На крок ближче до водню в газових мережах

Як відомо, до 2050 року ЄС планує повністю відмовитися від використання викопного палива в енергетиці та звести викиди СО2 до нуля. 

Одним із енергоносіїв, якому відводиться велика увага в майбутньому енергобалансі, є "зелений" водень. 

Уже сьогодні в низці країн проводять дослідження з воднем щодо можливості його використання у побуті в суміші з природним газом. Це допоможе значно скоротити викиди вуглекислого газу.

Наприклад, експерти підрахували, що лише у Великобританії додавання 20% водню у газопровід може зменшити викиди вуглецю приблизно на 6 млн тонн на рік, що еквівалентно викидам 2,5 млн автомобілів.

Україна входить до переліку країн, які у майбутньому можуть стати ключовими партнерами ЄС у сфері енергетики, зокрема у виробництві та постачанні водню.

Але головна проблема водню пов’язана з його транспортуванням. Найоптимальнішим способом є трубопроводи. І деякі країни уже планують використовувати для цього існуючу газотранспортну мережу. До прикладу, в Німеччині до 2030 року планують створити мережу для транспортування водню, довжиною 1200 км.

Близько 100 км планують добудувати, а решту — переобладнати із газопроводу. 

Українська мережа газопроводів значно більш зношена і збудована з різного за якістю металу. Деякий лежить в землі понад 80 років. Але навіть трубопроводи, збудовані в незалежній Україні за замовчуванням не є придатними для транспортування водню.

Саме тому "Регіональна газова компанія" вперше в Україні спільно із українськими науковцями розпочала масштабні дослідження українських мереж на предмет можливості транспортування водню або його сумішей замість газу. 

Дослідження триватимуть до 2022 року. За цей час науковці дадуть відповідь на кілька ключових питань. Зокрема, які матеріали можна використовувати для будівництва мереж, що будуть придатними для транспортування водню, яка оптимальна суміш водню та метану з точки зору безпеки та ефективності. А найголовніше завдання — розробити дорожню карту трансформації мереж.

Перші результати досліджень, які розпочалися на початку серпня з випробувань на полігоні на Житомирщині обговорили під час VI Українського газового форуму.

Експерименти з воднем у мережі

За словами директора РГК Олега Ніконорова, в останні кілька років про водень почали значно більше говорити в контексті енергетичного переходу. 

"Ще два роки тому технологічні виставки в країнах Європи були забиті акумуляторами, батареями. На останніх виставках було презентовано багато обладнання для виробництва водню", — підкреслює він.

Якщо технологія виробництва водню є зрозумілою і випробуваною, то питання того, як цей водень безпечно зберігати і транспортувати є серйозним викликом.

"Ми дуже сподіваємося, що прийдемо до таких результатів досліджень, які дозволять в Україні почати використовувати водень синхронно із нашими європейськими колегами. Але на шляху є чимало перепон — це зношеність української газотранспортної системи, приладів, які використовуються в побуті", — переконаний Олег Ніконоров.

Європейські компанії, які проводять дослідження водню, ставлять перед собою кілька цілей. Зокрема, яким чином доставляти водень існуючими газопроводами, яка суміш є найбільш безпечною для побутових приладів та які матеріали потрібно використовувати для того, щоб використання водню було безпечним.

В Україні зношеність мереж значно вища, тож до цих цілей додається найважливіша — як трансформувати мережу таким чином, щоб вона була герметичною для водню.

"Ми побудували 5 полігонів, які повністю копіюють українські газорозподільну мережу, в різних регіонах, щоб уникнути помилки. У макет системи ми закачали водень у концентрації 99%. Було досягнуто середнього тиску — 4 кг. Перші результати свідчать про те, що 46% тиску, накачаного в умовно герметичній системі на метані, було втрачено за перші 14 днів", — розповів Олег Ніконоров.

Як розповів кандидат технічних наук ТОВ "Нафтогазбудінформатика" Кирило Костогриз, випробування показало, що ділянки середнього тиску, які мали достатню для експлуатації герметичність на природному газі, на водні мали значні витоки, які складали 0,25-0,4 %/год. і не відповідають вимогам на герметичність.

"Типовими місцями витоків були різьбові та муфтові з’єднання із застосуванням сучасних ущільнюючих матеріалів, місця під’єднання датчиків тиску та регуляторів, а також зварні шви, в тому числі і заводського виконання, що було здивуванням і для нас", — зазначив Кирило Костогриз.

Ділянки низького тиску, за попередніми даними, відповідають вимогам герметичності, оскільки падіння тиску в них не перевищує 0,1%/год. 

Під час наступних етапів досліджень концентрація водню буде знижена спочатку до 50%, а потім покроково до 30%, 20%, 10% і 5%. Мета таких експериментів — вивчити вплив водню в суміші з природним газом на матеріали та обладнання газових мереж. 

"Унікальність нашого проекту в тому, що ми почали експерименти з чистого водню —  99% — та рухаємося далі, знижуючи його концентрацію. Співпрацюючи з колегами з європейських компаній в рамках EU Hydrogen Strategy і асоціації Marcogaz, ми прийшли до висновку, що українська газорозподільна система має низку особливостей, які не дозволяють повністю запозичувати результати європейських водневих проектів", — зазначає директор департаменту стратегічного планування РГК Станіслав Казда.

Водень у побутових приладах

Паралельно із цими дослідженнями відбуваються експерименти із побутовими газовими приладами, які встановлені в будинках українців. Науковці хочуть зрозуміти, яка концентрація водню може бути допустимою для використання на цих приладах.

Випробування проводили на газовій плиті, водонагрівачі та котлі. При цьому під час дослідження фіксували теплоту згоряння, рівень викидів СО2 та інші показники, періодично змінюючи концентрацію водню і метану.

"Максимальна теплотворна здатність була досягнута у співвідношенні 50% водню та метану. При цьому чистий метан давав меншу ефективність. Ми також з’ясували, що чим більша частка водню у суміші, тим нижчий рівень утворення окису вуглецю та окису азоту", — підкреслив професор Інституту газу НАН Борис Сорока.

За попередніми результатами, максимально допустимою з точки зору безпеки при використанні на побутових газових приладах може бути 30%-ва частка водню в метані. 

Шанс для української науки

За словами Станіслава Казди, обсяг фінансування проекту — близько мільйона євро. При цьому значна частка цієї суми витрачається на роботу українських науковців.

Леонід Уніговський, який займається науковим супроводом проекту підкреслює, що дослідженнями займаються виключно українські науковці — представники чотирьох інститутів НАН (Інститут газу, Інститут електрозварювання, Фізико-механічний інститут та Інститут вугільних енерготехнологій). 

Крім того, це представники Івано-Франківського університету нафти і газу, Львівська політехніка та ДП "Івано-Франківськстандартметрологія".

За його словами, науковці спираються на результати досліджень, проведених у США та країнах ЄС, але матеріали і стан української газотранспортної системи, а також побутові прилади, відрізняються від тих, які вже були досліджені. 

Для досліджень уже розробили обладнання для змішування водню і природного газу у динамічних режимах, методичні матеріали для перевірки метрологічного обладнання.

Польові випробування на полігонах РГК триватимуть до 2022 року, і дозволять оцінити специфіку використання водню і газоводородних сумішей протягом двох опалювальних періодів.

"До 2022 року ми хочемо зрозуміти, які матеріали будуть безпечні для того, щоб запустити водень в систему. Усе це для того, щоб проводити реконструкцію та редизайн системи з урахуванням придатності матеріалів для транспортування водню", — зазначає Станіслав Казда.

Третій етап — це аналіз даних, отриманих на полігонах, і підтвердження їх в наукових лабораторіях.

Результатами проекту має бути розробка рекомендацій щодо допустимої з точки зору безпеки та ефективності концентрації водню у газо-водневій суміші, розробка рекомендацій щодо реконструкції ГРМ, а також пропозиції щодо розробки нормативних документів щодо використання водню.