Цивілізований світ постійно декларує свої наміри щодо розвитку екологічної енергетики. Одним з інструментів досягнення кліматичних цілей та переходу до вуглецево-нейтральної економіки є розвиток екологічно чистого, так званого “зеленого”, водню. На жаль, галузь стикається з викликами через високу вартість виробництва, недостатній попит і повільну державну підтримку, що гальмує прогрес, незважаючи на її потенціал.
Наразі спостерігається глобальний тренд уповільнення розвитку водневої енергетики через економічні та технічні бар’єри. Очікування щодо швидкого впровадження зеленого водню стикаються з реальністю високих витрат, складнощів у реалізації проєктів та відсутності зрілого ринку. Водночас ринок переходить від ажіотажу до більш раціонального підходу, зосередженого на конкретних економічно обґрунтованих рішеннях.
Чому навколо зеленого водню такий ажіотаж
Зелений водень є одним із найперспективніших елементів у переході до вуглецево-нейтральної економіки, яка передбачає баланс між викидами парникових газів і їх поглинанням для мінімізації впливу людської діяльності на клімат. Основна мета такої моделі – забезпечити сталий розвиток для наших нащадків, скоротивши викиди CO₂, впроваджуючи енергоефективні рішення, переходячи на відновлювані джерела енергії та розвиваючи технології для захоплення і зберігання вуглецю. У цьому контексті зелений водень виступає ключовим інструментом.
Зелений, тобто відновлюваний, водень, виробляють за допомогою екологічно чистих технологій – електролізу води з використанням електроенергії від сонячних чи вітрових станцій. Цей процес не створює викидів парникових газів, що вигідно відрізняє його від “сірого” гідрогену, який отримують із природного газу, або “синього”, що також базується на природному газі, але із застосуванням технологій уловлювання CO₂. Завдяки своїм екологічним характеристикам зелений водень стає важливою технологією для боротьби зі зміною клімату.
Потенціал цієї суперречовини охоплює широкий спектр застосувань у транспорті (особливо важкому – у вантажівках чи морських перевезеннях), промисловості (зокрема, металургії та виробництві аміаку) та енергетиці (зберігання енергії). Крім того, зелений водень сприяє енергетичній незалежності країн, які не мають значних запасів викопних палив. Він забезпечує стабільність енергосистем, зменшуючи залежність від традиційних джерел енергії.
Зелений водень як заміна викопного палива: потенціал і перспективи
Отже, зелений водень має потенціал замінити викопне паливо завдяки своїй високій енергетичній щільності, економічній доцільності та екологічній чистоті. Розглянемо, як саме водень може стати альтернативою викопному паливу.
Так, легкові автомобілі на водні демонструють високу ефективність і значний потенціал замінити традиційні автомобілі з двигунами внутрішнього згоряння. Вони споживають близько 1 кг водню на 100 км, що робить їх економічно вигідним і екологічно чистим транспортним засобом.
Енергетична щільність водню становить 33,3 кВт·год на 1 кг, тоді як 1 літр бензину має енергетичну щільність лише 8,8–9,7 кВт·год. Це означає, що 1 кг водню еквівалентний приблизно 3,5 літрам бензину за енергією. Однак, завдяки вищій ефективності водневих паливних елементів (яка вдвічі або навіть утричі перевищує ефективність двигунів внутрішнього згоряння), 1 кг водню на практиці замінює 5–7 літрів бензину.
Такі автомобілі як Toyota Mirai або Hyundai Nexo споживають близько 0,8-1 кг водню на 100 км. Водневі вантажівки на тій же дистанції використовують 8-10 кг водню, замінюючи 30-40 літрів дизеля.
Для виробництва 1 тонни сталі за допомогою водню потрібно 60 кг водню, тоді як традиційні технології вимагають 250-300 кг коксу.
Щодо зниження викидів CO₂, то замінюючи 3 літри бензину, 1 кг гідрогену зменшує викиди на 9 кг CO₂, замінюючи 3 літри дизеля, 1 кг суперречовини зменшує викиди на 10,5 кг CO₂, заміщаючи 1 м³ природного газу, 1 кг водню зменшує викиди на 5,5 кг CO₂.
Глобальна політика та регулювання у підтримці зеленого водню
Однак впровадження цього надсучасного “енергетичного серця” супроводжується низкою викликів. Основними є висока вартість виробництва, обумовлена дороговизною відновлюваної енергії та обладнання для електролізу, а також необхідність значних інвестицій у розвиток інфраструктури, зокрема, мереж для транспортування та зберігання речовини.
Попри ці труднощі, використання зеленого водню у поєднанні з розвитком відновлюваної енергетики та підвищенням енергоефективності формує основу для створення стійкої вуглецево-нейтральної економіки.
Зелений водень підтримують міжнародні угоди, кліматичні саміти та національні політики, що сприяють розвитку його виробництва, транспортування та використання. Серед таких міжнародних ініціатив – відома Паризька кліматична угода, в якій йдеться про те, що гідроген допомагає обмежити глобальне потепління до 1,5-2°C.
На кліматичному саміті COP26 водень визнано засобом зменшення викидів у промисловості та транспорті. Серед міжнародних організацій, що фінансують або сприяють розвитку водневих проєктів – Світовий банк і Європейський інвестиційний банк, а також IRENA (Міжнародне агентство з відновлюваної енергії, що сприяє широкому впровадженню та сталому використанню всіх форм відновлюваної енергії, зокрема, біоенергії, геотермальної, гідроенергії, енергії океану, сонця та вітру).
Які країни в авангарді розвитку галузі
Водневі технології для транспорту та енергетики активно розвивають Норвегія і Німеччина. Австралія планує побудувати найбільший у світі завод з виробництва гідрогену. Японія впроваджує водневі автомобілі та заправки. Катар інвестує у водневі технології для транспорту.
Водень може допомогти зменшити викиди CO2 в авіації, замінивши викопне паливо у літаках. Європа та США вже розробляють водневі літаки для коротких і середніх рейсів. Використання гідрогену в суднах зменшить викиди порівняно з традиційними нафтовими продуктами. В Європі вже проводять експерименти з водневими суднами.
Водень можна використовувати для зберігання енергії сонця та вітру, а також як паливо для промислових об’єктів. Гідрогенові заправки та електростанції можуть стати частиною нової енергетичної інфраструктури.
Для свого розвитку водневі технології можуть використовувати Африка, Південна Америка та Азія. Вони можуть стати експортерами цього джерела невичерпної сили, що створить нові робочі місця та знизить викиди парникових газів.
Що гальмує розвиток галузі
Водночас, декілька проєктів з виробництва екологічно чистого водню цьогоріч були припинені через надмірне зростання витрат. Хоча чиновники та енергетичні компанії стверджували, що гідроген сприятиме зменшенню викидів в промисловості, високі витрати змусили багатьох відмовитися від цих проєктів. Застосування зеленого водню, виготовленого з використанням відновлюваної енергії, визнано соломоновим рішенням для зниження викидів у важкій промисловості, транспорті та енергетиці. Але витрати на такі проєкти в США та ЄС зросли через складність реалізації та підвищення цін на електроенергію.
Ціна водню, отриманого з чистої енергії, залишається вчетверо вищою за традиційний водень із природного газу, що ускладнює залучення покупців. Відсутність попиту призвела до скасування кількох масштабних проєктів – заводів в Швеції та Тасманії, а також десятків ініціатив BP. Ринок водню, який торік демонстрував значну активність, нині скоротився: попит на вакансії у галузі значно впав.
Експерти вважають, що більш чітка та швидка державна підтримка могла б стимулювати розвиток галузі. Хоча виробництво чистого водню цього року має зрости втричі, воно покриє лише 1% потреб ринку. На думку аналітиків, попередній ажіотаж поступився місцем реалістичному підходу: час зосередитися на ефективних діях.
Перспективи розвитку галузі
ЄС планує виробництво 10 млн тонн зеленого водню до 2030 року, інвестує в інфраструктуру та підтримує інновації. Американським законом IRA (2022) запроваджено податкові пільги для виробництва водню. Водночас уряд США інвестує в утворення водневих хабів для промисловості та транспорту.
Найбільшим виробником водню є Китай, що мав амбіційні плани найближчим часом реалізувати понад 50 проєктів з виробництва зеленого водню і створення інфраструктури для водневого транспорту. За даними Bloomberg NEF, витрати на виробництво зеленого водню в США та ЄС можуть знизитися в майбутньому. Зокрема, прогнозується, що ціна на зелений водень впаде до $1,4 – $2,9 за кілограм до 2030 року та до $0,8 – $1,0 за кілограм до 2050 року. Це зробить його конкурентоспроможним із бензином, дизелем та природним газом, особливо з урахуванням переходу до низьковуглецевої економіки.
Очікується, що найближчі 10-20 років воднева енергетика стане важливою частиною світової енергетичної системи. Виробництво “зеленого” водню збільшиться завдяки розвитку відновлюваних джерел енергії, що знизить його вартість. Нові технології – зокрема, удосконалення електролізерів, – зроблять виробництво водню ефективнішим. З’являться нові методи зберігання і транспортування водню. Водень буде використовуватися не лише в енергетиці, а й в авіації, морських перевезеннях, важкій промисловості і транспорті.
Очікується, що для розвитку глобальної водневої галузі зросте співпраця між країнами і компаніями. Уряди впровадять субсидії та інвестиції в інфраструктуру для підтримки виробництва водню.
Значення зеленого водню для економіки України
Україна має значний потенціал для виробництва зеленого водню завдяки великій кількості відновлюваних джерел енергії (передусім, сонця та вітру). Це може стати важливим напрямком для залучення іноземних інвестицій, особливо з боку ЄС, який шукає нових партнерів для декарбонізації. З огляду на близькість до ЄС, Україна може стати великим постачальником зеленого водню для європейських ринків, якщо зможе запропонувати конкурентоспроможні ціни.
Воднева енергетика сприятиме зменшенню залежності від викопного палива, зокрема імпорту природного газу, і зміцнить енергетичну безпеку країни. На жаль, Україна стикається з такими ж проблемами, як і глобальна галузь: високі витрати на виробництво, необхідність великих інвестицій в інфраструктуру та створення внутрішнього ринку. Без вирішення цих питань впровадження водню залишатиметься обмеженим.
Отже, для України цей тренд є і викликом, і можливістю. З одного боку, необхідно врахувати економічні ризики та труднощі, з якими стикається галузь, а з іншого – стратегічно використовувати свій потенціал для розвитку зеленої енергетики, залучення інвестицій та інтеграції у глобальні ринки.
Тетяна Вікторова
