В августе 2016 года Хоменко был включён в состав сборной России для участия в летних Олимпийских играх в Рио-де-Жанейро. Хоменко на Играх выступал на одной дистанции — 200 метров брассом. На предварительном этапе российский пловец показал высокое время 2:08,94 и занял 4-е место в итоговой таблице по итогам всех заплывов. В полуфинал результат Хоменко оказался слабее почти на секунду (2:09,73), в результате в итоговом протоколе она расположился на 10-м месте и выбыл из борьбы за медали. В ноябре 2016 года Хоменко стал третьим на чемпионате России в 25-метровом бассейне и получил место в сборной России для участия в чемпионате мира. На мировом первенстве российский пловец смог пробиться в финал соревнований на дистанции 200 метров брассом, но занял там только 7-е место.