В Украине водород закачали в газовую сеть: зачем и что из этого вышло

Водород. Самый распространенный элемент во Вселенной. Самый легкий, самый быстрый, весьма опасный при небрежном использовании. 

В использовании водорода нет ничего нового: двести лет человечество пользовалось светильным газом. В 1820 году его использовали для освещения улиц Парижа. Применялась смесь водорода (50%), метана (34%), угарного газа (8%) вплоть до 1930-х годов. Получали светильный газ из каменного угля и нефти. Методы были грязнее, суть примерно та же.

В 2019 году мир использовал 75 миллионов тонн водорода для нефтепереработки и производства аммиака. Для сравнения, в 2018 году Китай использовал 603,57 млн тонн нефти за год. 

При этом, он пока не то, чтобы зеленый — при производстве водорода из природного газа и угля в атмосферу поступает около 830 млн тонн СО2. Около 0,1% (примерно 100 тысяч тонн) вырабатывается с помощью электролиза. 

Однако уже к 2050 году Европа собирается перевести на водород всю экономику. Как и каждая подобная перестройка, это требует исследований, времени и огромных капиталовложений. Выгода пока маячит где-то далеко: компании заняты расчетами инвестиций. 

Испытание водорода в газовой сети. Фото: Дмитрий Бунецкий / Delo.ua

Двойное "эко"

Почему европейцы вдруг озаботились водородом? Есть два ответа. Оба достаточно комплексные. 

Первый — чистая экономика, которая неразделимо связана с выгодами как для промышленности, так и для энергетики. Производить и использовать собственный водород — это энергетическая независимость от поставок ископаемых ресурсов. Особенно, если для его производства, как планируют европейцы, использовать возобновляемые источники энергии. Эта технология называется Power to gas. Смысл в том, что солнечные/ветровые станции будут питать электролизеры, генерирующие водород из воды. Максимально безвредный для экологии ресурс сыграет сразу две роли. Во-первых, заменит полностью (к примеру, в металлургии) или дополнит природный газ. Во-вторых, произведенный ВИЭ водород, как это ни странно звучит, можно будет превратить обратно в электроэнергию. Ведь хранить газ в нынешних условиях мы умеем куда лучше, чем лишнее электричество. 

Это может показаться бесполезной тратой сил, но именно так, по сути, работают гидроаккумулирующие электростанции: пока электричество дешевое (обычно ночью) ГАЭС покупает его и использует для того, чтобы закачать насосами воду в водохранилище. А при необходимости подключить дополнительные электрические мощности (к примеру, во время утреннего и вечернего пиков потребления) вода сливается через турбины, производя энергию. Фактически, вода является "электрохранилищем". Конечно, Илон Маск сумел построить в Австралии на спор 100-мегаваттную батарею. В Украине в этом году планируют построить литий-ионную систему накопления энергии мощностью в 1 мегаватт — это произойдет на площадке Запорожской ТЭС. 

Конечно, схема с водородом кажется слегка громоздкой в сравнении с батареями. Однако второй комплексный ответ, зачем Европа пушит водород, относится к плоскости экологии. 

Уже давно не секрет, что земляне не слишком жалуют свою планету и выбрасывают слишком много СО2. Планета не остается в долгу: уже несколько лет температура в мире бьет рекорды, что приводит к своеобразной климатической разбалансировке. Количество стихийных бедствий растет — даже в Украине аномальная зимняя засуха 2019-20 годов привела к массовым пожарам весной в Житомирской и Киевской областях и летом в Луганской. В то же время, Западная Украина страдает от рекордных наводнений. Повышать температуру планеты дальше не слишком разумно, как минимум потому, что человечество не может просчитать всех последствий, а те, что все-таки может, выглядят катастрофически.

Европа достаточно серьезно относится к предупреждениям ученых. Об этом свидетельствует, например, недавно представленная Водородная стратегия. Там и частичная замена угля водородом при производстве стали, и перевод транспорта на водородное топливо — всего 38 мер, включающих законодательные инициативы и инвестиции в новые технологии.

Драйвером является Германия. Так, в стране с 2018 года ходят водородные электрички. В прошлом году страна начала строить крупнейший в мире электролизер, который позволит производить ежегодно 1300 тонн. Территорию между Кельном и Бонном собираются превратить в модельный регион по внедрению гидрогена как топлива. 

В британском Лидсе хотят перевести на водород все отопление в городе — производить топливо будут электролизеры, питаемые морскими ветропарками. 

Все это — пилоты, на которых должны обкатать технологии, проверить материалы, понять, насколько мы сможем положиться на новый энергоресурс. 

"Макет" квартиры — здесь будут проводить динамические испытания. Фото: Дмитрий Бунецкий / Delo.ua

Закачали вместо газа

Теперь в водородную гонку включилась и Украина: 6 августа на полигоне АО "Житомиргаз" в Черняхове "Региональная Газовая Компания начала испытания водорода в газораспределительной системе. 

Полигон обычно используют для учений аварийно-диспетчерской службы. Здесь устраивают "утечки газа", которые на скорость ищут газовики. Он имитирует газораспределительную систему нашей страны. Здесь используются такие же трубы. Подземные — 300 метров стальных, 40 полиэтиленовых. И около 60 метров стальных наземных труб. Запорная арматура, краны, переходники, в общем, все как в реальности. Природный газ внутрь системы закачивали уже много раз. На этот раз туда попадет необычное топливо — водород, причем, 99%-й. 

"Год назад было принято решение присоединиться к European Green Deal, — говорит директор "РГК"Олег Никоноров. — Европа взяла на себя обязательства сократить выбросы СО2, перейти на возобновляемые источники энергии. Один из элементов будущего Европы — водород. Мы решили взять инициативу в Украине в свои руки и провести эксперимент. Суть его в том, можно ли транспортировать водород существующими украинскими сетями. Мы планируем комплексные исследования, от поступления газа в систему до его использования конечным потребителем". 

Пока стартовал первый этап статических испытаний. Вначале из макета ГРС с помощью инертного газа — использовали азот в силу его доступности — выкачали весь кислород. Затем туда закачали водород — как и природный газ в сети, он находится под давлением в 3 атмосферы. Со стороны выглядело не слишком зрелищно — никаких футуристических машин, четыре баллона со сжатыми газами, два с азотом, два с водородом — и испытательная команда, четко двигающаяся по инструкции. Однако это лишь начало. 

"Герметичность системы мы контролируем датчиками давления в ключевых местах по установленному графику (раз в час в течение 24 часов от времени закачки — Delo.ua) с архивацией показателей, — говорит технический директор "Житомиргаза"Сергей Колесник. — Высокая концентрация водорода в системе позволяет получить уникальную информацию о поведении разных материалов газопроводов и оборудования". 

По сути, для "РГК" это RnD-проект, исследование, чистая наука. "Исследования покажут, как ведет себя металл, — говорит доктор технических наук Леонид Униговский, гендиректор ООО "Нефтегазстройинформатика", руководящий исследованиями. — Сначала мы посмотрим на вытоки. Будем анализировать разные смеси, от 5% до 50%. Потом будут динамические испытания. Нужно понять, как ведут себя счетчики, мембраны, уплотнители. Это большая серия экспериментов".

Причем, прогнозирует Униговский, для динамических экспериментов баллона не хватит, нужно будет строить или покупать электролизер. Даже два — компактные модули будут перевозить между пятью полигонами компании. 

В динамических испытаниях будут использовать установленный тут же, на полигоне, макет квартиры — с газовой плитой и котлом. Грубо говоря, туда подадут газовую смесь — водород с метаном — и попробуют зажечь конфорки. Такой же эксперимент проведут и в испытательной котельной. 

Подобные эксперименты уже проводились — университетский городок Киль в Великобритании отапливался 20%-ой смесью водорода и природного газа. "Результаты эксперимента в Киле положительны: менять ничего не нужно", — говорит Леонид Униговский. 

Впрочем, помимо готовности сетей, нужно решить и другие вопросы, которые куда менее очевидны: например, какой одорант применить к водороду или водородной смеси. Нужен новый запах. И новые правила безопасности — это топливо куда капризнее привычного природного газа. 

Результаты эксперимента в компании обещают обнародовать уже в понедельник. В пятницу на вопрос корреспондента Delo.ua о промежуточных итогах, в "РГК" ответили, что они "в рамках ожидаемого". 

Дмитрий Бунецкий, специально для Delo.ua