"Пора вылезать из-под теплого одеяла нефтедолларов: нынешнюю нефтяную экономику в конце концов сменит экономика водородная", - заявляет вице-президент РАН Геннадий Месяц
Первые ласточки новой энергетической эпохи: водородная автозаправочная станция и экспериментальный рейсовый автобус, работающий на водороде, в Рейкьявике (Исландия)
(Фото: Hreinn Magnusson/AP)
Что будет, когда на земле иссякнут запасы нефти и газа? Сегодня ученые уже знают ответ на этот вопрос. В недалеком будущем на смену привычным углеводородам придет экологически чистое и неисчерпаемое топливо - водород. Но если не поторопиться, то можно попасть в зависимость от тех стран, которые выиграют в технологической гонке за обладание конкурентоспособным водородным двигателем. О глобальных перспективах водородной энергетики, об имеющихся у России наработках в этой области и о том, откуда взять деньги на исследования, в интервью "Итогам" рассказал вице-президент Российской академии наук (РАН) Геннадий Месяц.
- Геннадий Андреевич, прежде всего объясните, что такое водородная энергетика и что такое топливные элементы?
- Водородная энергетика - это получение электрической и тепловой энергии с использованием водорода. Простейший пример: если через воду пропускать электрический ток, то она разлагается на кислород и водород. Это называется электролизом воды. Но возможно и обратное: если два атома водорода соединить с атомом кислорода, получится молекула воды и образуются электроны - выделяется электрическая энергия. Топливный элемент, или электрохимический генератор, - это устройство для получения электроэнергии при помощи описанных процессов. Как сегодня мы получаем электроэнергию? Сжигаем газ, уголь, нефть, нагреваем до очень высокой температуры воду, струя пара вращает турбинуЙ Вначале тепловой процесс, затем механический, и только потом - электроэнергия. Так вот, в топливных элементах химический процесс фактически напрямую приводит к получению электрической энергии. Коэффициент полезного действия доходит до 70 процентов. Кроме того, полностью отсутствуют какие-либо вредные выхлопы: единственным продуктом реакции является вода.
- А можно просто сжигать водород в двигателях внутреннего сгорания?
- Да. Это вторая составная водородной энергетики. Кстати, одним из пионеров использования водорода в этом качестве является наш соотечественник - инженер-лейтенант Шелищ. В блокадном Ленинграде не хватало бензина, но было достаточно много мощностей для производства водорода. Этот газ использовался для наполнения аэростатов. И вот тогда Шелищ предложил перевести автомобили на водород. Переделал одну машину, показал, что она будет работать, и вскоре по Ленинграду разъезжали уже 200 автомобилей на водороде. Работы в этом направлении сегодня тоже ведутся, но более перспективным считается использование топливных элементов, то есть вначале получаем электричество, а потом электрический двигатель крутит колеса.
- Почему? Это выгоднее?
- Во-первых, бесспорно, больший КПД. Во-вторых, прямое сжигание водорода опасно, возможны пожары, взрывы. Правда, и сегодняшние экспериментальные автомобили на топливных элементах тоже нельзя считать абсолютно безопасными: водород закачивают в баллоны, давление в которых доходит до тысячи атмосфер. К слову, в России тоже есть автомобиль на топливных элементах, это "Лада-Антел", совместная разработка АвтоВАЗа и Уральского электрохимического комбинатаЙ Так вот в этом как раз и состоит главная фундаментальная задача - найти способ, как обойтись без баллонов. У нас в России этой проблемой занимается несколько институтов, и есть уже очень неплохие результаты.
- И в чем же предлагается хранить водород?
- В металле, вернее - в металлическом порошке. Есть металлы, которые могут абсорбировать очень много водорода - до 5 процентов от своей массы. При определенных условиях водород выделяется, и нет никакой опасности взрыва.
- То есть автомобиль будущего - это топливный элемент, электромотор и металлический порошок вместо бензобака?..
- ...И система получения кислорода непосредственно из воздуха. Пока что кислород также приходится хранить в баллонах.
- А как будет выглядеть процесс заправки? Старый порошок будет заменяться на свежий?
- Нет, металл будет периодически насыщаться водородом. Это будет походить на зарядку аккумулятора, только займет гораздо меньше времени - всего несколько минут.
- А из чего будем получать водород? Из воды?
- Можно получать водород из угля: уголь сжигается в парах воды, образуется так называемый синтез-газ, из которого потом выделяют водород. А угля хватит на 400-500 лет. Можно получать напрямую из воды - или путем электролиза, или путем нагревания до очень высоких температур. Сейчас это энергетически невыгодно: надо затратить вдвое больше энергии, чем получишь. Но настанет время, когда не останется другого способа. Тогда для производства водорода будет использоваться энергия атомных станций - сырья для них хватит, по нынешним оценкам, на тысячу лет, - а также возобновляемые источники энергии: ветер, морские приливы и солнце.
- Нефть и газ - энергоносители, данные нам природой. А водород надо еще произвести, что делает его значительно более дорогим.
- Пока не иссякнут нефтяные источники, думаю, будет конкуренция различных видов топлива.
- И все-таки не слишком ли дорогой получится чудо-техника?
- Стоимость сегодняшних разработок - минимум 3 тысячи долларов за киловатт установленной мощности. Необходимо снизить цену по меньшей мере до 100 долларов за киловатт - только тогда водородные автомобили станут конкурентоспособными.
- За счет чего можно удешевить?
- За счет новых идей, новых материалов, новых технологий. Когда начнется массовое производство, цена тоже неизбежно упадетЙ Еще одна нерешенная проблема - срок службы автомобильных топливных элементов. Сейчас он составляет максимум 10 тысяч часов работы. Для коммерческого же использования нужно выйти на 30-40 тысяч часов.
- Могут ли топливные элементы заменить традиционные аккумуляторы в бытовых приборах?
- Это очень перспективное направление. Возьмем мобильный телефон или ноутбук: сегодня мы должны заряжать его чуть ли не каждый день, применение топливных элементов позволило бы растянуть время работы на месяц. За рубежом уже появился ряд очень интересных разработок - портативные топливно-элементные системы, работающие на метаноле или обычном спирте. Большой интерес к этим работам проявляют военные. Посмотрите, сколько приборов навешано на американских солдатах: им нужно иметь при себе около киловатта аккумуляторной мощности. И каждый день все это нужно где-то подзаряжать. Продление интервала между подзарядками до одного-двух месяцев существенно увеличило бы мобильность армии.
- Известно, что одной из главных проблем российской науки является недостаточное финансирование. Откуда ученые предполагают взять деньги на исследования в области водородной энергетики? Из бюджета?
- Сегодня трудно рассчитывать на большие бюджетные деньги. Идея состоит в том, чтобы объединить возможности государства и бизнеса. Кстати, иностранцы именно так и работают.
- И что же, есть примеры такого сотрудничества?
- Да. Недавно мы приступили к реализации программы по созданию мини-электростанции мощностью до 10 киловатт. Она должна будет работать на водороде, выделяемом из природного газа. Кроме электричества, можно параллельно получать тепловую энергию. Сегодня подобные установки стоят слишком дорого. Но когда стоимость киловатта установленной мощности снизится хотя бы до одной тысячи долларов - то есть пяти-шестикиловаттная машина будет стоить 5-6 тысяч долларов, - покупатели найдутся. Масса людей живут сегодня за городом, и они были бы не прочь обзавестись автономной энергоустановкой. Это экономически выгодно: нет потерь при передаче и распределении энергии. Кроме того, с собственной электростанцией не страшны никакие перегрузки и веерные отключения. Финансирует программу компания "Норильский никель". Контракт между академией и компанией подписан на три года. Что очень важно - бизнесмены не требуют сделать через год водородный автомобиль. Они говорят: "Давайте найдем болевые точки, из-за которых большая цена и маленький срок службы". Это очень здравый подход. Для нас данная программа является еще и организационным экспериментом. Впервые Академия наук заключает контракт с крупной компанией, впервые мы берем большую проблему и замыкаем ее непосредственно на президиум РАН. Такой подход гораздо эффективнее, чем если бы компания выходила на тот или иной институт, не зная о других. Программа будет разбита на пять направлений - хранение водорода, очистка газа, катализаторы, топливные элементы, технологические проблемы. Деньги будут выделяться лабораториям под конкретные задачи исходя из их возможностей.
- И сколько же денег выделяется?
- 40 миллионов долларов в год. Первые деньги уже получены. Начнем с закупки оборудования: на аппаратуре двадцатилетней давности далеко не уедешь.
- Американцы на водородный проект миллиарды бросают...
- Вы знаете, слишком много денег на начальной стадии - тоже вредно. Те деньги, которые выделяют нам, - это примерно уровень финансирования таких работ в Италии. К тому же мы не с нуля начинаем, у нас довольно большой задел в этой области. Можно назвать десятки институтов, куда в советское время были вложены огромные средства - и в головы, и в оборудование, и в ноу-хау. До начала 90-х мы находились практически на одном уровне с американцами. Первые топливные элементы были сделаны в рамках космических программ - для шаттла и для "Бурана".
- Но потом дело застопорилось?
- Да, за последние тринадцать лет мы, конечно, сильно отстали - из-за почти полного прекращения государственного финансирования. Но многие лаборатории продолжали работать, участвуя в международных проектах. По моим оценкам, в рамках международных контрактов в исследования по водородной энергетике в России было вложено порядка 35-40 миллионов долларов. Это позволило нам частично сохранить потенциал. Работы в этом направлении ведутся и в оборонном комплексе. Правда, у военных несколько другие подходы: для подводного флота нужны одни двигатели, для гражданских целей - другие. Но идеология та же самая. Кроме того, работы по водородной энергетике идут в организациях атомной промышленности, в РКК "Энергия"Й РАН так или иначе участвует во всех этих проектах: Академия наук должна стоять выше межотраслевых противоречий, думать об интересах страны. Более того, мы приняли решение выйти на Совет по науке и высоким технологиям при президенте России с предложением о разработке большой общегосударственной программы по водородной энергетике.
- Работы в области водородной энергетики активно ведутся во всех промышленно развитых странах мира. По планам администрации США к 2020 году на водород должен быть переведен весь американский автотранспорт. Какую задачу ставим перед собой мы? Догнать и перегнать Америку?
- Наша задача - не допустить того, чтобы через 20 лет Россия попала в полную зависимость от тех фирм, от тех стран, которые будут производить водородные двигатели. Предпосылки для этого есть. Но необходимо вынести вопрос на общегосударственный уровень, как это было в свое время с атомным и ракетным проектами. Создание конкурентоспособного водородного двигателя - очень важная цель для науки и промышленности России. Пора вылезать из-под теплого "одеяла" нефтедолларов: нынешнюю нефтяную экономику в конце концов сменит экономика водородная.
Обсудить статью в форуме
Другие материалы раздела :
|
Версия для печати