ОЦІНКА ПОТРЕБ ЕНЕРГОЄМНИХ ГАЛУЗЕЙ ПРОМИСЛОВОСТІ УКРАЇНИ В РЕСУРСАХ ДЛЯ ДЕКАРБОНІЗАЦІЇ
DOI:
https://doi.org/10.20998/2413-4295.2025.03.04Ключові слова:
водень, декарбонізація, металургія, аміак, цемент, енергоємністьАнотація
Проведено оцінку потреб у ресурсах для декарбонізації трьох енергоємних галузей промисловості України – металургійної, хімічної (виробництво аміаку) та цементної. Проаналізовано сучасні технологічні процеси та рівні споживання енергоресурсів, а також представлено можливості заміщення викопних палив зеленим воднем у виробничих ланках. Розглянуто міжнародний досвід та пілотні проєкти у сфері сталеливарного виробництва, синтезу аміаку та випалу клінкеру, що демонструють ефективність використання водню як відновника та безвуглецевого палива. На основі аналітичних розрахунків визначено прогнозні обсяги споживання водню та додаткової електроенергії в умовах переходу до низьковуглецевих технологій. Показано, що для металургії застосування технології прямого відновлення заліза воднем у поєднанні з електродуговими печами дозволяє скоротити викиди парникових газів на понад 90 % порівняно з традиційною схемою, проте потребує суттєвого збільшення електроспоживання. Для хімічної промисловості заміна парового реформінгу природного газу на електроліз води створює умови для повної декарбонізації виробництва аміаку, знижуючи залежність від імпорту енергоносіїв і вивільняючи значні обсяги природного газу. У цементній галузі водень розглядається як перспективне паливо для процесів випалу клінкеру, що забезпечує скорочення викидів СО2 порівнянно зі спалюванням викопних палив і відповідає європейським екологічним вимогам. Зроблено розрахунки сценаріїв переходу від базового рівня виробництва до післявоєнного відновлення, які показують, що сукупні потреби у водні для визначених галузей коливатимуться в межах 1,45–2,01 млн т/рік. При цьому додаткове річне споживання електроенергії перевищуватиме 10–13 ТВт·год (без урахування електролізу). Отримані результати підкреслюють критичну роль розвитку відновлюваної генерації, електролізних потужностей і водневої інфраструктури для забезпечення декарбонізації.
Посилання
European Commission. A hydrogen strategy for a climate-neutral Europe. Available at: https://energy.ec.europa.eu/system/files/2020-07/hydrogen_strategy_0.pdf (accessed 05.08.2025)
European Commission. Key actions of the EU Hydrogen Strategy. Available at: https://energy.ec.europa.eu/topics/eus-energy-system/hydrogen/key-actions-eu-hydrogen-strategy_en (accessed 05.08.2025).
Green Hydrogen Organisation. Ukraine overview. Available at: https://gh2.org/countries/ukraine (accessed 05.08.2025).
Fuel Cells Works. Ukraine’s First Hydrogen Plant Plans. Available at: https://fuelcellsworks.com/2025/06/05/h2/in-volyn-plans-are-underway-to-establish-the-country-s-first-hydrogen-plant-focused-on-exporting-products-to-the-eu (accessed 05.08.2025).
International Energy Agency. Ukraine’s hydrogen opportunity: A roadmap. Available at: https://www.iea.org/reports/unlocking-ukraines-hydrogen-opportunity-a-roadmap (accessed 05.08.2025).
H2 Diplo Review. Prospects for Ukrainian green hydrogen sector. 2024. Available at: https://h2diplo.de/wp-content/uploads/2024/07/20240702_Review-Hydrogen-Producers-Final.pdf (accessed 05.08.2025).
Hydrogen Ukraine. National Hydrogen Strategy of Ukraine. Available at: https://www.ive.org.ua/?lang=en&page_id=3856 (accessed 05.08.2025).
Andrew R. M. Global CO2 emissions from cement production, 1928–2018. Earth System Science Data, 2019, Vol. 11, pp. 1675–1710, doi: 10.5194/essd-11-1675-2019.
Ghavam S., Vahdati M., Wilson I. A. G., Styring P. Sustainable Ammonia Production Processes. Frontiers in Energy Research, 2021, Vol. 9, Art. 580808, doi: 10.3389/fenrg.2021.580808.
Rocky Mountain Institute. Low-Carbon Ammonia Technology: Blue, Green and Beyond. RMI, 2025. Available at: https://rmi.org/low-carbon-ammonia-technology-blue-green-and-beyond/ (accessed 01.09.2025).
Carmo M., Fritz D. L., Mergel J., Stolten D. A comprehensive review on PEM water electrolysis. International Journal of Hydrogen Energy, 2013, no 38 (12), pp. 4901–4934, doi: https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2013.01.151.
Appl M. Ammonia: Principles and Industrial Practice, 1999, doi:10.1002/9783527613885.
Hydrogen Insight. Envision Energy launches world’s largest green hydrogen and ammonia plant. Available at: https://hydrogeninsight.com (accessed 05.08.2025).
HyDeal Asturias – Invest in Spain, 2022. Available at: https://www.investinspain.org/content/icex-invest/en/noticias-main/2022/hydeal-asturias.html (accessed 05.08.2025).
European Commission, Innovation Fund 2023 call: 85 projects selected to receive €4.8 billion in grants. Available at:https://ec.europa.eu/commission/presscorner/detail/en/ip_24_2056 (accessed 05.08.2025).
International Energy Agency (IEA). Ammonia Technology Roadmap: Towards more sustainable nitrogen fertiliser production. Available at: https://iea.blob.core.windows.net/assets/6ee41bb9-8e81-4b64-8701-2acc064ff6e4/AmmoniaTechnologyRoadmap.pdf (accessed 05.08.2025).
European Hydrogen Backbone (EHB). A future-proof hydrogen infrastructure for Europe. Available at: https://ehb.eu/files/downloads/ehb-report-220428-17h00-interactive-1.pdf (accessed 05.08.2025).
Staffell I., Scamman, D., Abad A. V., Balcombe P., Dodds P. E., Ekins P., Shahd N., Warda K. R. The role of hydrogen and fuel cells in the global energy system. Energy & Environmental Science, 2019, no. 12, pp. 463–491, doi: 10.1039/C8EE01157E
APA Group, Wesfarmers Chemicals, Energy & Fertilisers. Renewable ammonia production in Western Australia via over-the-fence hydrogen. Available at: https://ammoniaenergy.org/articles/apa-group-and-wescef-renewable-ammonia-production-in-western-australia-via-over-the-fence-hydrogen/ (accessed 01.09.2025).
Graham P., Hayward J., Foster J. GenCost 2023–24: Final report. Available at: https://www.csiro.au/-/media/Energy/GenCost/GenCost2023-24Final_20240522.pdf (accessed 01.09.2025).
Fond derzhavnoho maina Ukrainy. PAT «Odeskyi pryportovyi zavod»: reziume [State Property Fund of Ukraine. PJSC Odessa Port Plant: summary]. Available at: https://www.spfu.gov.ua/userfiles/pdf/opz-7-_250.pdf (accessed 15.08.2025).
Cherkaskyi «Azot» zapustyly dva tsekhy, yaki ye kliuchovymy u vyrobnytstvi dobryv [Cherkasy Azot launched two workshops that are key to fertiliser production]. Available at: https://www.ukrinform.ua/rubric-economy/3895846-cerkaskij-azot-zapustili-dva-cehi-aki-e-klucovimi-u-virobnictvi-dobriv.html (accessed 15.08.2025).
«RIVNEAZOT» vyrobyv za 2020 rik ponad 1,8 mln tonn dobryv [‘RIVNEAZOT’ produced over 1.8 million tonnes of fertilisers in 2020]. Available at: https://www.azot.rv.ua/press/novyny/383-rivneazot-vypustyv-za-2020-rik-ponad-1-8mln-tonn-dobryv (accessed 15.08.2025).
Alfa Laval. Increased plant capacity and reduced maintenance at fertilizer plant. Available at: https://www.alfalaval.com/media/stories/fertilizers/increased-plant-capacity-and-reduced-maintenance-at-fertilizer-plant/ (accessed 15.08.2025).
Statystychnyi shchorichnyk Ukrainy za 2022 [Statistical Yearbook of Ukraine for 2022]. Kyiv. Derzhavna sluzhba statystyky Ukrainy [State Statistics Service of Ukraine], 2023, 642 p.
Rodin L. Rozrobka khimichnykh tekhnolohii: vyrobnytstvo «zelenoho» metanolu i «zelenoho» amiaku z «zelenoho» vodniu [Development of chemical technologies: production of ‘green’ methanol and “green” ammonia from ‘green’ hydrogen]. Available at: https://saee.gov.ua/static-objects/saee/imported_content/67927ef787086.pdf (accessed 15.08.2025).
Saygin D., Blanco H., Boshell F., Cordonnier J., Rouwenhorst, K., Lathwal, P., Gielen, D. Ammonia production from clean hydrogen and the implications for global natural gas demand. Sustainability, 2023, no. 15 (2), 1623, doi: 10.3390/su15021623.
Kovenya T. V. Analiz roboty pidpryiemstv khimichnoho kompleksu Ukrainy u 2010 r [Analysis of the performance of Ukrainian chemical companies in 2010]. Khimichna promyslovist Ukrainy [Chemical industry of Ukraine], 2010. no 3, pp. 3–18.
Babichenko A. K., Azarov M. I., Babichenko Yu. A., Krasnikov I. L., Lysachenko I. H. Doslidzhennia zahalnykh tendentsii suchasnoho rozvytku vyrobnytstva amiaku [Research into general trends in the modern development of ammonia production]. Technology Audit and Production Reserves, 201, no. 51(19), pp.55–60, doi: 10.15587/2312-8372.2014.28098.
Hydrogen production: SMR technology. Available at: https://hygear.com/technology/steam-methane-reforming/ (accessed 15.08.2025).
International Energy Agency. Technology Roadmap: Low-Carbon Transition in the Cement Industry. Available at: https://www.iea.org/reports/technology-roadmap-low-carbon-transition-in-the-cement-industry (accessed 15.08.2025).
Vodneva stratehiia Ukrainy [Ukraine's Hydrogen Strategy]. Ministerstvo ekonomiky Ukrainy [Ministry of Economy of Ukraine]. Available at: https://www.mev.gov.ua/sites/default/files/field/file/vodneva-strategiya17.05.2024.pdf (accessed 15.08.2025).
Symborsky A. I., Stanitsyna V. V. Potencial energozberezhennya u cementnij promyslovosti [Energy saving potential in the cement industry]. Problemy` zagal`noyi energety`ky` [General energy issues], 2010, Vol. 3, pp. 25–29.
Paranyuk Y. D. Ocinka efekty`vnosti innovacijny`x proektiv na pidpry`yemstvax v umovax ry`zy`ku ta nevy`znachenosti [Assessment of the effectiveness of innovative projects at enterprises in conditions of risk and uncertainty]. PhD thesis. 2018. Available at: https://dspace.wunu.edu.ua/handle/316497/36948.
Plashykhin S. V. Dovidnyk z resursoiefektyvnoho ta chystoho vyrobnytstva. Tsementna promyslovist [Resource Efficient and Cleaner Production Handbook. Cement Industry]. Kyiv. Tsentr resursoiefektyvnoho ta chystoho vyrobnytstva [Centre for Resource-Efficient and Clean Production], 2020, 96 p.
Mykoliuk O. A., Kovalchuk I. M. Praktyka vprovadzhennia enerhoefektyvnykh tekhnolohii na pidpryiemstvakh tsementnoi promyslovosti Ukrainy [Practice of implementing energy-efficient technologies at enterprises of the cement industry of Ukraine]. Bulletin of Khmelnytsky National University. Economic Sciences. Available at: https://elar.khmnu.edu.ua/bitstream/123456789/1879/1/MIKOLYUK2.pdf/ (accessed 01.09.2025).
Fennell P. S., Davis S. J., Mohammed A. Decarbonizing cement production. Joule, 2021, Vol. 5, no. 6, pp. 1305–1311, doi: 10.1016/j.joule.2021.04.011.
Cement produces cement with climate-neutral fuel mix using hydrogen technology. Available at: https://www.heidelbergmaterials.com/en/pr-01-10-2021 (accessed 15.08.2025).
Williams F., Yang A., Nhuchhen D. R. Decarbonisation pathways of the cement production process via hydrogen and oxy-combustion. Energy Conversion and Management, 2024, Vol. 300, 117931, doi: 10.1016/j.enconman.2023.117931.
Interfax-Ukraine. Ukrainskyi tsement maie staty osnovoiu dlia pisliavoiennoi vidbudovy [Interfax-Ukraine. Ukrainian cement should become the basis for post-war reconstruction]. Available at: https://interfax.com.ua/news/economic/950279.html. (accessed 11.08.2025).
Obukh V. Povoienne vidnovlennia: aktualni shansy dlia rozvytku budindustrii [Post-war reconstruction: current opportunities for the development of the construction industry]. Available at: https://www.ukrinform.ua/rubric-vidbudova/3690313-povoenne-vidnovlenna-sans-dla-rozvitku-budindustrii.html (accessed 21.08.2025).
ron and Steel Technology Roadmap: Towards more sustainable steelmaking. International Energy Agency. URL: https://www.iea.org/reports/iron-and-steel-technology-roadmap (accessed 11.08.2025).
Van Boggelen J., Barnes C., Gavel D. J., Meijer K., Zeilstra C., Hage H. HIsarna pilot plant operations – an update Conference: 6th European Steel Technology and Application Days (ESTAD). Available at: https://www.researchgate.net/publication/391049548_HIsarna_pilot_plant_operations_-_an_update (accessed 25.08.2025).
Vogl V., Åhman M., Nilsson L. J. Assessment of hydrogen direct reduction for fossil-free steelmaking. Journal of Cleaner Production, 2018, Vol. 203, pp. 736–745, doi:10.1016/j.jclepro.2018.08.279.
Fan Z., Friedmann S. J. Low-carbon production of iron & steel: Technology options, economic assessment, and policy, Joule, 2021, doi:10.1016/j.joule.2021.02.018.
Steel and raw materials. Available at: https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Fact-sheet-raw-materials-2023-1.pdf (accessed 21.08.2025).
The facts about steelmaking. Available at: https://ieefa.org/sites/default/files/2022-06/steel-fact-sheet.pdf (accessed 25.08.2025).
Energy use in the steel industry. Available at: https://worldsteel.org/wp-content/uploads/Fact-sheet-Energy-use-in-the-steel-industry.pdf (accessed 25.08.2025).
Smirnov O. M., Tymoshenko S. M., Narivskyi A. V. Vidnovlennia ta innovatsiinyi rozvytok vyrobnytstva stali v Ukraini v konteksti enerhoefektyvnosti ta Yevropeiskoho zelenoho kursu [Restoration and innovative development of steel production in Ukraine in the context of energy efficiency and the European Green Deal]. Bulletin of the National Academy of Sciences of Ukraine, 2023, Vol. 4, pp. 21–35, doi: 10.15407/visn2023.04.021.
Remus R., Ahuado-Monsone M., Rudie S., Delhado Sancho L. Dovidkovyi dokument z naikrashchykh dostupnykh tekhnolohii ta metodiv upravlinnia (NDTM) dlia vyrobnytstva chavunu ta stali [Reference document on best available techniques and management methods (BAT) for the production of pig iron and steel]. Available at: https://mepr.gov.ua/wp-content/uploads/2024/10/v3FMP-BREF_Final-Version_ukr_15-10.pdf (accessed 25.08.2025)
Carey L., Brickman A., Yavorsky N., Rosas J., Gamage C. Opportunities for Near-Zero-Emissions Steel Production in the Great Lakes Available at: https://rmi.org/gap-analysis-for-near-zero-emissions-steel-production-in-the-great-lakes/ (accessed 25.08.2025).
Sustainable Steel Indicators. Brussels: World Steel Association, 2022.
Nurdiawati A., Zaini I.N., Wei W., Gyllenram R., Yang W., Samuelsson P. Towards fossil-free steel: Life cycle assessment of biosyngas-based direct reduced iron (DRI) production process. Journal of Cleaner Production, 2023, Vol.393, 136262, doi:10.1016/j.jclepro.2023.136262.
Alikulov K., Aminov Z., Anh L. H., Xuan T. D., Kim W. Comparative Technical and Economic Analyses of Hydrogen-Based Steel and Power Sectors. Energies, 2024,Vol. 17, no. 5, p. 1242, doi: 10.3390/en17051242.
Midrex Technologies, Inc. Future Processing Options for Hydrogen DRI. Direct from Midrex. Available at: https://www.midrex.com/tech-article/future-processing-options-for-hydrogen-dri/ (accessed 01.09.2025).
U.S. Department of Energy. Hydrogen Program – Hydrogen Production and Consumption in Direct Reduced Ironmaking. Available at: https://www.energy.gov/sites/prod/files/2018/08/f54/fcto-h2-scale-kickoff-2018-8-chevrier.pdf (accessed 01.09.2025).
Rechberger K., Spanlang A., Sasiain Conde A., Wolfmeir H., Harris C. Green Hydrogen-Based Direct Reduction for Low-Carbon Steelmaking. Steel Research International. 2020. Vol. 91, no. 6, 2000110, doi: 10.1002/srin.202000110.
##submission.downloads##
Опубліковано
Як цитувати
Номер
Розділ
Ліцензія
Авторське право (c) 2025 Дмитро Толстов, Тетяна Білан

Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Журнал публікує статті згідно з ліцензією Creative Commons Attribution International CC-BY.