"Зеленое" восстановление Украины: перспективы применения водорода в транспорте

Водород можно считать универсальным топливом для транспортных средств, поскольку он имеет абсолютную экологическую чистоту, может заменить бензин, дизельное топливо и мазут во всех видах тепловых двигателей. Европа уже включила водород в свою зеленую стратегию безкарбонового будущего континента. Обратить внимание на эту новейшую разновидность горючего стоит и Украине.

Все ли разновидности водорода устойчивы и экологичны? Каковы перспективы и проблемы применения этого вида топлива в транспортном секторе? Как Украина может использовать период восстановления страны, чтобы способствовать распространению водородного транспорта в государстве? 

Переход к зеленой водородной экономике был закреплен европейской Водородной стратегией, составляющей правовой основы Европейского зеленого курса (далее – ЕСК), который Европарламент принял в 2020 году. Его общая цель – сделать Европу климатически нейтральной до 2050 года, защитить биологическое разнообразие, экологизировать экономику. Основы и направления развития ЕСК заложены в коммюнике .

Подписывайтесь на Telegram-канал delo.ua

Синхронизируя свою политику с ЕС, Украина намерена достичь климатической нейтральности к 2060 году. Для поддержки развития водородной отрасли и во исполнение одобренной Водородной стратегии, в июле 2020 г. Европейская Комиссия образовала «Европейский альянс по чистому водороду» .

В Украине Водородная стратегия пока на стадии разработки, однако "Национальная транспортная стратегия", "Стратегия развития энергетики" и "Дорожная карта широкого внедрения водородной энергетики в Украине" представляют прочную стратегическую основу для политики, направленной на увеличение доли возобновляемых источников энергии в транспорте основе биотоплива, электроэнергии и водорода На уровне технических норм в Украине уже регулируются такие вопросы как качество водородного топлива, основные концепции безопасности водородных систем и применения водородных генераторов с использованием электролиза воды.

Каковы разновидности водорода по климатическому воздействию?

Ожидается, что возобновляемая электроэнергия декарбонизирует большую долю энергетики ЕС до 2050 года, в частности, за счет распространения водородной энергии. Следует помнить, что виды водорода различны по методам выработки, и, соответственно, по экологичности.

Серый водород образуется из ископаемых топлив и угля и составляет примерно 95% водорода, производимого сегодня в мире. К сожалению, в процессе его производства образуются парниковые газы.

Наиболее перспективными считаются 2 вида водорода: синий и зеленый. Синий производится из ископаемых топлив, но в процессе происходит улавливание углерода. Зеленый – производится из возобновляемых источников энергии путем разделения воды на два атома водорода и один атом кислорода посредством процесса электролиза. Именно зеленый водород называют «чистым водородом» и он наиболее перспективен с точки зрения декарбонизации различных секторов, в частности транспортного.

Также выделяют желтый водород, получаемый посредством электроэнергии АЭС. Сторонники атомной энергетики настаивают, что желтый водород может быть таким же экологически чистым, как зеленый.

Какие существуют вызовы для развития водородной энергетики?

В рамках ЕС сейчас работает 300 электролизеров, производящих менее 4% от общего количества водорода. Цель Европы к 2050 году – достичь 13% доли водородной энергии в энергетическом балансе союза. Для реализации этой цели существует несколько вызовов.

Во-первых, потребность в пространстве. Солнечная и ветровая энергия, во время образования которой производится водород, более «рассеяна», чем энергия ископаемого топлива, и ее нужно «собирать» на большой площади. Именно поэтому пришедшая к власти в конце 2021 года новая правительственная коалиция Германии зарезервировала 2% территории страны для строительства ветровых турбин.

Новые ветровые и солнечные электростанции, а также высоковольтные линии электропередач часто приводят к конфликтам из-за их влияния на ландшафт, биоразнообразие или здоровье местных жителей. Размещение ветряных электростанций на море, в свою очередь, вызывает протесты представителей рыболовной промышленности.

Во-вторых, потребность в материалах. Для инфраструктуры возобновляемой энергетики, включая ветровые турбины, солнечные панели и линии электропередач, нужны материалы, особенно металлы. Распространение возобновляемых источников энергии увеличивает спрос на железо, алюминий, медь, цинк, хром, марганец. Однако мировые запасы некоторых руд, в частности меди, уже истощаются. Настанет время, когда для добычи меди потребуется столько электроэнергии, воды, материалов или земли, что этот процесс нанесет неприемлемый экологический ущерб.

ЕС во многом зависит от импорта большинства металлов, используемых для возобновляемой энергетики. Среди необходимых для электролиза – никель, цирконий и платиновая группа металлов . В платиновой группе, в частности, выделяют иридий, один из самых редких металлов мира, при участии которого происходит такая разновидность электролиза, которая лучше всего справляется с колебанием снабжения возобновляемой электроэнергии. Если он станет доминирующей формой электролиза, ЕС в 2030 году может потребоваться больше иридия , чем сейчас добывается во всем мире.

Кроме металлов, для образования зеленого водорода требуется деминерализованная пресная вода в пропорции 9 литров воды для производства 1 кг водорода. В богатых солнцем регионах, которые хорошо подходят для производства водорода, часто не хватает пресной воды. Эта нехватка будет увеличиваться из-за влияния климатических изменений. В этих условиях производителям зеленого водорода было бы хорошо закрепиться там, где можно использовать морскую воду, при этом ответственно относясь к отходам опреснения.

Третий вызов – потребность в инфраструктуре. Прогнозы по поводу того, сколько зеленого водорода понадобится ЕС, очень отличаются. Некоторые сценарии свидетельствуют о производстве 10 миллионов тонн водородной энергии – объема, которого Еврокомиссия хочет достичь до 2030 года, и которого будет достаточно, чтобы удовлетворить спрос ЕС.

Другие эксперты предполагают, что спрос будет расти гораздо быстрее и составит 70 миллионов тонн к 2050 году. Отсутствие консенсуса усложняет работу правительств и частных операторов по планированию необходимой инфраструктуры для перехода на энергию зеленого водорода. Где должны прокладываться новые водородные трубопроводы? Какие части сети необходимо усилить, чтобы получить достаточно электроэнергии для электролизеров? Эта неопределенность задерживает развитие всей водородной энергетики в ЕС.

Каковы перспективы использования водородного топлива для разных видов транспорта?

Водородный автотранспорт может преодолеть недостатки электромобилей с низким диапазоном пробега и необходимостью частой зарядки. Для этого нужно в полной мере использовать дешевую электроэнергию для превращения воды в водород. Прогнозируется, что в ближайшие 5 лет производство транспортных средств на топливных элементах будет достаточно масштабно развиваться. Для выполнения этой задачи необходима оптимизация оборудования для производства водорода, разработка новых материалов для хранения водорода высокой плотности и оптимизация водородных топливных элементов.

В настоящее время существуют такие частные авто на водородных топливных элементах: Toyota Mirai, Hyundai Nexo и Honda Clarity. BMW, Jaguar и Land Rover включают водород в свои стратегии на будущее. Автомобили на водные привлекательны для покупателя спустя короткое время заправки и большой запас хода.

Автобус на водородных топливных элементах представляет собой очень эффективный общественный транспорт с нулевым уровнем вредных выбросов. Также эффективно решает недостатки электрических транспортных средств с коротким пробегом и долгое время зарядки. Ожидается, что быстро заменит традиционные дизельные и электрические автобусы.

В Украине более половины пассажирских перевозок выполняют именно автобусы, при этом парк больших автобусов на 90% исчерпал свой ресурс, да и микроавтобусы, осуществляющие городские перевозки, не отвечают современным экологическим требованиям. Для распространения в нашем государстве именно водородных автобусов следует разработать программу перехода городского и междугороднего транспорта на использование зеленого водорода и создать сети заправочных станций на основных автодорогах.

Новые стандарты ЕС по выбросам, разрешенным тяжелым дорожным транспортным средствам, повышают потребность в грузовиках с нулевыми выбросами. Такие компании, как Renault, уже начинают серийное производство электрических грузовиков и заявляют, что к 2025 году 10% всех проданных ими грузовиков будут электрическими.

Однако ставка делается не только на грузовые электрокары. Ожидается, что для декарбонизации сектора тяжелого автомобильного транспорта будет использовано сочетание современных "зеленых" технологий, при этом зеленый водород играет решающую роль . Водородные грузовые автомобили будут экономически выгодны уже к 2027 году, если объемы производства водорода быстро увеличатся. Ожидается, что электромобили будут играть большую роль в короткомагистральных перевозках.

В 2050 году большинство тяжелого автомобильного транспорта будет работать на водороде и электроэнергии. Прогнозируют , что к 2050 году в ЕС 35% грузовиков будут электрическими, 55% будет работать на водороде, а 10% – на биометане.

Водород имеет перспективы и в железнодорожной отрасли, особенно на ее неэлектрифицированных участках. Приблизительно 20% железнодорожных линий в Европе до сих пор обслуживаются тепловозами. Считается, что по расходам с ними вполне могут конкурировать водородные поезда . Отдельная европейская инициатива Shift2Rail поддерживает расширение их использования.

Начиная с 2013 года компания Alstom разрабатывает технологию локомотивов, работающих на водороде. К концу 2018 года два поезда на водородных топливных элементах ее производства были запущены в Германии, а также было объявлено о запуске 14 таких поездов в 2021 году .

В 2019 году первую водородную электричку HydroFlex опробовали также в Великобритании. Правительство страны решило полностью избавиться от дизельных локомотивов до 2040 года, и альтернативным им могут стать именно поезда на водородных топливных элементах.

Авиация является вторым крупнейшим источником вредных транспортных выбросов после автомобильного транспорта. Несмотря на повышение топливной эффективности отрасли, которое произошло с 2005 по 2017 год, рост количества авиаперевозок до сих пор влечет за собой рост объема выбросов CO₂.

Использование водорода для декарбонизации авиации достаточно перспективно. Водородный двигатель лучше всего подходит для пригородных, региональных, ближних и средних самолетов. По сравнению с обычными самолетами, эксплуатационные расходы увеличиваются всего на 5-10$ на пассажира.

В сентябре 2020 года компания Airbus объявила, что двигатели, работающие на водородном топливе, станут основой нового поколения коммерческих самолетов с нулевым уровнем выбросов. Проект под названием ZeroE является флагманом многомиллиардного пакета стимулов Европейского Союза, направленного на экологизацию экономики и авиационной отрасли. В его рамках компанией были разработаны концепции трех самолетов на водородных двигателях, производство которых может начаться до 2035 года .

Поскольку 90% мировой торговли осуществляется морем, судоходство является значимым фактором климатических изменений. Международная морская организация (IMO) прогнозирует , что «business as usual» может привести к увеличению вредных выбросов на 50% к 2050 году в результате роста объемов морской торговли.

В то же время, IMO ставит себе целевой показатель в 50% сокращения выбросов к 2050 году. Эксперты WEF оценили масштаб инвестиций, необходимых для достижения цели IMO на 2050 год в 1-1,4 трлн долларов. В частности, девять крупных многонациональных компаний, включая Amazon, Ikea, Michelin, Inditex (Zara) и Unilever, пообещали к 2040 году перейти на морские перевозки только кораблями с нулевыми выбросами углерода.

Декарбонизация судоходной отрасли потребует значительных инвестиций в зеленые технологии и альтернативные виды топлива. Сегодня судовладельцев поощряют переход на существующие низкоуглеродистые виды топлива, такие как сжиженный природный газ (СПГ) и биотопливо. Однако последние исследования по зеленому топливу предполагают, что аммиак, метанол и водород будут играть важную роль в будущем сектора судоходства.

Как мир и Украина должны стимулировать развитие водородного транспорта?

Прогнозируется, что на водород и полученное из водорода синтетическое топливо будет приходиться 2% общего спроса энергии в транспортной сфере в 2030 году, 13% - в 2040 году и 25% - в 2050 году. К сожалению, темпы наращивания производства зеленого водорода ограничены. Это топливо будет в дефиците еще долгое время, поэтому зеленая промышленная политика должна это учитывать.

Пока зеленый водород не достигнет коммерческой привлекательности, предполагается, что развитие этого сектора будет стимулироваться на европейском и национальном уровнях. Расходы на его производство в ближайшие 10 лет будут уменьшаться, но вопросы его транспортировки и хранения еще остаются главным "пазлом", который нужно составить. В частности, для дальнейшего прогресса необходимо развитие сети водородных заправочных станций.

По расчетам экспертов НАНУ Украина имеет значительный природный потенциал для производства энергии из ВИЭ, что также позволяет производить водород. Общий потенциал среднегодового производства зеленого водорода в нашем государстве составляет около 505 млрд кубометров. По прогнозам , при благоприятной государственной политике, Украина способна производить 1 млрд кубометров возобновляемого водорода к 2030 году, а к 2040 году этот показатель может возрасти до 5 млрд кубометров.

Территория Украины может стать площадкой для производства водорода не только для собственных нужд в чистой энергии, но и для экспорта на рынок Евросоюза. Для развития водородной топливной отрасли в Украине необходима, прежде всего, государственная поддержка в виде гармонизированного с европейскими нормами законодательства и прозрачных правил при получении необходимой разрешительной документации.

Различные шаги уже предпринимаются государством для развития системы транспортировки и хранения водорода в Украине. В частности, оператор газотранспортной системы сейчас видит перспективным для транспортировки смеси водорода с природным газом магистральный украинский газопровод «Прогресс». Компании Нафтогаз и Укртрансгаз, в свою очередь, уже присоединились к инициативе H2EU+Store . Она предусматривает производство зеленого водорода из ВИЭ на западе Украины с возможностью его хранения в украинских газохранилищах. Также в будущем планируется экспорт этого топлива по газопроводам в ЕС, закачка его в подземные хранилища Австрии и реализация потребителям Центральной Европы.

Фото: ua.depositphotos.com