Водород: третья технологическая революция сегодня
Не так давно российские информационные агенства опубликовали материал, посвященный планам правительственной поддержки водородной энергетики. Во всем мире эта тема уже несколько десятков лет является одной из наиболее обсуждаемой как в научных кругах, так и среди экономистов-экспертов. Что же это за технология и зачем она может понадобится России, которая сегодня так крепко сидит на нефтяной трубе?
Вряд ли кто-то станет спорить с тем, что наша цивилизация давно уже стала цивилизацией энергии. В этом регулярно могут убеждаться жители тех регионов и городов России, где отключения от благ этой цивилизации в последние годы стали систематическими. Да и благополучная столица недавно ощутила на себе все свою зависимость от электричества. Нет энергии – нет жизни! Сегодня это звучит как трюизм.
Население Земли стремительно растет, а потребление энергии во всех ее формах, пожалуй, даже опережает рост числа жителей планеты. По оценкам ученых, ежегодный рост потребления первичной энергии в 2000-2030 годах составит около 1,8%. В то же время, как известно, все источники энергии делятся на возобновляемые и невозобновляемые, причем именно на расходовании последних – газа, нефти, угля – практически на сто процентов держится нынешнее технократическое общество. После нас хоть потоп – этот принцип французской аристократии XVIII века в полной мере приложим к сегодняшней экономике, базирующейся на безвозвратной растрате ресурсов и живущей только сегодняшним днем. Возобновляемые источники энергии, такие как солнечная энергия или энергия ветра, пока играют крайне незначительную роль в системе производства материальных благ.
Поэтому совсем не удивительно, что возможности водорода как энергоносителя будущего находятся сегодня в центре внимания. Водород – наиболее распространенное вещество во Вселенной, а, например, «энергетика» Солнца, обеспечивающая теплом Землю и другие планеты, является в своей основе водородной. В данном случае нам ничего, похоже, не остается делать как снова учиться у природы.
Учиться придется на ошибках, потому что двадцатый век, прошедший под знаком использования двигателей внутреннего сгорания и тепловых электростанций, оставил нам в наследство не только опасность истощения энергоресурсов, но и отравленный воздух больших городов. Вполне понятно, поэтому, почему впервые интерес к водородной энергетике возник во время международного энергетического кризиса 1973 года, когда многие утверждали, что буквально через 3-5 лет человечество полностью израсходует традиционные природные топлива. В 1974 году была создана Мировая ассоциация водородной энергетики, куда вошла и наша страна. И вот, тридцать лет спустя, данная технология, основанная на практически неисчераемом источнике, похоже, вступает в стадию промышленной эксплуатации.
В идее водорода как энергоносителя по большому счету нет ничего нового. Известно, что водород можно получать путем электролиза, химической реакции разложения молекул воды под действием электрического заряда. Обратная процедура, т.е. окисление водорода, дает нам тепло и воду. А тепло может быть преобразовано в электроэнергию.
Вообще говоря, водородные энергоустановки – это давно уже не фантастика, а готовый технологический проект, воплощенный к тому же в большое число работающих моделей. Интересно, что пионерами здесь были советские ученые, которые еще в начале 1980-ых годов разработали действующую модель автомобиля с водородным двигателем. Спустя несколько лет финансирование этого проекта было заморожено: началась перестройка. На водородном топливе работала и легендарная ракета-носитель «Энергия».
Однако хотя непосредственные технологические проблемы, связанные с созданием водородных двигателей, удалось решить еще несколько десятилетий назад, главными остаются, как это часто бывает, вопросы эффективности новой технологии и ее безопасности.
Если речь идет об экологической стороне дела, то здесь все вполне ясно: водородные двигатели, результатом деятельности которых является в идеальном случае лишь тепло и вода, наиболее приемлимы для сохранения экологического баланса на планете. Эта одна из наиболее сильных сторон водородной энергетики: выхлопные газы, а затем и дымящиеся трубы котелен должны уйти в прошлое. Вопрос в другом: как решить вопрос транспортировки, хранения и использования водорода? Ведь водород как и метан, на основе которого работает сегодня бытовые газовые сети, является весьма взрывоопасным веществом. Многие ученые, правда, утверждают, что мнение об невероятной опасности водорода является ошибочным: водород в отличие от метана значительно легче воздуха, а потому быстро рассеивается в атмосфере и не скапливается в помещениях. В любом случае, эта проблема не является, скорее всего, неразрешимой и упирается по большому счету в необходимость изменения сложившейся энергетической инфраструктуры, приспособления ее к новым жестким требованиям.
Собственно, именно к проблеме энергетической эффективности все и сводится. Если бы существовали простые и дешевые способы промышленного получения водорода в достаточном количестве, мы бы уже сегодня пользовались водородными автомобилями. Но пока водород слишком дорог, чтобы стать массовой заменой бензина и других видов топлива.
Сегодня существуют два основных способа получения водорода. Во-первых, это уже упомянутый электролиз. Но как легко заметить, чтобы получить электроэнергию из водорода этим способом, нам уже нужно воздействовать на воду электричеством. В таком случае мы все равно нуждаемся в первичных неводородных источниках энергии. Для производства водорода методом электролиза в настоящее время используется высокопотенциальная энергия, на получение которой в свою очередь затрачивается дефицитное ископаемое топливо (уголь, природный газ, нефтепродукты) или электроэнергия, вырабатываемая на электростанциях. Такое производство водорода, естественно, всегда будет оставаться неэкономичным и экологически опасным, а, следовательно, бесперспективным. Поэтому ученые заняты поиском возможностей для осуществления электролиза с использованием возобновляемых источников энергии (солнечной и т.п.) Это на сегодняшний день — одно из перспективных направлений разработок.
Второй способ, а точнее группа способов, связана с различными технологиями реформинга (разложения) традиционных органических видов топлива с выделением водорода в качестве конечного продукта. Этот способ, скорее всего, будет активно использоваться в переходных образцах транспортной техники, работающей на гибридных двигателях, однако в силу маломощности существующих технологических образцов, самостоятельного промышленного значения он пока не имеет. В промышленности распространен способ получения водорода из метана при его высокотемпературной обработке, однако этот способ в свою очередь весьма затратен.
Необходимо также отметить новейшие перспективные разработки американских ученых, связанных с идеей извлечений водорода из дешевой биомассы. Известно, что при определенных условиях водоросли и бактерии могут производить водород, однако этот способ пока находится лишь на стадии экспериментальных работ.
Таким образом, энергетическая система будущего может представлять собой сложный комплекс, в котором для получения водорода взаимодействовали бы самые разные источники первичной энергии.
Наиболее остро сегодня стоит вопрос об отказе от бензиновых автомобильных двигателей. И именно в этом направлении развиваются сегодня водородные технологии. И конечно, было бы здорово, если бы наша страна находилась здесь в числе стран-разработчиков (благо соответствующая технологическая база у нас имеется), а не стояла бы в очередь на иностранные лицензии, когда переход на водородный транспорт действительно произойдет. Но пока, к сожалению, начавшаяся двадцать лет назад перестройка и не думает завершаться. По крайней мере, отечественные работы в этой области получают на фоне общемировой ситуации совершенно смехотворное финансирование. А тем временем в 1995-1996 годах в решении задачи создания экологически чистого транспорта наметился серьезный прорыв. Появилась модель нового транспорта с водородным топливом на борту, предполагающая разделение хранилища водорода, устройства для преобразования энергии, выделяющейся при окислении водорода в электричество (так называемый топливный элемент) и электродвигатель для обеспечения движения транспорта. На сегодняшний день корпорация «Даймлер-Крайслер» возглавляет крупную международную ассоциацию, цель которой введение в эксплуатацию водородных автомобилей. Сначала это будут городские автобусы, потом личный транспорт, а потом и все остальные транспортные средства.
Следует подчеркнуть, что непосредственное практическое значение водородной энергетики значительно шире. Для России, например, особую ценность представляет возможность создания мощных автономных водородных энергоустановок, использование которых способно существенно упростить освоение районов крайнего севера.
На наш взгляд, здесь существует только один очевидный подводный камень. Водородная энергетика в отечественных условиях может стать эффектной разменной монетой в пропагандистской машине, отвлекающей внимание населения и ученых от самых насущных проблем на довольно туманные перспективы. Атомная энергетика Российской Федерации, например, продолжает функционировать, но ее дальнейшее развитие находится под большим вопросом. Кто будет развивать эту важнейшую отрасль промышленности, если Россия стремительно теряет кадры? Сможем ли мы выплавлять атомные «колокола», когда потеряем «отцовский секрет»? А ведь водородная энергетика сама нуждается в мирном атоме или другом первичном источнике энергии… Опасно высокая цена на нефть создает видимость стабильности, и здесь власть для сохранения существующего порядка вещей, похоже, готова на любые идеологические химеры, в том числе активно задействуя и околонаучные мифы.
И тем не менее, о серьезности этой технологии говорит хотя бы то, что еще в 2003 году «Норильским никелем» и РАН был заключен договор о сотрудничестве в области развития водородной энергетики. На сегодняшний этот контракт является крупнейшим соглашением между российскими учеными и бизнесом. Если технологические проблемы, о которых шла речь выше, удастся решить, России так или иначе придется отказываться от статуса страны-экспортера энергоресурсов.
Мы, скорее всего, действительно станем свидетелями третьего технологического прорыва за последние пятьдесят лет. После ядерных технологий и развитии информатики этим новым этапом научно-технической революции может стать массовое внедрение водородных двигателей.
Оригинал этого материала опубликован на сайте «Русская цивилизация».
