Водень у трубі: як замість природного газу транспортувати синтетичний

Тема водню набирає все більшої ваги в контексті зменшення викидів вуглекислого газу. Лише впродовж року низка європейських країн запустили пілотні проекти щодо використання альтернативного газу для побутових потреб чи у промисловості.

Україна намагається бути в тренді не лише підтримуючи ініціативи на рівні заяв, а й проводить реальні випробування. У серпні цього року Регіональна газова компанія провела перший в Україні експеримент, змоделювавши поведінку водню у газорозподільній системі.

Отримані результати дадуть можливість оцінити перспективи щодо транспортування нового виду палива та його використання для внутрішнього ринку.

Амбітні водневі цілі Європи

Європейські країни є досить послідовними у планах енергетичного переходу. Особливу роль у цьому відводять синтетичному газу — водню, який не створює шкідливих викидів при спалюванні. 

Але для його виробництва і транспортування потрібно створити інфраструктуру. Найдешевшим способом, звичайно ж, є трубопроводи.

У серпні цього року одинадцять газових компаній з дев'яти країн ЄС презентували план створення мережі транспортування водню European Hydrogen Backbone. 

До 2030 року її довжина сягне 6,8 тис. км, а до 2040 року вона може вирости до 23 тис. км. На 75% мережа буде складатися з переобладнаних газопроводів.

Така мережа потрібна для транспортування "зеленого" водню, виробленого в ЄС, та для імпорту водню з-за меж Європи. 

Наразі це найдовша у світі із заявлених мережа водневих трубопроводів. Про плани створити національну мережу для транспортування водню оголосила також Німеччина. Уже до 2030 року там планують створити мережу для транспортування "зеленого" водню довжиною 1200 км. 

Близько 1100 переобладнають із колишніх газопроводів. А ще 100 км необхідно добудувати. 

Прогнозують, що вартість транспортування водню складе 0,09-0,17 євро за 1 кг на 1000 км. Відносно широкий діапазон оцінок в основному пов'язаний з невизначеністю витрат на компресори.

У липні цього року в ЄС презентували водневу стратегію ("Воднева стратегія для кліматично-нейтральної Європи"). Як зазначається у документі, до 2024 року ЄС підтримає установку щонайменше 6 ГВт електролізерів та виробництво до одного мільйона тонн поновлюваного водню.

Плани щодо використання водню в Європі дуже амбітні до 2030 року передбачається, що потужність станцій для генерації відновлювального водню (із сонячної та вітрової електроенергії) зросте до 40 ГВт на території країн ЄС. 

Ще 40 ГВт потужностей Єврокомісія підтримає за межами блоку. Із них 10 ГВт пропонується реалізувати Україні.

Нові можливості для ГТС України 

Україна активно підтримує екологічні прагнення європейських країн. Маючи не лише великий потенціал для генерації сонячної та вітрової електроенергії, яку можна перетворювати на "зелений" водень, а й потужну газотранспортну мережу, Україна може стати ключовим гравцем у транспортуванні водню до Європи. 

Розуміючи це, цього року ЄС визначив Україну своїм пріоритетним партнером у реалізації Європейської водневої стратегії.

Уже зараз, за словами міністра закордонних справ Дмитра Кулеби, Україна і Німеччина обговорюють можливість використання газотранспортної системи України для перекачування водню до Німеччини.

Німеччина може бути найбільшим ринком споживання водню в ЄС, а Україна — стати надійним постачальником.

Ідею транспортування водню через українську ГТС в найближчі кілька десятиліть розглядає і "Оператор газотранспортної системи України". У компанії зазначають, що для транспортування водню необхідно проводити модернізацію трубопроводів, адже в Україні переважна більшість труб збудовані ще у 60-70-х роках.

Таку ідею в перспективі готові підтримати і в "Нафтогазі". Такий варіант там розглядали у разі, якби Росія перекрила транзит газу через Україну.

Небезпека транспортування водню

Чистий водень є значно небезпечнішим, ніж природний газ. А через те, що водень втричі легший від природного газу і в 14 легший від повітря, не має ні запаху, ні кольору, його витік складно виявити. Молекула водню настільки мала, що здатна вбудовуватися у кристалічну решітку сталі, роблячи метал крихким.

Тому труби, призначені для транспортування природного газу, повинні бути покриті всередині, або замінені на поліетиленові.

Однак найбільшою небезпекою є те, що при утворенні певної концентрації водню з киснем утворюється гримучий газ — особливо вибухонебезпечна суміш.

Тому у пілотних проектах використовують газо-водневі суміші із концентрацією водню не більше 20%. Вважається, що така пропорція є оптимальною для транспортування у газопроводах та не впливає на роботу обладнання і приладів, що працюють на газові.

Це підтвердили під час експерименту у Великобританії, тестуючи альтернативний газ у закритій мережі газопостачання студентського містечка Кілського університету.

Цей проект — відомий як HyDeploy — став першим британським випробуванням водню в реальній газовій мережі. 

Дослідження в Україні

Україна не залишається осторонь провідних досліджень. На п’яти полігонах у Житомирській, Івано-Франківській, Дніпропетровській, Волинській та Харківській областях провели експерименти для дослідження поведінки водню у газорозподільній системі України.

Випробування проводили спеціально підготовані для роботи з воднем фахівці РГК спільно з вченими Національної академії наук України та Івано-Франківського національного технічного університету нафти і газу. 

Проект унікальний тим, що для експерименту використали суміш, яка містить 99% водню. Використовувати чистий водень поки що забороняє українське законодавство.

Дослідження заплановано у кілька етапів. 

Перший експеримент провели на полігоні в Черняхові, Житомирської області ще на початку серпня. Впродовж місяця подібні експерименти повторили ще на 4 майданчиках.

Для тестування використовують модель газотранспортної системи України. На полігоні на глибині одного метра закопані звичайні сталеві та поліетиленові труби. 

Такі ж труби і приблизно у такій же пропорції (метал-поліетилен) використовуються в газорозподільній системі України. Крім цього, на майданчику є лічильники, регулятори та інше допоміжне обладнання. Систему не створювали спеціально для дослідження водню, а використали ту, на якій тренуються працівники газової компанії. Додатково встановили тільки спеціальні датчики.

Наразі уже проведено перший етап — статичні дослідження, щоб вивчити, наскільки реальною є небезпека витоку водню, зважаючи на особливості української газорозподільної мережі. 

Під час статичних випробувань фахівці аналізували вплив водню на сталеві, поліетиленові труби, запірну арматуру, ущільнювачі, газорегулююче обладнання, крани та прилади обліку.

"Мета дослідження — зрозуміти, чи можемо ми транспортувати водень в існуючій системі газопроводів без ризику для їх структури і небезпеки витоків, або ж систему необхідно модернізувати: дослідження повинні показати слабкі місця і дати відповідь на питання, що саме потрібно змінити і в яку суму це може обійтися. Ми навіть готові отримати відповідь, що неможливо транспортувати водень або його суміш з газом в українських регіональних газових мережах", — розповів директор РГК Олег Ніконоров.

Під час першого етапу випробувань витоків водню з системи не було.

Другий етап — динамічні дослідження. Вони покажуть, наскільки реально використовувати водень для побутових потреб — у котлах, газових колонках та плитах. Вони теж відбуватимуться на полігонах РГК.

Експерименти фінансуються за власні кошти компанії РГК. Оскільки використовується уже готова інфраструктура, то витрати на дослідження не надто великі. Українські фахівці готові поділитися результатами з європейськими колегами. 

"Якщо робити такі дослідження в Європі — це десятки мільйонів євро, тоді як в Україні може бути до десяти мільйонів гривень. Ми можемо ділитися з нашими європейськими колегами результатами проведених досліджень".

Перші результати будуть оголошені на 6-му газовому форумі 27 жовтня.

До використання чистого водню для побутових потреб замість газу ще далеко. І в Україні і в європейських країнах поки що реалізовуються лише пілотні проекти. Однак вартість водню знижується настільки ж швидко, як і вартість генерації чистої енергії сонячними та вітровими станціями. 

Тож, зважаючи на розвинений ринок генерації ВДЕ, велику територію і можливості для транспортування, Україна має унікальний шанс стати одним із ключових гравців на європейському ринку енергетики. І до цього потрібно готуватися вже зараз.