Залежності від імпортного палива можна зарадити

Проблема дефіциту автомобільного палива, завдяки левовій частці імпорту (85%), уже давно нависала над Україною. Війна Росії проти України та її наслідки — руйнування Кременчуцького НПЗ, паливної інфраструктури, блокування морського шляху імпорту — вкрай загострила цю проблему. Україна потребує загальнонаціональних проєктів заміщення традиційних автомобільних палив альтернативними: біодизелем, біоетанолом, біометаном, синтетичними рідкими паливами.

Насправді Україна має розробки, здатні забезпечити науково-технічний супровід технологій виробництва альтернативних автомобільних палив. Саме час зупинитися на найбільш підготовлених до впровадження розробок, до яких долучилися спеціалісти Інституту газу.

Почнемо із загальної картини балансу викопних палив в Україні. Загальний видобуток енергетичного вугіллястановить близько 22 млн тонн, імпорт — 10 млн. Тобто частка імпорту вугілля як паливного ресурсу дорівнює 45%. Нафти в Україні видобувається лише 1,6 млн тонн. Ринок дизельного палива — 7,4 млн тонн, з яких на імпорт припадає 6,3 млн (85%). Ринок бензину — 2,1 млн тонн, імпорт — 1 млн (50%). Видобуток природного газу — 20 млрд кубометрів, споживання — 28 млрд, реальна частка імпорту становить близько 30%.

Розглянемо ситуацію з іншими автомобільними паливами.

Скраплений газ (пропан-бутан, LPG): ринок 2020 року становив майже 2 млн тонн, імпорт наближається до 80%.

Стиснений газ (метан, CNG): останніми роками автомобільні газонаповнювальні компресорні станції (АГНКС) працювали на 10% від номінальної продуктивності, потенціал використання цього виду палива становить приблизно 1 млрд кубометрів. Частку імпорту умовно можна вважати пропорційною до природного газу (30%).

Зріджений газ (метан, LNG) і водень як паливо відсутні в Україні.

Таким чином, внутрішнє виробництво традиційних автомобільних палив (бензинів, дизельного палива, пропан-бутану) в Україні практично відсутнє, — на імпорт припадає близько 80%. Натомість природний газ стає стратегічним паливом внутрішнього видобутку, і нарощування завантаження АГНКС можливе.

Потенціал для заміщення імпортованого автомобільного палива становлять альтернативні газові палива, серед яких слід виокремити:

• генераторний газ (СО+Н₂) як продукт переробки вуглецевмісних відходів;
• біогаз (СН₄+СО₂), з якого можуть бути виділені біометан і вуглекислий газ;
• водень (Н₂), а саме — біоводень, «зелений» водень, водень із вуглеводнів.

Генераторний газ і біогаз, по суті, можуть бути вироблені з однієї й тієї ж сировини — біомаси сільськогосподарських та інших органічних відходів.

В Інституті газу розроблено технологію одержання генераторного газу з деревинних відходів і гранульованих відходів сільськогосподарської діяльності. В межах промислової експлуатації підтверджено надійність, безпечність і робочі характеристики комплексів енергетичною потужністю 2 і 3 МВт (див. рис. 1). Ці газифікатори потрібно розглядати перш за все як засіб виробництва синтез-газу для синтезу рідких палив.

Газогенератор періодичної дії потужністю 2МВт

Інститут газу НАН України

Біогаз є одним із найперспективніших палив для використання саме в Україні, яка має величезний потенціал для переробки сільськогосподарських відходів.

Звалищний газ як різновид біогазу виділяється з органічної частини побутових відходів. Нами впроваджено сім проєктів видобування та утилізації звалищного газу — видобуто більш як 30 млн кубометрів метану, вироблено та поставлено в мережу на безперервній основі понад 100 млн кВт∙год електроенергії, викиди парникових газів було скорочено на більш як 500 тис. тонн (див. рис. 2). Впровадження розроблених технологій в Україні дасть змогу щороку стабільно виробляти 500 млн кубометрів метану.

Електростанція на звалищному газі потужністю 0,6 МВт

Інститут газу НАН України

Сьогодні в України весь біогаз переробляють в електроенергію за «зеленим» тарифом — встановлені потужності становлять близько 100 МВт. Оскільки нині намітився профіцит електроенергії в Україні, цей газ можна розглядати як уже існуючу сировину для одержання палива. Нами створено енергоефективну технологію виробництва біометану з біогазу, а також першу в Україні дослідну установку з отримання цільової фракції метану (концентрація 99%) та діоксиду вуглецю (також 99%). Слід зазначити, що біометан є дуже поширеним у світі паливом, — тільки в країнах Європейського Союзу існує більш як тисяча великих біометанових заводів, його щорічне виробництво становить 3,6 млрд кубометрів. У країнах Скандинавії в газових трубопроводах налічується вже до 30% біометану.

Як автомобільне паливо, біометан використовують у стисненому і рідкому вигляді. Стисненим газом переважно заправляють муніципальний транспорт, зрідженим — вантажівки для дальніх перевезень. За технічного супроводу спеціалістів Інституту газу було впроваджено систему заправок стисненим метаном (АГНКС). Також створено першу в Україні дослідну установку зрідження метану, призначену для малотоннажного виробництва зрідженого метану з високою для такого класу (до 1,5 т/год) енергоефективністю (див. рис. 3).

Фрагмент дослідно промислової установки зрідження метану

Інститут газу НАН України

Розглянемо майбутню модель виробництва та використання біометану в Україні. Приклад — найбільша в Україні біогазова установка в місті Теофіполі на Хмельниччині продуктивністю 6 тис. кубометрів біогазу на годину (близько 30 млн кубометрів на рік). Кінцевий споживач — ДП «УКРАВТОГАЗ». Таким чином, в Україні вже сьогодні можна створити пілотний ланцюжок виробництва та заправки автомобілів стисненим біометаном. Застосування в подальшому вітчизняних енергоефективних технологій одержання біогазу та біометану дасть можливість створити конкурентоспроможну вертикально структуровану галузь автомобільного газового палива.

Дуже великі перспективи в майбутньому у водню. Але для його реального використання потрібно ще створити цілу низку умов і технологій, і в цьому вбачається велика роль саме української науки. Необхідні інфраструктура виробництва, транспортування та зберігання водню, водневі автомобілі, заправні станції. Приклад із практичного використання: у вересні 2021 року в Україні зареєстрували дві вживані машини Toyota Mirai, що працюють на водні, проте в нашій країні навіть немає водневих заправок.

В Інституті газу в рамках співробітництва консорціуму «Гідроген» ведуться дослідження щодо використання водню та водневмісних газових сумішей (див. рис. 4). Доведено використання сумішей із концентрацією водню до 50%. Також досліджено вплив водню на матеріал поліетиленових труб, герметичність матеріалів і з’єднань низького та середнього тиску. Створено відповідні експериментальні стенди.

Спалювання суміші водню з природним газом

Інститут газу НАН України

Високотехнологічним продуктом може бути синтетичне паливо. Історично цей продукт виробляли країни, імпорт нафтопродуктів яким було фізично обмежено (Німеччина, ПАР). Такий проєкт, розроблений харківським ДП «Гіпрококс», передбачає будівництво нових шахт у Львівській області, газифікацію вугілля, вилучення вуглекислоти, виробництво бензину та/або диметилефіру. Заплановано виробництво 700 тис. тонн бензину та 1 млн тонн ДМЕ.

Хочу наголосити, що в сучасному світі, а тим більше у воюючій Україні, доступність і ціна тих чи інших палив швидко змінюються, не можна бути впевненим у пріоритетності їхнього використання. Те, що ще вчора вважалося недоцільним і нерентабельним, сьогодні може стати найдоступнішим. Але потрібно принаймні максимально використовувати вітчизняні можливості щодо виробництва різних палив і мати відповідний набір власних технологій.

В установах НАН України створено цілу низку технологічних рішень, які дають можливість збільшити виробництво альтернативних автомобільних палив і замістити значну частину імпорту пального. Якщо скористатися досвідом промислової переробки звалищного біогазу та забезпечити технологічну підтримку розвитку системи АГНКС, то це дасть змогу виробляти 1,2 млрд кубометрів на рік вітчизняного автомобільного біометану, що еквівалентно 1 млрд літрів бензину. Це, у свою чергу, дозволить відновити повноцінне функціонування мережі заправних станцій на 500 тис. авто та водночас сприятиме декарбонізації транспортної галузі.

На сьогодні приблизна вартість біогазу становить 12,2 грн/м³. Із нього можна отримати 65% біометану за ціною 23,5 грн/м³, витративши 1 кВт∙год/м³. Така ціна є цілком конкурентною на ринку природного газу. Власні витрати АГНКС на стиснення газу та обслуговування мережі заправок становлять близько 13 грн/м³. Ціна стисненого біометану на заправці дорівнюватиме 36,5 грн/м³ і буде конкурентною (-11%) порівняно з еквівалентом стисненого природного газу 41,64 грн, або бензину 40,83 грн. Капітальні вкладення в будівництво біометанових заводів продуктивністю 1,2 млрд кубометрів на рік становитимуть приблизно 1,6 млрд дол. США, що дасть змогу замістити річний імпорт бензину на 1,1 млрд дол.

Створені технології синтезу можуть забезпечити додаткову кількість автомобільного палива — до 2,3 млрд літрів на рік. Для цього необхідно продовжувати дослідження та зміцнювати експериментальну базу для розробки ефективних технологій одержання альтернативних автомобільних палив. Інакше нашої залежності від імпортного палива не вилікувати.