Передумови використання водню в Україні в енергетичній та автомобільній галузях

Abstract

В статті на підставі світових тенденцій обґрунтовано місце водню і водневих технологій в подальших процесах декарбонізації енергетики і автомобільного транспорту України. Різноманітність способів виробництва, транспортування та зберігання, використання водню різної чистоти вимагають складних компромісних рішень між вартістю технології і кількістю можливих викидів шкідливих речовин у довкілля на всіх супутніх етапах застосування цих технологій. Водневе паливо і водневі технології слід позиціонувати як один із напрямів енергетичного переходу галузей економіки на рейки декарбонізації, що приведе до створення кліматично нейтральних технологій. Традиційні поршневі двигуни внутрішнього згорання можна модернізувати для роботи на суто водневому паливі, але це потребує застосування нових матеріалів через високу питому енергоємність водню. На шляху спалювання водню в камерах згорання ДВЗ стоять обмеження на викиди оксидів азоту NOX. Можливий варіант використання суміші водню з природним газом або модернізація двопаливних ДВЗ. Це найбільш реалістичний варіант на поточний час для України. В світлі процесів декарбонізації, головною перевагою паливних елементів (ПЕ) є відсутність згорання вуглеводнів і відповідно можливість зменшити забруднення атмосферного повітря парниковим газом СО₂. Існуючі ПЕ можуть працювати не лише на водні, а і на природному газі. В енергетиці водневі технології конкурують не з традиційними способами отримання тепла та електричної енергії, а з біоенергетикою, з тепловими насосами, з технологіями уловлювання та зберігання вуглецю та його оксидів. В автомобільній галузі водневі технології конкурують з рідкими і газоподібними біопаливами, електромобілями та гібридами з ДВЗ і акумуляторами. Потенціальні можливості застосування водневих технологій для процесів декарбонізації розкриються тільки після створення ринку продажу водню та відповідної інфраструктури. На сегмент і ціну застосування водневих технологій впливає спосіб вибраного процесу виробництва, складових інфраструктури, які включають зберігання, транспортування і заправні станції. Безпечна експлуатація і впровадження водневих технологій в Україні потребує кваліфікованих інженерних кадрів. Підготовку таких спеціалістів для енергетики і транспорту можуть взяти на себе університети за спеціальністю 142 – енергетичне машинобудування.

Based on the global trends, the article substantiates the place of hydrogen and hydrogen technologies in the further decarbonisation of the energy sector and road transport in Ukraine. The variety of methods of production, transportation and storage, and the use of hydrogen of different purity require complex trade-offs between the cost of the technology and the amount of possible emissions of harmful substances into the environment at all related stages of application of these technologies. Hydrogen fuels and hydrogen technologies should be positioned as one of the areas of energy transition of economic sectors to decarbonisation, which will lead to the development of climate-neutral technologies. Traditional reciprocating internal combustion engines (ICE) can be upgraded to run on purely hydrogen fuel, but this requires the use of new materials due to the high specific energy intensity of hydrogen. The combustion of hydrogen in ICE combustion chambers is hindered by nitrogen oxide (NOX) emission restrictions. A possible option is to use a mixture of hydrogen and natural gas or to upgrade dual-fuel internal combustion engines. This is the most realistic option for Ukraine at this point. In light of the decarbonisation process, the main advantage of fuel cells (FC) is the absence of hydrocarbon combustion and, accordingly, the ability to reduce air pollution with the greenhouse gas CO₂. Existing FC can operate not only on hydrogen but also on natural gas. In the energy sector, hydrogen technologies compete not with traditional methods of generating heat and electricity, but with bioenergy, heat pumps, and technologies for capturing and storing carbon and its oxides. In the automotive sector, hydrogen technologies compete with liquid and gaseous biofuels, electric vehicles and hybrids with internal combustion engines and batteries. The potential application of hydrogen technologies for decarbonisation processes will only be unlocked once a hydrogen market and the relevant infrastructure are in place. The segment and price of hydrogen technologies depend on by the method of production process chosen, as well as the infrastructure components, including storage, transportation and fuelling stations. The safe operation and implementation of hydrogen technologies in Ukraine requires qualified engineering staff. The training of such specialists for the energy and transport sectors can be taken on by universities by universities in the speciality 142 – energy engineering.