Водородная энергетика
Новая технология производства энергии

Задача снижения антропогенной нагрузки на окружающую среду является одной из основных проблем, стоящих перед человечеством.

Одним из вариантов ее решения может стать переход к альтернативному источнику топлива – водороду.

400 миллиардов кубических метров водорода производится в мире сегодня – это соответствует 10 процентам производства нефти. В основном этот водород идет в химическую и пищевую промышленность. Проект развития водородной энергетики имеет долгосрочную перспективу, намеченные  горизонты относятся к 2050 году. Развитие мировой водородной энергетики тормозится не только высокими ценами на данный вид топлива. Стоят вопросы инфраструктуры, нормативной базы и производства водорода в нужных объемах. Если цена на него будет снижена с 5 до 2 евро, водородное сырье будет востребовано. Решение проблем водородной энергетики упирается в две задачи: производство водорода и его использование в качестве топлива. В производстве водорода сейчас два главных направления: традиционное – получение водорода с помощью обычных процессов реформинга натурального газа или угля с последующим транспортом водорода и использование его в разной форме; и второе направление – получение водорода из воды с помощью электролиза. Нет сомнения, что основным устройством для использования водорода будут топливные элементы. В топливном элементе происходит процесс, обратный электролизу. При электролизе в водном растворе к электродам подводится электрический ток, и на электродах выделяется кислород и водород в зависимости от полярности этого электрода. В топливных элементах к электродам подводится кислород и водород и генерируется электрический ток и водяной пар.

Водородная энергетика как международная задача

В 2003 году страны – участницы «Большой восьмерки» (G8) поставили вопрос о необходимости налаживания международного сотрудничества для изучения проблем водородной энергетики. В 2006 году одним из первых официальных мероприятий в рамках председательства России в G8 cтал Международный форум «Водородные технологии для производства энергии».
Внимание участников было акцентировано на проблеме производства водорода. Основным источником по-прежнему остаются метан, цена которого определяет цену водорода, и, в меньшей степени, вода в процессе электролиза. Такой масштаб производства диктует высокие цены на топливо. Решение проблемы невозможно без освоения новых технологий получения сырья при использовании угля, воды, ядерной энергии, энергии ветра и солнца.

Еще в 70-е годы Россия была одним из лидеров в области научных разработок по данному направлению. Достаточно вспомнить самолет ТУ-155, который работал на водородном топливе. Были созданы отечественные автомобили – ВАЗы и «газели», работающие на водороде. Большой объем работ всегда велся в ходе реализации космических программ. Сегодня накопленный научный потенциал не утерян, благодаря чему возможно начать решать вопросы, связанные с широким внедрением водородной энергетики в сферы производства и потребления. На старте, конечно, не обойтись без помощи государства, затем эстафетная палочка перейдет к бизнесу. Возможно и частно-государственное партнерство.

Энергетическая безопасность

В настоящее время наблюдается постоянное увеличение спроса на традиционное углеводородное сырье. По прогнозам экспертов, ожидаемый рост потребностей в первичных энергоносителях в мире в период с 2000-го по 2030 год возрастет на 60–70%.

Переход к реальной водородной энергетической системе в наиболее развитых странах мира начался в начале двадцать первого века. Так, Япония выделила четыре миллиарда долларов на приобретение всех водородных энергетических технологий до 2020 года. В Европе на научные исследования и разработки в области водородной энергетики планируется потратить пять миллиардов долларов.

Правительство США выделило 1,7 миллиарда долларов на коммерциализацию транспортных средств на водородных топливных элементах, а также 1,2 миллиарда долларов на производство водорода из угля без эмиссии СО2.

В рамках европейского проекта CUTE компания Daimler-Chrysler приступила к производству водородных автобусов, а корпорация British Petroleum создает установки для их заправки.
Фирма Siemens-Westinghouse занимается сбытом энергетических установок на водородных топливных элементах для использования на электростанциях. Автоконцерны Honda и Toyota начали сдавать в долгосрочную аренду автомобили на водородных топливных элементах, причем последний уже приступил к серийному выпуску автомобилей с гибридными двигателями (использующими комбинацию бензина и водорода).
Компания General Motors планирует испытать фургон на водородном топливе. Аналогичными проектами заняты и такие автогиганты, как Ford Motors и BMW. Уже организовано серийное производство водородных гидридных электрических аккумуляторов. Компания Airbus работает над созданием воздушных транспортных средств на водородном топливе. Компания Hydro Electrolysers проводит успешные работы по организации поставок электролизеров для заправочных станций по различным проектам в Европе.

Отсутствие новой технологии производства энергии не позволит Российской Федерации находиться в одном ряду с развитыми странами мира. Единственной реальной возможностью постепенного перевода экономики страны с «рельсов нефтяной узкоколейки» на скоростную магистраль будущего является создание индустрии, связанной с получением, хранением, транспортировкой водородных энергоносителей и производством различных видов топливных элементов.

Переход в «водородную» эру потребует решения фундаментальных проблем теплофизики, электрохимии, гидромеханики, катализа, материаловедения и т. п.

Россия сегодня располагает не только значительным научно-техническим потенциалом в области водородной энергетики, но и необходимым ресурсным потенциалом металлов, в первую очередь металлов платиновой группы, и особенно палладия, необходимых для создания топливных элементов. Однако ранее действовавшие мосты между фундаментальной наукой и промышленностью, в том числе бюрократические: в виде ЦК КПСС, Госплана, ГКНТ, – разрушены, а новые или не созданы вовсе, или, как некоторые созданные, например Минпромнауки России, слишком медленно ориентируются в свете глобальных задач человечества.

Национальная ассоциация водородной энергетики

В 2003 году в России была создана некоммерческая Национальная ассоциация водородной энергетики (НАВЭ). Именно она занимается вопросами развития водородной промышленности в нашей стране.

НАВЭ представляет собой некоммерческое партнерство научно-исследовательских, образовательных и экологических организаций, представителей промышленности и бизнеса. Задача Ассоциации – стимулирование развития и применения водородных технологий и использования водорода в качестве энергоносителя, а также развития индустрии топливных элементов.
НАВЭ создана в контексте понимания назревшей необходимости незамедлительного перехода от разрозненных попыток в области применения водорода к масштабным и скоординированным усилиям по созданию национальной водородной энергетики и индустрии топливных элементов.

Цель – постепенный переход России от экономики, ориентированной на экспорт нефти и газа, к экономике, основанной на технологичной, наукоемкой, экологически чистой водородной энергетике.

Сегодня на 15% территории РФ, где проживает около 60% населения страны и сосредоточены основные производственные мощности, экологическая обстановка не соответствует нормативам, определяющим уровень безопасности для здоровья и жизни людей.
В 200 крупных городах с общим населением 64,5 млн человек превышены предельно допустимые концентрации вредных веществ. Причем содержание в воздухе таких загрязнителей, как диоксид азота и оксид углерода, возросло за последние три года на 13 и 15% соответственно.
Серьезную лепту здесь вносит «грязная» энергетика и резко увеличившийся в количестве автотранспорт. Так, например, в Москве и Приморье автотранспорт дает до 90% от общего объема выбросов. Статистика говорит о том, что каждый третий житель крупных городов страдает заболеваниями дыхательных путей.

Перевод автотранспорта и энергетических установок на экологически безопасный вид топлива кардинально изменит экологическую обстановку в стране, в первую очередь в крупных городах.

Прогнозы и предсказания

Еще в 1874 году в период угольной эры в энергетике Ж. Верн в своем романе «Путешествие на воздушном шаре» заявил о том, что вода будет «углем» будущего. «Я думаю, — говорил один из героев книги, — что вода будет применяться как топливо». Водород и кислород, которые содержатся в ней, будут вместе или поодиночке источниками тепла и света, и эти газы по своей производительности во много раз превосходят уголь.

Это было предсказано 120 лет тому назад, и удивительно, что сейчас все хором начали говорить о конце эры углеводородной энергетики и наступлении эры водородной энергетики, и возник термин «водородная экономика».
Выступая на открытии водородной заправочной станции в Гамбурге, мэр города сказал: «Улицы в будущем будут тихими. Только шум шин и ветер будут сопровождать проходящие автомобили. Города будут чистыми, так как эмиссия будет по существу нулевой. Пешеходы не будут зажимать носы, а гости города будут по нему гулять, а не прятаться в кафе».

По прогнозам специалистов, к 2050 году треть производимой энергии должна быть покрыта водородом как источником топлива. Президент нефтяной компании «Шелл» Филл Ваттс заявил о подготовке к концу «углеводородной эры».

Подготовил Владимир Хохлев

Использованы материалы компаний НИК НЭП, ЗАО «Газресурс», МИРЭА