Найлегший елемент з нелегким характером

Нещодавно Україна представила проєкт Водневої стратегії країни та проєкт Дорожньої карти для виробництва та використання водню в Україні (далі – Дорожня карта). Їх втілення дасть змогу виробляти екологічно чисту, відновлювальну енергію. Неодмінною умовою розвитку водневої енергетики є її безпека для людей і довкілля.

Досягти цього – завдання не з простих. Адже водень є набагато вибухонебезпечнішим, ніж природний газ. І, зважаючи на його особливі властивості, він потребує значно більше уваги та заходів безпеки. Так, температура його горіння на відкритому повітрі може сягати близько 2000 0С. Концентрація пароповітряної суміші, що призводить до подальшого горіння водню, – від 4 до 75%, що набагато вище порівняно з іншими горючими газами (пропан 2,1–10%, бензин 1–7,8%).

Нижня межа займистості водню у два рази вища, ніж пропану, і в чотири – ніж бензину. Для займання небезпечної концентрації воднево-повітряної суміші може бути достатньо іскри статичної електрики на тілі людини. Окрім того, через малу щільність, в’язкість і коефіцієнт дифузії водень здатний витікати втричі швидше, ніж природний газ (1308 м/с проти 449 м/с).

Як і побутовий газ, водень не має запаху. Загалом він нешкідливий для людини. Однак його швидке виділення та накопичення в приміщенні або іншому обмеженому просторі може спричинити дефіцит кисню в повітрі, що призводить до втрати свідомості та смерті. Зріджений газ у разі потрапляння на тіло може викликати обмороження. Через малу атомну масу водень дуже легко проникає в метали, робить їх крихкими, а отже, справляє руйнівний вплив на матеріал труб, з’єднань або ємностей для зберігання.

Те, що жартувати з екологічним пальним небезпечно, підтверджує катастрофа, що сталася 6 травня 1937 р. з «королем неба», цепеліном «Гінденбург». У ній загинули 35 із 97 людей, які перебували на борту дирижабля. У результаті розслідування встановлено, що аварію спричинив витік водню. Після цього польоти на апаратах, заповнених воднем, заборонили.

Незважаючи на «неспокійний характер» цього унікального хімічного елемента й на багато інших перепон, на нього роблять ставку як на енергію майбутнього. Основними перевагами водню є те, що його ресурси невичерпні, він містить втричі більше енергії на одиницю ваги порівняно з вуглеводнями нафти чи вугілля, а головне – його горіння не супроводжується шкідливими викидами.

Нинішня енергетична система в усьому світі ґрунтується на використанні «брудних» викопних видів палива, що призводить до смертей 9 млн людей щороку. Не враховуючи витрат на лікування хвороб, пов’язаних із забрудненням повітря. «Зелена» воднева енергетика визнана найкращим ­рішенням для збереження життя і здоров’я людей, а також порятунку планети від кліматичної катастрофи. Тож невипадково інтерес до водню проявляють усі провідні країни світу.

Згідно з Водневою стратегією для кліматично нейтральної Європи до 2050 року, загальні інвестиції у відновлюваний водень в Європі можуть становити 180–470 млрд євро. Країни ЄС вже успішно втілюють сотні проєктів з розвитку водневої енергетики. Україна також долучилася до розвитку водневих енергетичних технологій. Наша держава має всі передумови, аби виробляти та продавати «зелений» водень:

• величезну мережу газопроводів;
• вагомі потужності для зберігання газу;
• достатню кількість води, вітру та сонця для генерації «зеленого» водню через електроліз;
• наукову базу і кваліфікованих фахівців;
• близькість до європейських споживачів.

Потенціал – величезний, але для того, щоб скористатися ним, потрібно виконати чимало роботи, не кажучи вже про багатомільярдні інвестиції. Одне з пріоритетних завдань на сьогодні – створення законодавчої правової та нормативно-технічної бази. ­Зокрема, щодо забезпечення безпеки під час виробництва, транспортування, зберігання, використання водню та всіх технологічних процесів, що з цим пов’язані.

ОСОБЛИВИЙ ГАЗ ПОТРЕБУЄ ОСОБЛИВОГО СПРИЯННЯ

З метою забезпечення надійності й безпеки роботи газотранспортної системи з новим енергоносієм буде впроваджено систему стандартизації в галузі водневої енергетики, розробленої на базі міжнародних стандартів і норм для цього виду палива. Водночас ­буде розроблено вимоги та заходи щодо безпеки в процесі виробництва, зберігання, транспортування та споживання водню з урахуванням сучасних технологій провідних країн ЄС.

Нині, як зазначають автори проєкту Дорожньої карти, стан національної нормативної технологічної бази щодо водню не відповідає світовому рівню. Це стосується, зокрема, правил безпеки під час його виробництва та використання. Для прикладу, чинні ­Правила безпеки при виробництві водню методом електролізу води (НПАОП 24.11-1.03-78) датовано 1978 р.

Україна є стратегічним партнером ЄС у реалізації Європейської водневої стратегії. Проте для того, щоб рухатись у цьому напрямі, потрібно внести зміни до закону про газовий ринок, кодексів газотранспортної системи і газорозподільних мереж, документиів щодо технічного обслуговування газових мереж, технічних норми, ДБН та інших нормативних актів. А вони можуть на рівні міністерств та профільних інститутів узгоджуватися роками.

Лише для закачування в газову мережу «зеленого» водню, виробленого з відновлюваних джерел енергії (вода, сонце, вітер), потрібно змінити близько 20 законодавчих актів. Щоб пілотні проєкти можна було запускати швидко, держава повинна дозволити таким проєктам з’являтися на особливих умовах, не очікуючи зміни всієї законодавчої та нормативної бази.

Такої думки дотримуються фахівці компаній ДТЕК, НАК «Нафтогаз України», «Еко-Оптіма», «Водень України» та інших підприємств, зацікавлених у розвитку водневої енергетики. Влада зобов’язана створити сприятливі умови, максимально спростити дозвільні процедури, щоб у розвитку водневої енергетики були зацікавлені вітчизняні та іноземні інвестори.

ДОВІДКОВО

Водень (гідроген) – у перекладі з латини «той, що народжує воду». Хімічний елемент Н2 є першим, найпростішим і найлегшим представником усіх хімічних елементів. Він приблизно в 14 разів легший від повітря. Крім того, це ще й найпоширеніший елемент у Всесвіті, на нього припадає близько 75% всієї маси. У своєму природному газоподібному стані (зустрічається в підземних покладах) водень невидимий, ­нетоксичний, не має запаху та смаку, що ускладнює його виявлення.

Про можливості «народжувати» за допомогою водню енергію відомо давно. Ще понад півтора століття тому британський юрист і фізик Вільям Роберт Гров писав, що «холодне горіння» кисню та водню генерує електричний струм».

Водень, який під час спалювання виділяє тільки воду, можна використовувати як заміну палива в промислових процесах, наприклад, для виробництва сталі й цементу; вироблення електроенергії; в автомобілях (яхтах, літаках, локомотивах) на водневому паливі; для опалення будинків і як чисту енергію для інших комунальних послуг.

Найбільш екологічним є водень, який отримують за допомогою відновлюваних джерел енергії (сонця, вітру, біомаси), передусім у процесі електролізу води. Частка такого «зеленого» водню поки невелика. Переважнучастину водню (78%) досі виробляют за допомогою переробки газу і нафти, що супроводжується значними викидами двоокису вуглецю.

Статтю повністю читайте в журналі № 4/2022  та Кабінеті охорони праці