше скромний обсяг — 2,3 млн тонн на рік. Триразове зростання прогнозу відображає той грандіозний ажіотаж, який виник навколо "зеленого" водню в минулому році. І ми, схоже, тільки на самому початку цієї хвилі.

    Реклама на dsnews.ua