Green ammonia production for green deal of Ukraine
Ukraine's Green Energy Transition by 2050 involves a number of energy transformations in the economy, including decarbonisation, fossil fuel abandonment and the further development of renewable energy sources (RES). For a long-term storage of energy generated by RES, the chemical systems are mo...
Gespeichert in:
| Datum: | 2022 |
|---|---|
| Автори та афіліації: |
|
| Ключові слова: | keywords |
| Hauptverfasser: | , , |
| Format: | Artikel |
| Sprache: | Ukrainisch |
| Veröffentlicht: |
General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine
2022
|
| Schlagworte: | |
| Online Zugang: | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/562 |
| Tags: |
Tag hinzufügen
Keine Tags, Fügen Sie den ersten Tag hinzu!
|
| Назва журналу: | System Research in Energy |
| Завантажити файл: |
|
Institution
System Research in Energy| _version_ | 1871104063032000512 |
|---|---|
| author | Volchyn I.A. Rashchepkin , Vladyslav Cherervatskyi, Danylo |
| author_facet | Volchyn I.A. Rashchepkin , Vladyslav Cherervatskyi, Danylo |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "Volchyn I.A.",
"institution": null
},
{
"author": "Vladyslav Rashchepkin ",
"institution": null
},
{
"author": "Danylo Cherervatskyi",
"institution": null
}
] |
| author_sort | Volchyn I.A. |
| baseUrl_str | https://systemre.org/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T12:57:42Z |
| description | Ukraine's Green Energy Transition by 2050 involves a number of energy transformations in the economy, including decarbonisation, fossil fuel abandonment and the further development of renewable energy sources (RES). For a long-term storage of energy generated by RES, the chemical systems are most suitable that convert electricity into chemical energy of such types of fuels like hydrogen and ammonia, which after being burnt do not produce emissions of carbon monoxide and oxide, sulfur dioxide, or dust. Ammonia manufacturers that use traditional production technology are being themselves large consumers of fossil fuels and electricity and emit hundreds of millions of tons of carbon dioxide. An ecological alternative is the synthesis of green ammonia based on the electrolytic production of hydrogen using electricity produced by RES. But this option requires a lot of electricity. In the context of Ukraine, with an annual demand for the production of 5 million tons of carbon-free ammonia, the required consumption of electricity amounts to 55 billion kWh. To obtain green ammonia in Ukraine, it is necessary to dramatically increase the scope of nuclear power plants and RES capacities, while abandoning the use of coal-fired power plants. Decentralized production of green ammonia can become an effective regulator of electric power in the power system without restrictions on the operation of nuclear power plants and RES. The start of this production will come after the development of synthesis technologies of green ammonia and the expiration of RES preferences in the energy market of Ukraine. |
| doi_str_mv | 10.15407/pge2022.01-02.127 |
| first_indexed | 2026-03-24T02:02:13Z |
| format | Article |
| fulltext |
127
Виробництво зеленого амоніаку для зеленого вибору України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
ЕКОЛОГІЧНІ, ЕКОНОМІЧНІ ТА ПРАВОВІ ДОСЛІДЖЕННЯ
В ЕНЕРГЕТИЦІ, ЕНЕРГЕТИЧНИЙ МЕНЕДЖМЕНТ
ISSN 2522-4344 (Online), ISSN 1562-8965 (Print). The problems of general energy, 2022, 1-2(68-69): 127–138
doi: https://doi.org/10.15407/pge2022.01-02.127
УДК 620.9;661.53;662.769 Ігор Вольчин1, д.т.н., ст.наук.співр., https://orcid.org/0000-0002-5388-4984
Владислав Ращепкін1*, к.т.н., https://orcid.org/0000-0002-8031-563X
Данило Череватський2, д.е.н., ст.наук.співр., https://orcid.org/0000-0003-4038-6393;
1 Інститут теплоенергетичних технологій НАН України, вул. Андріївська, 19, м. Київ, Україна
e-mail: ceti@i.kiev.ua
2 Інститут економіки промисловості НАН України, 03057, Київ, вул. Марії Капніст, 2
* Автор-кореспондент: slava003@ukr.net
ВИРОБНИЦТВО ЗЕЛЕНОГО АМОНІАКУ ДЛЯ ЗЕЛЕНОГО ВИБОРУ УКРАЇНИ
Анотація. Зелений енергетичний перехід України до 2050 р. передбачає низку енер-
гетичних трансформацій в економіці, включаючи декарбонізацію, відмову від ви-
копного палива та подальший розвиток відновлювальних джерел енергії (ВДЕ). Для
тривалого зберігання енергії, виробленої ВДЕ, найбільш придатними є хімічні сис-
теми з конверсією електрики в хімічну енергію палив, таких як водень і амоніак, при
спалюванні яких не утворюються викиди оксиду і діоксиду вуглецю, діоксиду сірки
та пилу. Потужності виробництва амоніаку за традиційною технологією є великими
споживачами викопного палива і електроенергії та емітентами сотень мільйонів тон
діоксиду вуглецю. Екологічною альтернативою є синтез зеленого амоніаку на базі
електролізного виробництва водню за рахунок електроенергії ВДЕ. Але це потребує
великої кількості електроенергії. В умовах України при річному попиті на виробництво
5 млн т безвуглецевого амоніаку потрібно споживати 55 млрд кВт·год електроенергії.
Для отримання зеленого амоніаку в Україні необхідно різко збільшити потужності АЕС
та ВДЕ та відмовитися від використання вугільних електростанцій. Децентралізова-
не виробництво зеленого амоніаку може стати ефективним регулятором потужнос-
ті в енергосистемі без обмежень на роботу АЕС та ВДЕ. Початок цього виробництва
настане після відпрацювання технологій синтезу зеленого амоніаку та закінчення дії
преференцій ВДЕ на енергоринку України.
Ключові слова: амоніак, діоксид вуглецю, викиди, електроенергія, ВДЕ, споживач-ре-
гулятор.
1. Вступ
Протидія глобальним змінам клімату та захист
довкілля стають одним з головних пріоритетів у
світовій політиці, що підтверджено рішеннями
римського саміту G20[1] та 26-ї Конференції
Сторін РК ООН про зміну клімату COP26 (Ґлаз-
ґо, Велика Британія) [2], які відбулися восени
2021 р. Конференція COP26 задекларувала закін-
чення «вугільної» ери в економіці протягом най-
ближчого часу. Усі країни-учасники висловили
свої прагнення скоротити антропогенні викиди
парникових газів, насамперед, вуглекислого газу.
В Україні в 2020 р. було представлено проект
Концепції «зеленого» енергетичного переходу
України до 2050 р. [3], формування якої зумовле-
но істотною трансформацією підходів до розви-
тку енергетики в світі у контексті її екологізації
та декарбонізації з особливою увагою до про-
блем боротьби зі зміною клімату та досягнення
глобальних Цілей сталого розвитку, прийнятих
на саміті Генеральної Асамблеї ООН у вересні
2016 р. Стратегія Європейського Зеленого Курсу
(European Green Deal) 2019 р. [4, 5] спрямована
на істотне прискорення енергетичних транс-
формацій в країнах ЄС, що відображатиметься
на усіх сферах економіки, а також на співпраці
з іншими країнами Європи та світу. Ці транс-
формації стануть одночасно великим викликом
та можливістю для України як держави, що має
надзвичайно амбітну Угоду про асоціацію з ЄС і
є стороною Договору про заснування Енергетич-
ного Співтовариства. Визначальною метою Кон-
цепції є зменшення обсягу викидів парникових
газів таким чином, щоб у соціально прийнятний
та економічно ефективний спосіб забезпечити
перехід до кліматично нейтральної економіки
України у 2070 р. На зміну видобутку викопних
енергоресурсів має постати виробництво енер-© І. ВОЛЬЧИН, В. РАЩЕПКІН, Д. ЧЕРЕВАТСЬКИЙ, 2022
128
І. ВОЛЬЧИН, В. РАЩЕПКІН, Д. ЧЕРЕВАТСЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
гії з відновлюваних джерел. Але постає питання
зберігання електроенергії, отриманої вітровими
та сонячними (фотовольтаїчними) електростан-
ціями.
На рис. 1 представлено графічне порівнян-
ня основних технологій зберігання електричної
енергії в залежності від затребуваної потужнос-
ті та часу зберігання [6]. Системи виробництва
з електрики хімічних речовин як палива можуть
забезпечити широкий спектр екологічно придат-
них потужностей (від сотень кіловат до гігават)
і найбільш тривалі терміни зберігання енергії
(протягом тижнів і місяців) в порівнянні з меха-
нічними, тепломеханічними, електрохімічними
та електричними системами зберігання енер-
гії. Перш за все, мова йде про водень та амоні-
ак, які не містять у своєму складі вуглець. При
спалюванні водню H2 та амоніаку NH3 у повітрі
основними продуктами є водяна пара та азот, які
утворюються в газофазних реакціях:
2 H2 + O2 + 78/21 N2 → 2 H2O + 78/21 N2; (1)
2 NH3 + 3 (O2 + 78/21N2) → 3H2O + 85/7N2. (2)
Тому при спалюванні H2та NH3 відсутні вики-
ди пилу, діоксиду сірки SO2 і оксиду вуглецю CO
як забруднюючих речовин та діоксиду вуглецю
CO2 як парникового газу.
Амоніак містить 17,6.% водню і має низь-
ке значення масової нижчої теплоти згоряння
18,8 МДж/кг порівняно з воднем (120 МДж/кг)
[7]. Але амоніак має беззаперечні переваги перед
воднем щодо затрат на його зберігання та тран-
спортування [6–12]. У 2020 р. світове виробни-
цтво амоніаку становило 144 млн т. Найбільши-
ми виробниками амоніаку були Китай (48,0 млн
т), Індія (12,0 млн т), Росія (10,3 млн т) і США
(9,2 млн т) [13]. В Україні виробництво NH3 у
2020 р. становило близько 5 млн т.
Якщо зараз у світі 75% амоніаку застосову-
ється для виробництва азотних добрив [6], то в
майбутньому саме паливне призначення NH3 має
змінити попит на цю хімічну речовину. Зростан-
ня виробітку амоніаку (рис. 2) за рахунок енерге-
тичного використання як безвуглецевого палива
та носія водню матиме експоненціальний харак-
тер [14].
Амоніак як паливо для енергетики не створює
екологічних та кліматичних проблем, але ці про-
блеми виникають на стадії його виробництва.
Складність цих проблем характеризує умовний
колір продукту (від менш до більш безпечного)
[8]: «сірим» прийнято називати амоніак за тра-
диційною каталітичною технологією Габера-Бо-
ша, при виробництві якого застосовують водень,
отриманий з природного газу чи вугілля; «си-
Рис. 1. Порівняння різних технологій зберігання енергії [6]
129
Виробництво зеленого амоніаку для зеленого вибору України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
ній» – це звичайний амоніак, при виробництві
якого утворений СО2 уловлюється, утилізується
та складується; «зелений» – це амоніак, що ви-
готовляється з використанням водню, який утво-
рюється в процесі електролізу води при вико-
ристанні енергії сонячних та вітрових електро-
станцій, «жовтий» – амоніак, що виготовляється
за участю водню, який отримують електролізом
води при використанні енергії атомних електро-
станцій.
Основні зусилля науковців в останні роки
приділено переважно питанням отримання зеле-
ного амоніаку та його використання в енергети-
ці як палива чи носія водню [6–8, 12–18]. Проте
проблеми енергетичної та техніко-економічної
доцільності його застосування поки що не при-
вертали до себе належної уваги.
Це дослідження присвячено особливостям
виробництва зеленого амоніаку для України з
метою визначення найбільш раціональних шля-
хів подальшого розвитку.
2. Основна частина
Традиційний процес Габера-Боша отримання
амоніаку відбувається при високій температурі
(450–600 °C) і під тиском (10 МПа–25 МПа) в
присутності заліза як каталізатора згідно хіміч-
ної реакції [13]:
N2 + 3H2 ↔ 2NH3 – 92 кДж/моль. (3)
Джерелом N2 при використанні методу Га-
бера-Боша є азот повітря, а джерелом водню –
вуглеводневе паливо, насамперед природний
газ або вугілля. У такому процесі при паровому
риформінгу відбувається конверсія вуглеводне-
вих сполук палива в водень з виділенням зна-
чної кількості CO2. Хоча реакція (3) є екзотер-
мічною, але для забезпечення умов проведення
високотемпературного синтезу амоніаку під
тиском витрачаються значні кількості теплової
та електричної енергії. У США в 2010 р. на ви-
робництво 1т NH3 було витрачено в середньому
4700 кВтгод теплової енергії, 415 кВт·год елек-
троенергії та 6300 кВт·год теплової енергії, за-
пасеної у використаному CH4 [19].
У табл. 1 наведено регіональні значення спо-
живання енергії та викидів CO2 при виробни-
цтві NH3. Великі значення питомого споживан-
ня енергії та питомих викидів діоксиду вуглецю
в Китаї та Індії пояснюються переважним ви-
користанням вугілля як сировини для виробни-
цтва водню.
Таблиця 1. Cпоживання енергії та викиди
діоксиду вуглецю при виробництві амоніаку [13]
Р егіон
Споживання
енергії,
МДж/т NH3
Викиди діоксиду
вуглецю, т
CO2-екв/т NH3
Західна Європа 41,6 2,34
Північна Америка 45,5 2,55
Росія і Центральна
Європа 58,9 3,31
Китай та Індія 64,3 5,21
Інші країни 43,7 2,45
Середньосвітове 52,8 3,45
Рис. 2. Факт та прогноз світового виробітку амоніаку [13]
130
І. ВОЛЬЧИН, В. РАЩЕПКІН, Д. ЧЕРЕВАТСЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
Загальносвітові викиди вуглекислого газу
від виробництва амоніаку в 2020 р. становили
майже 500 млн т CO2, а споживання електро-
енергії для цього було близько 60 млрд кВт·год.
В Україні при річному виробництві 5 млн т амо-
ніаку у 2020 р. було спожито 2,08 млрд кВт·год
електроенергії та утворилося 16,6 млн т діокси-
ду вуглецю.
Взагалі, переважна частина електроенергії в
світі виробляється на теплових електростанціях
шляхом спалювання викопного палива, при спа-
люванні якого утворюється мільйони тон забруд-
нюючих речовин та сотні мільйонів тон діоксиду
вуглецю. Використання цього джерела електро-
енергії робить виробництво амоніаку «сірим».
Екологічно полярним виробництву «сірого»
NH3 є «зелений» амоніак [8], що використовує
електроенергію від відновлювальних джерел
енергії. Джерелом водню є вода, при електролізі
якої утворюються водень та кисень за ендотер-
мічною реакцією розкладання:
H2O ↔ H2 + ½O2 + 285,8 кДж/моль. (4)
Мінімальні питомі витрати енергії на отри-
мання водню з води bH2 за реакцією (4) станов-
лять 39,69 кВт·год/кг H2 або 142,9 МДж/кг H2.
Нижча масова теплота згоряння водню стано-
вить QH2 = 120 МДж/кг, і максимально можливий
конверсії електричної енергії в хімічну енергію
водню становить
kH2 = QH2/bH2 = 120/142,9×100% = 84,0%. (5)
При реальних значеннях питомих витрат
енергії на отримання водню шляхом електролізу
з води близько 50 кВт·год/кг H2 [20] коефіцієнт
конверсії електричної енергії в хімічну енергію
водню становитиме 66,66%.
Питомі витрати електроенергії на отриман-
ня азоту шляхом розділення повітря становлять
bN2 = 0,375 кВт·год/кг [21, 22]. Тоді мінімальні
питомі витрати електроенергії на «зелений» амо-
ніак bNH3 можна оцінити за такою формулою:
bNH3 = bN2 × (14/17) + bH2 × (3/17); (6)
bNH3 = 0,375 × (14/17) + 39,70 × (3/17) = 7,31
кВт·год/кг.
Максимально можливий коефіцієнт конвер-
сії електричної енергії в хімічну енергію амо-
ніаку kNH3 при питомій витраті електроенергії
на «зелений» амоніак bNH3 = 7,31 кВт·год/кг або
26,31 МДж/кг становитиме
kNH3 = QNH3/bNH3 = 18,8/26,31×100% = 71,14%. (7)
Значення реальних питомих витрат електрое-
нергії на утворення амоніаку залежить від техно-
логії виробництва. При застосуванні удосконале-
ного «зеленого» процесу Габера-Боша з викорис-
танням «зеленого» водню з питомими витратами
електроенергії 50кВтгод/кг H2 мінімальні питомі
витрати на утворення амоніаку становитимуть
не 9,13 кВт·год/кг NH3, а 9,55 кВт·год/кг NH3 за
рахунок витрат електроенергії на технологічний
процес [22].
На сьогодні питомі витрати електроенергії
при застосуванні «зеленого» варіанту технології
Габера-Боша з використанням електролізу води
оцінюються на рівні 11 кВт·год/кг амоніаку [22],
а коефіцієнт конверсії електроенергії в хімічну
енергію амоніаку становить 47,5%. Очікується,
що при промисловому впровадженні техноло-
гій електрохімічного синтезу амоніаку питомі
витрати електроенергії становитимуть близько
8 кВтгод/кг NH3 [20] з коефіцієнтом конверсії
електроенергії в хімічну енергію NH3 65,3%.
Отримання зеленого амоніаку відповідає меті
зеленого енергетичного переходу України, але ви-
магатиме споживання великої кількості електро-
енергії. Для виробництва 5 млн т амоніаку (рівень
2020 р. для України) потрібно витратити 55 млрд
кВт·год або 151 млн кВт·год за добу з середньо-
зваженою спожитою потужністю 6,28 ГВт.
У табл. 2 представлено дані про виробництво
електроенергії в ОЕС України за 2016–2020 рр.
[23]. Для річного виробництва 60,5 млрд кВт·год
електроенергії, необхідної для виробництва
5 млн т безвуглецевого «зеленого» амоніаку, не-
обхідно залучати 41,22% усієї виробленої елек-
троенергії в Україні в 2020 р. або 65,38% елек-
троенергії всієї безвуглецевої енергетики Укра-
їни, яка включає атомні електростанції (АЕС),
відновлювальні джерела енергії (ВДЕ), до яких
відносять сонячні електростанції (СЕС), вітрові
електростанції (ВЕС), електростанції на біопа-
ливі (БіоЕС), а також гідравлічні та гідроакуму-
лятивні електростанції (ГЕС і ГАЕС).
Наразі для виробництва «сірого» амоніаку в
Україні використовується 1,56% загального об-
сягу виробленої електроенергії. Якщо перейти
на безвуглецеве виробництво амоніаку, то для
отримання за рік теперішніх 5 млн т NH3 з ураху-
ванням витрат електроенергії електростанцій (в
середньому 10 %) необхідна середньозважена по-
тужність електростанцій становитиме 6,91 ГВт, а
для виробництва «сірого» амоніаку за традицій-
ною технологією була потрібна середньозважена
потужність електростанцій 0,26 ГВт. Потреба в
додатковій потужності генерації електроенергії
для виробництва «зеленого» амоніаку становить
6,65 ГВт. Тому потрібне введення нових генеру-
ючих безвуглецевих потужностей.
За даними НЕК «Укренерго», у 2021 р. за-
требувана потужність в ОЕС України в день зи-
131
Виробництво зеленого амоніаку для зеленого вибору України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
мового сонцестояння (максимум споживання)
змінювалася в межах з 18 до 24 ГВт, при цьому
потужність атомних електростанцій (АЕС) ста-
новила 12,8 ГВт, загальна потужність вугільних
теплоелектростанцій генеруючих компаній (ТЕС
ГК) змінювалася в межах 2,65–5,74 ГВт, а по-
тужність ВДЕ була в діапазоні 0,248–1,048 ГВт.
Під час літнього сонцестояння 24.06.2021 р. за-
гальна потужність в ОЕС України змінювалася
з 13 до 17 ГВт, при цьому потужність атомних
електростанцій АЕС становила 8,5 ГВт, загаль-
на потужність ТЕС ГК компаній змінювалася в
межах 2,65–5,07 ГВт, а потужність ВДЕ лежала в
діапазоні 0,096–3,430 ГВт. Отже, в ОЕС України
затребувана потужність ТЕС ГК була в діапазо-
ні від 2,65 до 5,74 ГВт. Таким чином потреба в
«зелених» потужностях енергетики для генерації
зеленого амоніаку перевищуватиме максимально
затребувану в ОЕС України потужність вугіль-
них ТЕС ГК – 5,74 ГВт.
Середньозважена потужність ТЕС ГК в 2020 р.
становила 4.52 ГВт. У тому ж 2020 р. вугільні
ТЕС ГК виробили 39,6 млрд кВт·год електро-
енергії з питомими витратами умовного палива
на рівні 407 г/кВт·год відпущеної електроенер-
гії [23] (або 364 г/кВт·год виробленої електро-
енергії), оціночне споживання на них вугіл-
ля становило 14,26 млн т умовного палива або
19,01 млн т вугілля з теплотою згоряння 5250
ккал/кг (21,98 МДж/кг). Питомі викиди діоксиду
вуглецю при спалюванні вугілля в котлах стано-
вили 1050–1150 г/кВт·год відпущеної електро-
енергії [24], тому оцінка валових викидів вугле-
кислого газу від ТЕС ГК має значення 39,6 млн т.
Зелений енергетичний перехід України пе-
редбачає відмову від використання вугільних
ТЕС. Закриття ТЕС ГК дозволить повністю по-
збутися викидів забруднюючих речовин та діо-
ксиду вуглецю, що утворюються при спалюван-
ні вугілля, а саме в 2020 році – 161,2 тис. т золи,
581,1 тис. т діоксиду сірки, 86,0 тис. т оксидів
азоту, 6,0 тис. т оксиду вуглецю та 39,6 млн т
вуглекислого газу.
Здійснення одночасно переходу на виробни-
цтво зеленого амоніаку та відмови від генерації
електроенергії вугільними теплоелектростанці-
ями дозволить скоротити викиди вуглекислого
газу на 57,2 млн т CO2. Але для цього потрібно
корінним чином змінити структуру генеруючих
потужностей ОЕС України. При переході на ви-
робництво «зеленого» амоніаку необхідно зміни-
ти діапазони наявних потужностей в ОЕС Укра-
їни: при літньому сонцестоянні до 20–24 ГВт, а
при зимовому сонцестоянні – до 25–31 ГВт.
За даними НЕК «Укренерго» встановле-
на електрична потужність ОЕС України на
01.12.2021 становила 56098 МВт. У табл. 3 при-
ведено розподіл потужностей по енергоресурсах,
Таблиця 2. Динаміка виробництва та імпорту електроенергії в Україні [23]
Річний обсяг, млн кВт·год 2016 2017 2018 2019 2020
АЕС 80950,0 85576,2 84398,1 83002,7 76202,5
ТЕС генеруючих компаній (ГК) 49902,3 44960,2 47792,0 44915,1 39562,6
ТЕЦ, когенераційні установки, блок-станції 13286,1 12414,7 12519,6 12638,5 14643,3
ГЕС та ГАЕС (з вирахуванням споживання
ГАЕС у насосному режимі) 7218,8 8400,2 9862,3 6033,8 5466,1
Відновлювані джерела (ВЕС, СЕС, інші) 1560,0 1896,3 2632,4 5542,2 10862,1
Імпорт 0,0 0,0 0,0 2698,5 2284,9
Всього 152917,2 153247,6 157204,4 154830,8 149021,5
Таблиця 3. Встановлена електрична потужність ОЕС України
Тип
електростанції
Встановлена потужність, МВт
на 31.12.2011 на 31.12.2016 на 01.12.2021 прогноз на 31.12.2034
АЕС 13835,0 13835,0 13835,0 26800
ТЕС ГК 27272,0 24565,0 21842,0 0
ТЕЦ 6429,8 5946,8 6118,7 4900
ГЕС 4603,5 4711,0 4829,3 4800
ГАЕС 861,5 1509,5 1487,8 1500
СЕС 187,5 458,0 6226,2 12000
ВЕС 121,3 300,4 1529,0 5500
Станції на біопаливі 0,0 62,6 230,0 500
РАЗОМ 53310,6 51388,3 56098,0 55000
132
І. ВОЛЬЧИН, В. РАЩЕПКІН, Д. ЧЕРЕВАТСЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
які використовуються для генерації електроенер-
гії за 10 років, та авторський прогноз розподілу
після закриття ТЕС ГК.
Оскільки для умов України в грудні харак-
терна дуже слабка сонячна радіація та незначна
вітрова активність, то для покриття мінімаль-
ної потужності в день зимового сонцестояння
(25 ГВт) потрібно використовувати атомні елек-
тростанції, гідроелектростанції та теплоелек-
троцентралі, які будуть працювати на природ-
ному газі. Для покриття максимальної потуж-
ності (31 ГВт) потрібно використовувати ще
потужності ГАЕС.
Для сталості роботи енергосистеми в умовах
добової зміни споживання пропонується вико-
ристовувати потужні споживачі-регулятори, які
здатні споживати електроенергію при її надлиш-
ку в енергомережі [25, 26]. В статті [18] пропо-
нується використовувати електричні теплоге-
нератори, що споживатимуть електроенергію
вугільних енергоблоків, які не будуть відключа-
тися під час нічних провалів споживання. Це до-
зволить економити значну кількість палива, на-
самперед, природного газу, та покращити умови
роботи тепломеханічного обладнання теплових
електростанцій. Але при цьому вугільні ТЕС бу-
дуть викидати додаткові кількості забруднюючих
речовин та діоксиду вуглецю.
Децентралізоване виробництво «зеленого»
амоніаку можна використати як ефективний
споживач-регулятор в ОЕС України. Амоніак
має і буде мати великий попит на перспекти-
ву як мінеральне добриво та як носій водню і
безвуглецеве екологічне паливо. Накопичено
більш, ніж сторічний досвід його безпечного
зберігання та транспортування у великих кіль-
костях [8, 10, 11, 18].
Для реалізації опції виробництва «зеленого»
амоніаку основні потужності ОЕС України змо-
жуть весь час працювати у базовому наванта-
женні. У такому разі різницю потужностей між
виробництвом та споживанням можна направ-
ляти на установки виробництва амоніаку, для
яких потрібні лише вода, повітря та електрична
енергія. Під час нічного провалу споживання
електроенергії, наприклад, «надлишкові» в се-
редньому 3 ГВт потужності протягом 6 год. мож-
на перетворити в 1634,4 т/день або 0,597 млн
т/рік зеленого амоніаку. Уся «надлишкова»
електроенергія, яка виробляється з ВДЕ, може
бути сприйнята в ОЕС України і направлена на
виробництво NH3.
На рис. 3 приведено розраховані авторами
сценарії розподілу потужності в ОЕС України
для виробництва електроенергії і розподілу по-
тужності для споживання електроенергії в зимо-
вий день, відповідно, у разі відмови від викорис-
тання вугільних ТЕС ГК та переходу на виробни-
цтво зеленого амоніаку.
За запропонованим зимовим сценарієм АЕС
та газові ТЕЦ працюватимуть в базовому на-
вантаженні, 21800 МВт і 3400 МВт відповідно.
Вітрові та сонячні електростанції, які матимуть
велику встановлену потужність, генеруватимуть
електроенергію в залежності від погодних умов.
При цьому добове виробництво електроенергії
на сонячних електростанціях буде набагато мен-
шим, ніж на вітрових, 11,7 млн кВт·год і 56,0 млн
кВт·год відповідно. Добовий виробіток електро-
енергії на ГЕС і ГАЕС оцінюється в 21,0 кВт·год,
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
АЕС ТЕЦ ГЕС+ГАЕС ВЕС СЕС БіоЕС
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Споживачі ГАЕС NH3
а) б)
Рис. 3. Потужність на виробництво (а) та потужність на споживання (б) електроенергії, МВт,
зимовий день
35000
АЕС ТЕЦ ГЕС+ГАЕС ВЕС СЕС БіоЕС
133
Виробництво зеленого амоніаку для зеленого вибору України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
а ГАЕС у режимі накопичення (насосному режи-
мі) витратять за добу 8,1 млн кВт·год. Добова
потреба в електроенергії споживачами України
становитиме 473,2 млн кВт·год. Діапазон зміни
потужності у споживанні електроенергії склада-
тиме від 16500 до 22000 МВт. На виробництво
амоніаку буде спрямовано від 4180 до 7900 МВт
потужності, а добове споживання електроенергії
на ці цілі оцінюється у 149,15 млн кВт·год. Цієї
енергії вистачить для виробництва 13,6 тис. т зе-
леного амоніаку.
На рис. 4 приведено авторські сценарії роз-
поділу потужності в ОЕС України для виробни-
цтва електроенергії і розподілу потужності для
споживання електроенергії в літній день, відпо-
відно, у разі відмови від використання вугільних
ТЕС ГК та переходу на виробництво зеленого
амоніаку.
За літнім сценарієм АЕС працюватимуть на
базовому навантаженні 19000 МВт. Більшість
потужностей газових ТЕЦ перебуватимуть у
стані проведення робіт, пов’язаних з підготов-
кою до опалювального сезону, тому їх потуж-
ності для ОЕС обмежаться на рівні 300 МВт.
Вітрові та сонячні електростанції будуть виро-
бляти в літній період значні кількості електро-
енергії. Добове виробництво електроенергії на
сонячних електростанціях оцінюється в обсязі
91,0 млн кВт·год, а для вітрових електростан-
цій – 80,0 млн кВт·год. Добовий виробіток елек-
троенергії на ГЕС і ГАЕС оцінюється в 21,0
кВт·год. Добова потреба в електроенергії спожи-
вачами України становитиме 420,7 млн кВт·год.
Потреба в потужності для споживанні електро-
енергії лежить в діапазоні від 14700 до 20300
МВт. «Зайву» (надлишкову) потужність в ОЕС
України в кількості від 2,02 до 11,47 ГВт можна
направити на виробництво безвуглецевого амо-
ніаку. Добове споживання електроенергії на ви-
робництво NH3 становитиме 163,04 млн кВт·год.
З такої кількості електроенергії можна виробити
14,8 тис. т зеленого амоніаку. При середньоріч-
ному добовому виробітку зеленого амоніаку 14,2
тис. т його річне виробництво становитиме 5,18
млн т. Таким чином змінне споживання електро-
енергії для децентралізованого виробництва зе-
леного амоніаку може успішно замінити манев-
рені потужності вугільних ТЕС ГК (до 5,74 ГВт),
які наразі використовуються в ОЕС України.
Але, крім технологічної та екологічної доціль-
ності переходу на виробництво «зеленого» амо-
ніаку, слід розглядати також економічні фактори.
Існуюча наразі в Україні система матеріальної
стимуляції виробництва «зеленої» електроенер-
гії на СЕС та ВЕС робить її найдорожчою в Єв-
ропі та є основною причиною дисбалансу на
ринку електроенергії [27]. Тому на сучасному
етапі відмова від вугільних ТЕС та від викорис-
тання природного газу при виробництві амоніаку
зроблять і безвуглецеву електроенергію, і «зеле-
ний» амоніак неконкурентоздатними [28].
Протягом наступного десятиліття після від-
працювання промислових технологій електро-
хімічного синтезу амоніаку «зелений» амоніак
зможе конкурувати з «сірим» чи «синім» [8, 29].
Після закінчення дії преференцій для відновлю-
вальних джерел енергії на ринку електроенергії
в Україні стане доцільним перехід на безвугле-
цеву генерацію електроенергії, і виробництво
«зеленого» амоніаку.
а) б)
Рис. 4. Потужність на виробництво (а) та потужність на споживання (б) електроенергії, МВт,
літній день
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
АЕС ТЕЦ ГЕС+ГАЕС ВЕС СЕС БіоЕС
0
5000
10000
15000
20000
25000
30000
35000
1 3 5 7 9 11 13 15 17 19 21 23
Споживачі ГАЕС NH3
134
І. ВОЛЬЧИН, В. РАЩЕПКІН, Д. ЧЕРЕВАТСЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
При збереженні теперішньої частки України в
світовому виробництві амоніаку (близько 3,5%)
прогнозне значення вітчизняного виробництва
NH3 на 2050 р. становитиме близько 42 млн т.
Переважна частина амоніаку буде використову-
ватися в енергетичних цілях як носій водню для
установок водневої енергетики, включаючи авто-
заправні станції та енергоустановки на водневих
паливних комірках, і як паливо для установок ве-
ликої та децентралізованої енергетики. Для цього
потрібно забезпечити виробництво 450–460 млрд
кВтгод «зеленої» електроенергії, що більш, ніж
втричі перевищує рівень споживання електро-
енергії в Україні в 2020 р. Середньозважена
електрична потужність для виробництва та-
кої кількості зеленого NH3 становитиме 51,3–
52,5 ГВт. Таке значення близьке до існуючої за-
гальної встановленій потужності ОЕС України в
2021 р. – 56,0 ГВт. У такому разі за рахунок вве-
дення в експлуатацію додаткових 60–70 ГВт по-
тужностей ВДЕ (сонячних та вітрових електро-
станцій) загальна потужність ОЕС України має
зрости до 125–135 ГВт.
Зараз у світі реалізуються декілька пілотних
проектів виробництва зеленого амоніаку за раху-
нок електроенергії від сонячних електростанцій,
розташованих в пустельних районах поблизу
моря чи океану, та вітрових офшорних електро-
станцій – в Австралії [30], Чилі [31], Саудівській
Аравії [8] тощо. На них вартість генерації елек-
троенергії буде нижчою, ніж на теплових елек-
тростанціях на викопному паливі, вже в най-
ближчі роки.
3. Вдячність
Викладені в статті матеріали були отримані
авторами при виконанні науково-дослідної ро-
боти «Технол огічні, екологічні та економічні
аспекти безвуглецевої амонійної енергетики»
в рамк ах Цільового міждисциплінарного про-
єкту НАН України «Науково-технічні та еконо-
міко-екологічні засади низьковуглецевого роз-
витку України».
4. Висновки
1. Зелений вибір України передбачає зменшен-
ня негативного впливу викидів парникових газів
та забруднюючих речовин на природне довкілля
і клімат шляхом скорочення споживання викоп-
них джерел енергії. Очікуване різке зростання
виробітку електроенергії на відновлювальних
джерелах енергії висуває на порядок денний пи-
тання її зберігання. При використанні хімічних
систем зберігання енергії електроенергія конвер-
тується в хімічну енергію палив, які можна нако-
пичувати тривалий час. Серед цих палив водень
та амоніак мають екологічну перевагу, оскільки
при спалюванні H2 і NH3 відсутні викиди оксиду
та діоксиду вуглецю, діоксиду сірки та твердих
частинок.
2. Амоніак використовується не тільки для
виробництва азотних добрив. Він є також носі-
єм водню та безпосередньо паливом. Традиційне
виробництво амоніаку пов’язане зі споживан-
ням великих кількостей вуглеводневого палива
і електричної та теплової енергії та значними
викидами вуглекислого газу. Зеленою альтерна-
тивою виробництва «сірого» амоніакує його син-
тез з азоту повітря та водню, отриманого шля-
хом електролізу води за рахунок електроенергії,
отриманої від відновлювальних джерел енергії.
Питомі витрати електроенергії на виробництво
безвуглецевого амоніаку становить близько
11 кВт·год/кг, а коефіцієнт конверсії електро-
енергії в хімічну енергію амоніаку як палива ста-
новить близько 50%.
3. Переведення виробництва амоніаку від ви-
користання природного газу на електрохімічні
способи отримання продукту відповідає цілям
зеленого енергетичного переходу України, але
потребує великих витрат електроенергії. Для річ-
ного виробітку 5 млн т NH3 необхідне споживання
становить 55 млрд кВт·год або 151 млн кВт·год за
добу з середньозваженою потужністю 6,28 ГВт.
За традиційною технологією річне споживання
електроенергії для виробництва амоніаку стано-
вило 2,08 млрд кВт·год. У 2020 р. загальне ви-
робництво електроенергії в Україні становило
близько 150 млрд кВт·год. Тому забезпечення
виробництва «зеленого» амоніаку вимагатиме
наявності в ОЕС України 18 ГВт потужностей
відновлювальних джерел енергії та 26,8 ГВт по-
тужностей атомних електростанцій; при цьому
будуть виведені з експлуатації вугільні електро-
станції загальною потужністю 21,8 ГВт, як осно-
вні джерела викидів забруднюючих речовин та
парникових газів.
4. Пропонується використати потужності ви-
робництва зеленого амоніаку як ефективні спо-
живачі-регулятори, що дозволить основним ге-
неруючим потужностям ОЕС України працювати
в базовому режимі. Змінне споживання електрое-
нергії для децентралізованого виробництва зеле-
ного амоніаку може успішно замінити маневрені
потужності вугільних ТЕС ГК (до 5,74 ГВт). «За-
йва» (надлишкова) електроенергія під час нічних
провалів споживання та при «надмірному» виро-
бітку електроенергії на ВДЕ буде направлятися
на виробництво амоніаку. Запропоновані сцена-
рії виробітку та споживання електроенергії пе-
редбачають направлення від 4 до 8 ГВт взимку та
від 2 до11 ГВт влітку на виробництво амоніаку.
135
Виробництво зеленого амоніаку для зеленого вибору України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
5. Запровадження виробництва зеленого амо-
ніаку в Україні стане доцільним після відпрацю-
вання промислових технологій електрохімічного
синтезу амоніаку та закінчення дії преферен-
цій ВДЕ на ринку електроенергії. У разі різкого
зростання попиту на зелений амоніак для енер-
гетичних потреб загальна встановлена потуж-
ність ОЕС України має зрости до 125–135 ГВт
за рахунок нових потужностей відновлювальних
джерел енергії.
Конфлікт інтересів
Автори засвідчують відсутність конфлікту ін-
тересів.
П осилання
1. G20 Romeleader’sdeclaration. URL: https://www.
g20.org/wp-content/uploads/2021/10/G20-ROME-
LEADERS-DECLARATION.pdf (дата звернення:
10.01.2022).
2. Endofcoalinsightat COP26. URL: https://ukcop26.
org/end-of-coal-in-sight-at-cop26 \(дата звернення:
10.01.2022).
3. Концепція «зеленого» енергетичного переходу
України до 2050 року. Проєкт. URL: https://mepr.
gov.ua/fi les/images/news_2020/14022020/pdf_зеле-
на_концепція.pdf (дата звернення: 10.01.2021).
4. Communication from the Commission to the
European Parliament, the European Council,
the Council, the European Economic and Social
Committee and the Committee of the Regions. The
European Green Deal. COM (2019) 640 fi nal. URL:
https://ec.europa.eu/info/sites/info/files/european-
green-deal-communication_en.pdf (дата звернення:
21.12.2021).
5. Annex to the Communication from the Com-
mission to the European Parliament, the European
Council, the Council, the European Economic and
Social Committee and the Committee of the Re-
gions. The European Green Deal. COM (2019) 640
fi nal. URL: https://ec.europa.eu/info/sites/info/fi les/
european-green-deal-communication_en.pdf (дата
звернення: 21.12.2021).
6. Valera-Medina A., Xiao H., Owen-Jones M., David
W.I.F., Bowen P.J. Ammonia for power. Progress in
Energy and Combustion Science. 2018. 69. 63—102.
https://doi.org/10.1016/j.pecs.2018.07.001
7. Zamfirescu C., Dincer I. Using ammonia as a
sustainable fuel. Journal of Power Sources. 2008.
185. 459—465. https://doi.org/10.1016/j.jpow-
sour.2008.02.097
8. Tullo, A.H. (2021). Is ammonia the fuel of the
future? Chemical and Engineering News, Vol. 99,
Iss. 8. URL: https://cen.acs.org/business/petrochem-
icals/ammonia-fuel-future/99/i8 (дата звернення:
21.12.2021).
9. Salmon N., Bañares-Alcántara R. Green ammo-
nia as a special energy vector: a review. Sustainable
Energy Fuels, 2021, 5. 2814—2839; https://doi.
org/10.1039/d1se00345c
10. Chehade G., Dincer I. Progress in green am-
monia production as potential carbon-free fuel.
Fuel, 2021. 299. 120845. https://doi.org/10.1016/j.
fuel.2021.120845
11. Elishav O., Mosevitzky Lis B., Valera-Medina A.,
Grader G.S. (2021). Storage and Distribution of Am-
monia. Chapter 5. In Techno-Economic Challenges of
Green Ammonia as an Energy Vector. Elsevier Inc.,
85—103. https://doi.org/10.1016/B978-0-12-820560-
0.00005-9
12. Erdemir, D., & Dincer, I. (2020). A perspective
on the use of ammonia as a clean fuel: challenges
and solutions. Int. J. Energy. Res. 1—8. https://doi.
org/10.1002/er.6232
13. Li, J., Lai, S., Chen, D., Wu, R, Kobayashi, N.,
Deng, L. & Huang, H. (2021). A Review on Combus-
tion Characteristics of Ammonia as a Carbon-Free
Fuel. Front. Energy Res., 9. 760356. https://doi.
org/10.3389/fenrg.2021.760356
14. Yapicioglu A., Dincer I. A review on clean am-
monia as a potential fuel for power generators. Re-
newable and Sustainable Energy Reviews. 2019. 103.
96—108. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.12.023
15. Kyriakou V., Garagounis I., Vasileiou E., Vour-
rosA., Stoukides M. Progress in the Electrochemical
Synthesis of Ammonia. Catalysis Today. 286. 2—13.
https://doi.org/10.1016/j.cattod.2016.06.014
16. Garagounis I., Vourros A., Stoukides D., Daso-
poulos D., Stoukides M. Electrochemical Synthesis of
Ammonia: Recent Eff orts and Future Outlook. Mem-
branes, 2019, 9. 112. https://doi.org/10.3390/mem-
branes9090112
17. Lan, R., Irvine, J.T.S. & Tao, S. Synthesis of am-
monia directly from air and water at ambient tempera-
ture and pressure. Sci. Rep. 2013. 3. 1145; https://doi.
org/10.1038/srep01145
18. Valera-Medina A., Amer-Hatem F., Azad A.K.,
Dedoussi I.C., de Joannon M., Fernandes R.X., Glar-
borg P., Hashemi H., HeX., Mashruk S., McGowan J.,
Mounaim-Rouselle C., Ortiz-Prado A., Ortiz-Valera A.,
Rossetti I., Shu B., Yehia M., Xiao H., Costa M. (2021).
Review on Ammonia as a Potential Fuel: From Syn-
thesis to Economics. Energy Fuels, 35. 6964—7029.
https://doi.org/10.1021/acs.energyfuels.0c0368
19. Energy Effi ciency and Cost Saving Opportunities
for Ammonia and Nitrogenous Fertilizer Production.
An ENERGY STAR® Guide for Energy & Plant Man-
agers; March 2017. URL: https://www.energystar.gov/
sites/default/fi les/tools/Fertilizer_guide_170418_508.
pdf (дата звернення: 21.12.2021).
20. Soloveichik G. Electrochemical synthesis of ammo-
nia as a potential alternative to the Haber-Bosch process.
Nature Catalysis. 2019. Vol. 2. May 2019. 377—380.
https://doi.org/10.1038/s41929-019-0280-0.
21. Air separation plants.History and technological
progress in the course of time (2019). URL: https://
www.linde-engineering.com/en/images/Air-separa-
tion-plants-history-and-technological-progress-2019_
tcm19-457349.pdf (дата звернення: 21.12.2021).
22. Nayak-Luke R., Bañares-Alcántara R., Wilkin-
son I. ‘Green’ ammonia: Impact of renewable ener-
gy intermittency on plant sizing and levelized cost
136
І. ВОЛЬЧИН, В. РАЩЕПКІН, Д. ЧЕРЕВАТСЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
GREEN AMMONIA PRODUCTION FOR GREEN DEAL OF UKRAINE
Igor Volchyn1, Dr. Sci. (Engin.), Senior Research Scientist,
https://orcid.org/0000-0002-5388-4984
Vladyslav Rashchepkin1*, PhD (Engin.), https://orcid.org/0000-0002-8031-563X
Danylo Cherervatskyi2, Dr. Sci. (Econ.), Senior Research Scientist,
https://orcid.org/0000-0003-4038-6393;
1 Thermal Energy Technology Institute of the NAS of Ukraine, Andriivska St., 19,
Kyiv, Ukraine
e-mail: ceti@i.kiev.ua
2 Institute of Industrial Economics of the NAS of Ukraine, 2 Mariia Kapnist St., Kyiv,
03057, Ukraine
e-mail: admin@econindustry.org
* Corresponding author: slava003@ukr.net
Abstract. Ukraine’s Green Energy Transition by 2050 involves a number of energy
transformations in the economy, including decarbonisation, fossil fuel abandonment
and the further development of renewable energy sources (RES). For a long-term
storage of energy generated by RES, the chemical systems are most suitable that
convert electricity into chemical energy of such types of fuels like hydrogen and am-
monia, which after being burnt do not produce emissions of carbon monoxide and
oxide, sulfur dioxide, or dust. Ammonia manufacturers that use traditional produc-
tion technology are being themselves large consumers of fossil fuels and electricity
and emit hundreds of millions of tons of carbon dioxide. An ecological alternative
is the synthesis of green ammonia based on the electrolytic production of hydrogen
using electricity produced by RES. But this option requires a lot of electricity. In the
context of Ukraine, with an annual demand for the production of 5 million tons of
of ammonia (LCOA). Ind. Eng. Chem. Res. 2018.
57, 14607—14616. https://doi.org/10.1021/acs.ie-
cr.8b02447
23. Чернявський М.В., Мірошниченко Є.С. Зміни в
структурі генерації електроенергії в Україні та пер-
спективи розвитку теплової енергетики. Зб. наук.
праць. XVII Міжнар. наук.-практ. конф. «Вугільна
теплоенергетика: шляхи реконструкції та розви-
тку (Київ, 19–20 жовтня 2021 р.)». Київ: ІТЕТ НАН
України. С. 31—38. https://doi.org/48126/conf2021
24. Вольчин І.А., Гапонич Л.С. Викиди парнико-
вих газів на українських теплових електростанці-
ях. Енерготехнології та ресурсозбереження. 2019.
№ 4. С. 3—12. https://doi.org/10.33070/etars.4.2019.01
25. Новіков П.В., Тесленко О.І., Ленчевський
Є.А. Екологічна оцінка ущільнення добових гра-
фіків електричного навантаження енергосистеми
із застосуванням комплексів електричних тепло-
генераторів: Зб. наук. праць XVII Міжнар. наук.-
практ. конф. «Вугільна теплоенергетика: шляхи
реконструкції та розвитку (Київ, 19-20 жовтня
2021 р.)». Київ: ІТЕТ НАН України. С. 154—160.
https://doi.org/10.48126/conf2021
26. Кулик М.М., Кириленко О.В. Стан та пер-
спективи гідроенергетики України. Технічна елек-
тродинаміка. 2019. № 4. С. 56—64. https://doi.
org/10.15407/techned2019.04.056
27. Кулик М.М., Нечаєва Т.П., Згуровець О.В.
Перспективи та проблеми розвитку Об’єднаної
енергосистеми України в умовах її приєднання
до енергосистеми Євросоюзу і гіпертрофовано-
го використання у її складі вітрових та сонячних
електростанцій. Проблеми загальної енергети-
ки. 2019. 4(59). С. 4—12. https://doi.org/10.15407/
pge2019.04.004
28. Череватський Д.Ю., Вольчин І.А. Довгостро-
кові фактори і тенденції розвитку паливно-енер-
гетичного комплексу України. Економіка про-
мисловості. 2022. 1(97). 5—31. DOI: 10.15407/
econindustry2022.01.005.
29. MacFarlane D.R., Cherepanov P.V., Jaecheol Ch.,
Suryanto B.H.R. Hodgetts R.Y., Bakker Ja.M., Fer-
reroVallana F.M., Simonov A.N. A Roadmap to the
Ammonia Economy. Joule, 2020. 4. 1186—1205.
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.04.004
30. Service R.F. Ammonia – a renewable fuel made
from sun, air, and water – could power the globe with-
out carbon. Science, 2018. Jul. 12, 2018. URL: https://
www.sciencemag.org/news/2018/07/ammonia-re-
newable-fuel-made-sun-air-and-water-could-power-
globe-without-carbon (дата звернення: 21.12.2021).
31. Fúnez Guerra C., Reyes-Bozo L., Vyhmeis-
ter E., Caparros M. Jaen, Salazar Jose Luis, Cle-
mente-Jul C. (2020) Technical-economic analysis
for a green ammonia production plant in Chile
and its subsequent transport to Japan. Renewable
Energy. 157. 404—414. https://doi.org/10.1016/j.
renene.2020.05.041.
137
Виробництво зеленого амоніаку для зеленого вибору України
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
carbon-free ammonia, the required consumption of electricity amounts to 55 billion
kWh. To obtain green ammonia in Ukraine, it is necessary to dramatically increase
the scope of nuclear power plants and RES capacities, while abandoning the use of
coal-fi red power plants. Decentralized production of green ammonia can become an
eff ective regulator of electric power in the power system without restrictions on the
operation of nuclear power plants and RES. The start of this production will come
after the development of synthesis technologies of green ammonia and the expiration
of RES preferences in the energy market of Ukraine.
Keywords: ammonia, carbon dioxide, emission, electricity, RES, demand-side load
regulation.
References
1. G20 Rome leader’s declaration. URL: https://
www.g20.org/wp-content/uploads/2021/10/G20-
ROME-LEADERS-DECLARATION.pdf (Last ac-
cessed: 10.01.2022).
2. End of coalin sight at COP26. URL: https://
ukcop26.org/end-of-coal-in-sight-at-cop26 (Last
accessed: 10.01.2022).
3. Ukraine 2050 Green Energy Transition Con-
cept. Draft. URL: https://mepr.gov.ua/files/images/
news_2020/14022020/eng_pdf_зелена_концепція.
pdf (Last accessed: 10.01.2021).
4. Communication from the Commission to the
European Parliament, the European Council, the
Council, the European Economic and Social Com-
mittee and the Committee of the Regions. The Eu-
ropean Green Deal. COM(2019) 640 final. URL:
https://ec.europa.eu/info/sites/info/files/europe-
an-green-deal-communication_en.pdf (Last ac-
cessed: 21.12.2021).
5. Annex to the Communication from the Com-
mission to the European Parliament, the European
Council, the Council, the European Economic and
Social Committee and the Committee of the Re-
gions. The European Green Deal. COM(2019) 640
final. URL: https://ec.europa.eu/info/sites/info/
files/european-green-deal-communication_en.pdf
(Last accessed: 21.12.2021).
6. Valera-Medina, A., Xiao, H., Owen-Jones, M., Da-
vid, W.I.F., & Bowen, P.J. (2018). Ammonia for pow-
er. Progress in Energy and Combustion Science, 69,
63–102. https://doi.org/10.1016/j.pecs.2018.07.001
7. Zamfirescu, C., & Dincer, I. (2008). Using am-
monia as a sustainable fuel. Journal of Power
Sources, 185, 459–465. https://doi.org/10.1016/j.
jpowsour.2008.02.097
8. Tullo, A.H. (2021). Is ammonia the fuel of the
future? Chemical and Engineering News, Vol. 99,
Iss. 8. URL: https://cen.acs.org/business/petro-
chemicals/ammonia-fuel-future/99/i8 (Last ac-
cessed: 21.12.2021).
9. Salmon, N., & Bañares-Alcántara, R. (2021).
Green ammonia as a special energy vector: a re-
view. Sustainable Energy Fuels, 5, 2814–2839;
https://doi.org/10.1039/d1se00345c
10. Chehade, G., & Dincer, I. (2021). Progress in
green ammonia production as potential carbon-free
fuel. Fuel, 299, 120845. https://doi.org/10.1016/j.
fuel.2021.120845
11. Elishav, O., Mosevitzky, Lis B., Valera-Medi-
na, A., & Grader, G.S. (2021). Storage and Distri-
bution of Ammonia. Chapter 5. In Techno-Econom-
ic Challenges of Green Ammonia as an Energy Vec-
tor. Elsevier Inc., 85–103. https://doi.org/10.1016/
B978-0-12-820560-0.00005-9
12. Erdemir, D., & Dincer, I. (2020). A perspective
on the use of ammonia as a clean fuel: challenges
and solutions. Int. J. Energy. Res, 1–8. https://doi.
org/10.1002/er.6232
13. Li, J., Lai, S., Chen, D., Wu, R, Kobayashi,
N., Deng, L. & Huang, H. (2021). A Review on
Combustion Characteristics of Ammonia as a
Carbon-Free Fuel. Front. Energy Res. 9, 760356.
https://doi.org/10.3389/fenrg.2021.760356
14. Yapicioglu, A., & Dincer, I. (2019). A review on
clean ammonia as a potential fuel for power genera-
tors. Renewable and Sustainable Energy Reviews, 103,
96–108. https://doi.org/10.1016/j.rser.2018.12.023
15. Kyriakou, V., Garagounis, I., Vasileiou, E.,
Vourros, A., & Stoukides, M. (2017). Progress in
the Electrochemical Synthesis of Ammonia. Catal-
ysis Today, 286, 2–13. https://doi.org/10.1016/j.cat-
tod.2016.06.014
16. Garagounis, I., Vourros, A., Stoukides, D.,
Dasopoulos, D., Stoukides, M. (2019). Electro-
chemical Synthesis of Ammonia: Recent Efforts
and Future Outlook. Membranes, 9, 112. https://
doi.org/10.3390/membranes9090112
17. Lan, R., Irvine, J.T.S. & Tao, S. (2013). Synthe-
sis of ammonia directly from air and water at am-
bient temperature and pressure. Sci. Rep., 3, 1145;
https://doi.org/10.1038/srep01145
18. Valera-Medina, A., Amer-Hatem, F., Azad, A.K.,
Dedoussi, I.C., de Joannon, M., Fernandes, R.X.,
Glarborg, P., Hashemi, H., He, X., Mashruk, S., Mc-
Gowan, J., Mounaim-Rouselle, C., Ortiz-Prado, A.,
Ortiz-Valera, A., Rossetti, I., Shu, B., Yehia, M.,
Xiao, H., & Costa, M. (2021) Review on Ammo-
nia as a Potential Fuel: From Synthesis to Eco-
nomics. Energy Fuels, 35, 6964–7029. https://doi.
org/10.1021/acs.energyfuels.0c0368
19. Energy Efficiency and Cost Saving Oppor-
tunities for Ammonia and Nitrogenous Fertilizer
Production. An ENERGY STAR® Guide for Ener-
gy & Plant Managers; March 2017. URL: https://
www.energystar.gov/sites/default/files/tools/Fer-
tilizer_guide_170418_508.pdf (Last accessed:
21.12.2021).
138
І. ВОЛЬЧИН, В. РАЩЕПКІН, Д. ЧЕРЕВАТСЬКИЙ
ISSN 1562-8965. The Problems of General Energy, 2022, issue 1-2(68-69)
20. Soloveichik, G. (2019). Electrochemical synthe-
sis of ammonia as a potential alternative to the Haber-
Bosch process. Nature Catalysis, 2, May, 377–380.
https://doi.org/10.1038/s41929-019-0280-0.
21. Air separation plants. History and technolog-
ical progress in the course of time (2019). URL:
https://www.linde-engineering.com/en/images/
Air-separation-plants-history-and-technologi-
cal-progress-2019_tcm19-457349.pdf (Last ac-
cessed: 21.12.2021).
22. Nayak-Luke, R., Bañares-Alcántara, R., &
Wilkinson, Ia. (2018) ‘Green’ ammonia: Impact
of renewable energy intermittency on plant siz-
ing and levelized cost of ammonia (LCOA). Ind.
Eng. Chem. Res., 57, 14607–14616. https://doi.
org/10.1021/acs.iecr.8b02447
23. Chernyavskyy, M.V., Miroshnychenko, Ye.S.
(2021). Changes in the Structure of Electricity
Generation in Ukraine and Prospects of Thermal
Energy Development. In Proceeding the XVII
International Scientific and Practical Confer-
ence “Coal Thermal Energy: Paths for Rehabili-
tation and Development”, Kyiv, Thermal Energy
Technology Institute of the NAS of Ukraine, 19-
20, October 2021. 31–38. https://doi.org/48126/
conf2021
24. Volchyn, I.A., Haponych, L.S. (2019). Green-
house Gases Emissions at Ukrainian Thermal
Power Plants. Energy Technologies and Resourc-
es Saving, Iss. 4, 3–12. https://doi.org/10.33070/
etars.4.2019.01
25. Novikov, P., Teslenko, O., & Lenchevsky, E.
(2021). Ecological Estimationof Daily Electric
Load Curve Compaction of Power System Using
Electric Heat Generators Complexes. In Proceeding
the XVII International Scientific and Practical Con-
ference “Coal Thermal Energy: Paths for Rehabil-
itation and Development”, Kyiv, Thermal Energy
Technology Institute of the NAS of Ukraine, 19–20,
October 2021. 154–160 [in Ukrainian]. https://doi.
org/10.48126/conf2021
26. Kulyk, M.M., & Kyrylenko, O.V. (2019). Cur-
rent State and Prospects of Hydroenergy. Tech-
nical Electrodynamics, 4, 56–64. https://doi.
org/10.15407/techned2019.04.056
27. Kulyk, M.M., Nechaieva, T.P., Zgurovets, O.V.
(2019). Prospects and Problems of Development
of Integral Power System of Ukraine under Con-
ditions of Connecting with EU Power System by
Hyper-Trophy Using the Wind and Solar Power
Plants. The Problems of General Energy, 4(59),
4–12. https://doi.org/10.15407/pge2019.04.004
28. Cherevatskyi, D.Yu., & Volchyn, I.A. (2022).
Long-term factors and trends in the development of
the fuel and energy complex of Ukraine. Economy
of Industry, 1(97), 5–31. [in Ukrainian]. https://doi.
org/10.15407/econindustry2022.01.005
29. MacFarlane, D.R., Cherepanov, P.V., Jaecheol, Ch.,
Suryanto, B.H.R., Hodgetts, R.Y., Bakker, Ja.M., Fer-
rero Vallana, F.M., & Simonov, A.N. (2020). A Road
map to the Ammonia Economy. Joule, 4, 1186–1205.
https://doi.org/10.1016/j.joule.2020.04.004
30. Service, R.F. (2018). Ammonia – a renewable fuel
made from sun, air, and water – could power the globe
without carbon. Science, Jul. 12. URL: https://www.
sciencemag.org/news/2018/07/ammonia-renewable-
fuel-made-sun-air-and-water-could-power-globe-
without-carbon (Last accessed: 21.12.2021).
31. Fúnez Guerra, C., Reyes-Bozo, L., Vyhmeister,
E., Caparros, M. Jaen, Salazar Jose, Luis, & Cle-
mente-Jul, C. (2020). Technical-economic analy-
sis for a green ammonia production plant in Chile
and its subsequent transport to Japan. Renewable
Energy, 157, 404–414. https://doi.org/10.1016/j.
renene.2020.05.041
Надійшла до редколегії: 19.04.2022
|
| id | systemreorg-article-562 |
| institution | System Research in Energy |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:18:08Z |
| publishDate | 2022 |
| publisher | General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | systemreorg/30/edc7b293d79dc222dc5851b61e7d6b30.pdf |
| spelling | systemreorg-article-5622026-07-18T12:57:42Z Green ammonia production for green deal of Ukraine Виробництво зеленого амоніаку для зеленого вибору України Volchyn I.A. Rashchepkin , Vladyslav Cherervatskyi, Danylo ammonia, carbon dioxide, emission, electricity, RES, demand-side load regulation. амоніак, діоксид вуглецю, викиди, електроенергія, ВДЕ, споживач-регулятор Ukraine's Green Energy Transition by 2050 involves a number of energy transformations in the economy, including decarbonisation, fossil fuel abandonment and the further development of renewable energy sources (RES). For a long-term storage of energy generated by RES, the chemical systems are most suitable that convert electricity into chemical energy of such types of fuels like hydrogen and ammonia, which after being burnt do not produce emissions of carbon monoxide and oxide, sulfur dioxide, or dust. Ammonia manufacturers that use traditional production technology are being themselves large consumers of fossil fuels and electricity and emit hundreds of millions of tons of carbon dioxide. An ecological alternative is the synthesis of green ammonia based on the electrolytic production of hydrogen using electricity produced by RES. But this option requires a lot of electricity. In the context of Ukraine, with an annual demand for the production of 5 million tons of carbon-free ammonia, the required consumption of electricity amounts to 55 billion kWh. To obtain green ammonia in Ukraine, it is necessary to dramatically increase the scope of nuclear power plants and RES capacities, while abandoning the use of coal-fired power plants. Decentralized production of green ammonia can become an effective regulator of electric power in the power system without restrictions on the operation of nuclear power plants and RES. The start of this production will come after the development of synthesis technologies of green ammonia and the expiration of RES preferences in the energy market of Ukraine. Зелений енергетичний перехід України до 2050 р. передбачає низку енергетичних трансформацій в економіці, включаючи декарбонізацію, відмову від викопного палива та подальший розвиток відновлювальних джерел енергії (ВДЕ). Для тривалого зберігання енергії, виробленої ВДЕ, найбільш придатними є хімічні системи з конверсією електрики в хімічну енергію палив, таких як водень і амоніак, при спалюванні яких не утворюються викиди оксиду і діоксиду вуглецю, діоксиду сірки та пилу. Потужності виробництва амоніаку за традиційною технологією є великими споживачами викопного палива і електроенергії та емітентами сотень мільйонів тон діоксиду вуглецю. Екологічною альтернативою є синтез зеленого амоніаку на базі електролізного виробництва водню за рахунок електроенергії ВДЕ. Але це потребує великої кількості електроенергії. В умовах України при річному попиті на виробництво 5 млн т безвуглецевого амоніаку потрібно споживати 55 млрд кВт год електроенергії. Для отримання зеленого амоніаку в Україні необхідно різко збільшити потужності АЕС та ВДЕ та відмовитися від використання вугільних електростанцій. Децентралізоване виробництво зеленого амоніаку може стати ефективним регулятором потужності в енергосистемі без обмежень на роботу АЕС та ВДЕ. Початок цього виробництва настане після відпрацювання технологій синтезу зеленого амоніаку та закінчення дії преференцій ВДЕ на енергоринку України. General Energy Institute of the National Academy of Sciences of Ukraine 2022-05-28 Article Article application/pdf https://systemre.org/index.php/journal/article/view/562 10.15407/pge2022.01-02.127 System Research in Energy; No. 1-2 (68-69 (2022): The Problems of General Energy; 127-138 Системні дослідження в енергетиці; № 1-2 (68-69 (2022): Проблеми загальної енергетики; 127-138 2786-7102 2786-7633 uk https://systemre.org/index.php/journal/article/view/562/494 Copyright (c) 2022 Volchyn I.A., Vladyslav Rashchepkin , Danylo Cherervatskyi https://creativecommons.org/publicdomain/zero/1.0 |
| spellingShingle | ammonia carbon dioxide emission electricity RES demand-side load regulation. Volchyn I.A. Rashchepkin , Vladyslav Cherervatskyi, Danylo Green ammonia production for green deal of Ukraine |
| title | Green ammonia production for green deal of Ukraine |
| title_alt | Виробництво зеленого амоніаку для зеленого вибору України |
| title_full | Green ammonia production for green deal of Ukraine |
| title_fullStr | Green ammonia production for green deal of Ukraine |
| title_full_unstemmed | Green ammonia production for green deal of Ukraine |
| title_short | Green ammonia production for green deal of Ukraine |
| title_sort | green ammonia production for green deal of ukraine |
| topic | ammonia carbon dioxide emission electricity RES demand-side load regulation. |
| topic_facet | ammonia carbon dioxide emission electricity RES demand-side load regulation. амоніак діоксид вуглецю викиди електроенергія ВДЕ споживач-регулятор |
| url | https://systemre.org/index.php/journal/article/view/562 |
| work_keys_str_mv | AT volchynia greenammoniaproductionforgreendealofukraine AT rashchepkinvladyslav greenammoniaproductionforgreendealofukraine AT cherervatskyidanylo greenammoniaproductionforgreendealofukraine AT volchynia virobnictvozelenogoamoníakudlâzelenogoviboruukraíni AT rashchepkinvladyslav virobnictvozelenogoamoníakudlâzelenogoviboruukraíni AT cherervatskyidanylo virobnictvozelenogoamoníakudlâzelenogoviboruukraíni |