Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.)
У виступі йдеться про результати спільних досліджень хіміків та матеріалознавців НАН України щодо вирішення низки ключових питань розвитку і застосування екологічно безпечних водневих джерел струму в різних галузях економіки. Зокрема, розроблено концепт безпечного і водночас економічно доцільного зб...
Gespeichert in:
| Veröffentlicht in: | Вісник НАН України |
|---|---|
| Datum: | 2025 |
| 1. Verfasser: | |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainian |
| Veröffentlicht: |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України
2025
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206058 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| Zitieren: | Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.) / О.Д. Золотаренко // Вісник Національної академії наук України. — 2025. — № 1. — С. 74-77. — укр. |
Institution
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine| id |
nasplib_isofts_kiev_ua-123456789-206058 |
|---|---|
| record_format |
dspace |
| spelling |
Золотаренко, О.Д. 2025-08-26T11:14:56Z 2025 Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.) / О.Д. Золотаренко // Вісник Національної академії наук України. — 2025. — № 1. — С. 74-77. — укр. 1027-3239 https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206058 https://doi.org/10.15407/visn2025.01.074 У виступі йдеться про результати спільних досліджень хіміків та матеріалознавців НАН України щодо вирішення низки ключових питань розвитку і застосування екологічно безпечних водневих джерел струму в різних галузях економіки. Зокрема, розроблено концепт безпечного і водночас економічно доцільного зберігання водню в балонах із сорбентом та створено матеріали для виготовлення протонпровідних мембран паливних елементів. The report discusses the results of joint research by chemists and materials scientists of the National Academy of Sciences of Ukraine on solving a number of key issues in the development and application of environmentally safe hydrogen power sources in various sectors of the economy. In particular, the concept of safe and at the same time economically feasible storage of hydrogen in cylinders with a sorbent has been developed and materials for the manufacture of proton-conducting membranes of fuel cells have been created. uk Видавничий дім "Академперіодика" НАН України Вісник НАН України З кафедри Президії НАН України Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.) Problems and prospects of creating and using hydrogen power sources (Transcript of scientific report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, November 27, 2024) Article published earlier |
| institution |
Digital Library of Periodicals of National Academy of Sciences of Ukraine |
| collection |
DSpace DC |
| title |
Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.) |
| spellingShingle |
Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.) Золотаренко, О.Д. З кафедри Президії НАН України |
| title_short |
Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.) |
| title_full |
Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.) |
| title_fullStr |
Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.) |
| title_full_unstemmed |
Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.) |
| title_sort |
проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні президії нан україни 27 листопада 2024 р.) |
| author |
Золотаренко, О.Д. |
| author_facet |
Золотаренко, О.Д. |
| topic |
З кафедри Президії НАН України |
| topic_facet |
З кафедри Президії НАН України |
| publishDate |
2025 |
| language |
Ukrainian |
| container_title |
Вісник НАН України |
| publisher |
Видавничий дім "Академперіодика" НАН України |
| format |
Article |
| title_alt |
Problems and prospects of creating and using hydrogen power sources (Transcript of scientific report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, November 27, 2024) |
| description |
У виступі йдеться про результати спільних досліджень хіміків та матеріалознавців НАН України щодо вирішення низки ключових питань розвитку і застосування екологічно безпечних водневих джерел струму в різних галузях економіки. Зокрема, розроблено концепт безпечного і водночас економічно доцільного зберігання водню в балонах із сорбентом та створено матеріали для виготовлення протонпровідних мембран паливних елементів.
The report discusses the results of joint research by chemists and materials scientists of the National Academy of Sciences of Ukraine on solving a number of key issues in the development and application of environmentally safe hydrogen power sources in various sectors of the economy. In particular, the concept of safe and at the same time economically feasible storage of hydrogen in cylinders with a sorbent has been developed and materials for the manufacture of proton-conducting membranes of fuel cells have been created.
|
| issn |
1027-3239 |
| url |
https://nasplib.isofts.kiev.ua/handle/123456789/206058 |
| citation_txt |
Проблеми і перспективи створення та використання водневих джерел струму (стенограма доповіді на засіданні Президії НАН України 27 листопада 2024 р.) / О.Д. Золотаренко // Вісник Національної академії наук України. — 2025. — № 1. — С. 74-77. — укр. |
| work_keys_str_mv |
AT zolotarenkood problemiíperspektivistvorennâtavikoristannâvodnevihdžerelstrumustenogramadopovídínazasídanníprezidíínanukraíni27listopada2024r AT zolotarenkood problemsandprospectsofcreatingandusinghydrogenpowersourcestranscriptofscientificreportatthemeetingofthepresidiumofnasofukrainenovember272024 |
| first_indexed |
2025-11-26T13:46:01Z |
| last_indexed |
2025-11-26T13:46:01Z |
| _version_ |
1850625085491118080 |
| fulltext |
74 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2025. (1)
doi: https://doi.org/10.15407/visn2025.01.074
ПРОБЛЕМИ І ПЕРСПЕКТИВИ
СТВОРЕННЯ ТА ВИКОРИСТАННЯ
ВОДНЕВИХ ДЖЕРЕЛ СТРУМУ
Стенограма доповіді на засіданні Президії
НАН України 27 листопада 2024 року
У виступі йдеться про результати спільних досліджень хіміків та мате-
ріалознавців НАН України щодо вирішення низки ключових питань розви-
тку і застосування екологічно безпечних водневих джерел струму в різних
галузях економіки. Зокрема, розроблено концепт безпечного і водночас еко-
номічно доцільного зберігання водню в балонах із сорбентом та створено
матеріали для виготовлення протонпровідних мембран паливних елемен-
тів.
Шановні учасники засідання!
Тривалий час водень залишався недооціненим джерелом енер-
гії, але тепер, коли світ намагається зменшити свою залежність
від викопного палива і декарбонізувати економіку, воднева
енергетика отримала потужний імпульс. У «зеленому» водні,
отриманому електролізом із використанням енергії з відновлю-
ваних джерел, вбачають великий потенціал.
З кожним роком у світі зростає число країн, уряди яких про-
водять політику заохочення використання водню та розгор-
тання його великомасштабного виробництва, приймають на-
ціональні стратегії розвитку водневої енергетики й інвестують
у розвиток водневих технологій. Так, німецька компанія RWE
реалізує проєкт з виробництва зеленого водню загальною по-
тужністю 300 МВт на електростанції в Лінгені і цього року вве-
ла в експлуатацію новий електролізний завод на 100 МВт по-
тужності. Алжир поставив собі за мету до 2030 р. виробляти
4 млн т зеленого водню, і для його транспортування до Євро-
пейського Союзу вже будують трубопровід довжиною 3 300 км.
У Китаї один із нафтопереробних гігантів Sinopec розпочав
будівництво найбільшого у світі заводу Ordos із запланованою
потужністю 390 МВт, інший завод Kuqa потужністю 260 МВт
має бути введено в експлуатацію в 2025 р. Провідна енергетич-
на компанія Індії Torrent Power розпочала реалізацію проєкту
ЗОЛОТАРЕНКО
Олександр Дмитрович —
кандидат хімічних наук,
старший науковий співробітник
відділу фізики та хімії
наносист ем Інституту хімії
поверхні ім. О.О. Чуйка
НАН Укр аїни
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2025, № 1 75
З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ
з виробництва зеленого водню і змішуван-
ня його з природним газом для постачання в
міську газорозподільну мережу. У США в Калі-
форнії ініціатива SoHyCal до кінця ІІ кварталу
2025 р. зможе вийти на виробництво 3 т зеле-
ного водню на добу за інноваційною техно ло-
гією електролізу H2B2.
Беззаперечним лідером у розвитку водневої
енергетики, водневих транспортних засобів та
відповідної інфраструктури на сьогодні є Ки-
тай, який спрямовує великі державні інвести-
ції в ці галузі. Однак інші країни також не па-
суть задніх. У 2024 р. у південнокорейському
місті Ульсан введено в експлуатацію перший у
світі «водневий» житловий комплекс Yuldong-
With-U на 437 квартир, який споживає тепло
та електроенергію, повністю вироблені водне-
вими паливними елементами.
У транспортній галузі помітно зростає ри-
нок транспортних засобів на водневих джере-
лах ж ивлення. Компанія Hyundai Motor пер-
шою у світі налагодила серійне виробництво
вантажних автомобілів Xcient Fuel Cell на па-
ливних елементах. За підтримки національних
урядових програм проєкти компанії активно
розвиваються у Швейцарії, Німеччині, США,
Новій Зеландії, Австралії, Південній Кореї, Із-
раїлі, Саудівській Аравії. Досвід експлуатації
Xcient Fuel Cell засвідчив, що вони дозволяють
знизити собівартість перевезення вантажів на
третину. Німецький автогігант MAN Truck &
Bus з 2013 р. виробляє міські автобуси на вод-
ні, а з 2025 р. компанія планує стати першим
європейським виробником водневих вантажі-
вок. У 2024 р. завершилося будівництво вод-
невої яхти Project 821 (США) завдовжки 119 м.
Судно оснащено паливними елементами, які
можуть працювати на водні чи етанолі, але як
альтернативу має також і дизельні генератори.
Минулого року в Китаї, Німеччині, Канаді та
деяких інших країнах було введено в експлуа-
тацію міжміські потяги на водневому паливі.
Піонером серед водневих легковиків є Toyota
Mirai, але в останні роки нові моделі водневих
автомобілів почали активно представляти такі
великі автовиробники, як Honda, BMW, Audi,
Mazda та ін. Водневі авто мають низку пере-
ваг над електромобілями: більший запас ходу
(понад 600 км), коротший час заправки, вища
потужність, економічність, компактність, але
на заваді їх поширенню стоять питання безпе-
ки експлуатації та нерозвиненість спеціальної
інфраструктури, якої вони потребують.
Водневі джерела живлення становлять ін-
терес і для виробників озброєння та військо-
вої техніки. Так, південнокорейська компанія
Hyundai Rotem представила прототип без-
шумного танка K3 на водневих паливних еле-
ментах і планує розпочати його серійне вироб-
ництво до 2040 р. Інша компанія з Південної
Кореї Hogreen Air пропонує модель безшум-
ного дрона на паливних елементах, який може
здійснювати польоти на відстань до 9 300 км і
перебувати в повітрі понад 14 годин. Ізраїль-
ська компанія Heven Drones у 2023 р. створила
на замовлення збройних сил водневий БпЛА
H2D200 з часом польоту до 8 годин на відстань
750 км. ВМС США планують у 2025 р. поста-
вити на озброєння оснащений водневим дви-
гуном розвідувальний БпЛА типу HALE (висо-
тний, з великою тривалістю польоту). Прото-
тип має розмах крила 61 м, максимальну висо-
ту польоту 20 тис. м і розрахункову тривалість
польоту 7 діб.
Перевагами водневих блоків живлення на
сьогодні є те, що вони:
• не виділяють тепла, тобто їх складно іден-
тифікувати в ІЧ-діапазоні;
• не викидають токсичні гази, тобто їх мож-
на використовувати всередині замкнених або
герметичних приміщень (підводні човни, бун-
кери, бронетехніка тощо);
• працюють безшумно, оскільки не мають
рухомих частин, які й створюють шумовий
ефект під час роботи;
• не деградують з часом, тобто після про-
стою техніку дуже легко привести в робочий
стан;
• мають на 38 % більшу енергоефективність
на одиницю маси системи порівняно з літі й-
іонними джерелами струму.
Однак виготовлення водневих блоків жив-
лення в Україні ускладнено тим, що лише
66 % необхідних для цього запчастин — укра-
76 ISSN 1027-3239. Visn. Nac. Acad. Nauk Ukr. 2025. (1)
З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ
їнського виробництва, а 34 % доводиться за-
куповувати переважно у Сполучених Штатах
Америки.
Крім того, використання водневих блоків
живлення пов’язане з трьома основними проб-
лемами:
1) забезпечення компактного та безпечного
зберігання водню — стисне ння або охолоджен-
ня водню для зберігання потребує досить зна-
чної енергії, і при цьому можуть виникати про-
блеми з безпекою;
2) необхідність застосування методів очи-
щення отриманого водню, оскільки саме чис-
тий водень здатний подовжити час роботи «на
відмову» паливного елемента;
3) підвищення енергетичної ефективності
(ККД) паливних елементів — будь-які з про-
цесів виробництва, зберігання й перетворення
водню на енергію можуть виявитися неефек-
тивними, що знижує загальну ефективність
використання водневої енергії.
Тому для того, щоб воднева енергетика ста-
ла важливим компонентом глобальної енерге-
тичної системи, ці недоліки слід подолати, що
потребує комплексного підходу та пошуку ін-
новаційних рішень. На це й були спрямовані
зусилля нашої наукової групи, яка об’єднала
співробітників Інституту хімії поверхні
ім. О.О. Чуйка НАН України та Інституту про-
блем матеріалознавства ім. І.М. Францевича
НАН України.
Вирішуючи першу проблему, ми поставили
собі за мету розробити сучасні накопичувачі
водню, в яких він зберігається у вигляді газу в
твердому тілі, на відміну від інших поширених
варіантів зберігання, в яких водень перебуває
або під високим тиском, або в зрідженому ста-
ні. Ми підібрали відповідний сорбент, який в
1 кг маси може вміщати приблизно 300 л вод-
ню. Такі накопичувачі водню належать до класу
безпечних, оскільки тиск у них становить від 1
до 50 атм, на відміну від традиційних балонів,
у яких водень може перебувати під тиском до
700 і навіть до 900 атм.
Крім того, зберігання водню в сорбенті є
економічно вигідним, оскільки немає потреби
постійно підтримувати високий тиск, що до-
зволяє майже вдвічі знизити витрати на обслу-
говування водневих станцій живлення.
Застосування сорбенту водню може до-
помогти й у вирішенні другої проблеми,
пов’язаної з очищенням водню. Залежно від
хімічного складу сорбент може, по-перше, очи-
щувати водень у процесі експлуатації накопи-
чувача водню до чистоти 99,9999 % (чотири
дев’ятки); по-друге, сорбувати водень одразу
з електролізера — незважаючи на те, що газ із
нього виходить вологий, сорбент при цьому не
деградує; і по-третє, є можливість збільшува-
ти тиск на виході з накопичувача водню, вико-
ристовуючи незначне нагрівання (20—80 °С),
що дозволяє створити на цій основі безпечні
компресори високого тиску (до 1000 атм) для
великих автомобілів чи інших накопичувачів.
Слід додати, що за необхідності цей накопичу-
вач водню можна заправляти з балонів стан-
дартним технічним воднем, який очищується
до високої чистоти в процесі гідрування робо-
чого тіла. Це спрощує логістику та знижує ви-
трати на використання водню.
Третю проблему підвищення ефективності
паливних елементів можна вирішувати двома
шляхами: 1) знижуючи вартість або зменшую-
чи кількість каталізатора, що використовуєть-
ся в процесі; 2) знижуючи вартість протонпро-
відних мембран.
Перший шлях пов’язаний або з використан-
ням матеріалів із більш розвиненою поверх-
нею, або із заміною високовартісних платино-
паладієвих каталізаторів на більш дешеві ката-
лізатори на іншій основі. Ми створили вугле-
цеві наноструктури з розвиненою поверхнею,
на яку осадили каталізатор у вигляді нанодис-
персних частинок.
Другий шлях передбачає заміну пошире-
них, але дорогих твердополімерних мембран
Nafi on на мембрани іншого хімічного складу.
Наприклад, мембрани на основі полівінілового
спирту та ароматичних кислот перевершують
Nafi on за робочими характеристиками і при
цьому мають на порядок нижчу ціну.
Сьогодні паливний елемент є найбільш вар-
тісною складовою водневого блока живлення
(приблизно 34 % загальної вартості блока). Ми
ISSN 1027-3239. Вісн. НАН України, 2025, № 1 77
З КАФЕДРИ ПРЕЗИДІЇ НАН УКРАЇНИ
розробили мембрани для паливних елементів
на основі вуглецевих наноструктур, які всере-
дині містять металеві частинки платини. Це
дає змогу збільшити строк служби паливного
елемента і знизити його собівартість, що, від-
повідно, приводить до здешевлення всього
водневого блока живлення.
Впевнений, що за належної уваги з боку дер-
жави та зацікавлених виробників наявні на-
уково-технічні розробки нашої наукової групи
та інших вчених НАН України здатні створити
умови для того, щоб у найближчій перспективі
Україна стала одним із провідних виробників
сучасних водневих джерел електричного стру-
му, в яких джерелом водню слугуватимуть на-
копичувачі, здатні зберігати водень в атомар-
ному стані.
Дякую за увагу!
За матеріалами засідання
підготувала О.О. Мележик
Oleksandr D. Zolotarenko
Chuiko Institute of Surface Chemistry of the National Academy of Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine
ORCID: https://orcid.org/0000-0001-8933-7061
PROBLEMS AND PROSPECTS OF CREATING AND USING HYDROGEN POWER SOURCES
Transcript of scientifi c report at the meeting of the Presidium of NAS of Ukraine, November 27, 2024
Th e report discusses the results of joint research by chemists and materials scientists of the National Academy of Sciences
of Ukraine on solving a number of key issues in the development and application of environmentally safe hydrogen power
sources in various sectors of the economy. In particular, the concept of safe and at the same time economically feasible
storage of hydrogen in cylinders with a sorbent has been developed and materials for the manufacture of proton-conduct-
ing membranes of fuel cells have been created.
Cite this article: Zolotarenko O.D. Problems and prospects of creating and using hydrogen power sources. Visn. Nac.
Akad. Nauk Ukr. 2025. (1): 74—77. https://doi.org/10.15407/visn2025.01.074
|