Искать альтернативу традиционным энергоресурсам вынуждают и политические факторы, господствующие на рынке углеводородов, и коммерческие риски. Водородное топливо способно прекратить дискуссии о том, что лучше: нефть, газ или электричество. Лучше — водород! На этот химический элемент приходится ¾ всей материи во Вселенной. Водород — основа термоядерных реакций — «сырьё» для производства энергии звёздами (в том числе и Солнцем). Запасы его неисчерпаемы и постоянно возобновляются. Вопрос в том, как получить и переработать этот ресурс.

 

Аполитичный и перспективный

Простейший пример водородсодержащего вещества — вода. Энергоотдача водорода при образовании воды составляет 120,7 ГДж на тонну сырья. Это многократно превышает эффект от сжигания любого другого топлива. Водород как горючее увеличивает КПД двигателей внутреннего сгорания на 50–70 % по сравнению с бензином; а эффективность специальных водородных двигателей выше, чем бензиновых, в 2–3 раза!

Международное энергетическое агентство прогнозирует, что к концу века четверть транспорта планеты будет использовать водород как горючее. И если цены на нефть за 10–15 лет не упадут до $30–40 за баррель, то замена водородом бензина вполне реальна.

Водород экологичен, к тому же является источником энергии с нулевой эмиссией. Применение его широко: это и генерация электричества, и отопление, и промышленные процессы. При этом сократить выбросы СО2 реально на 6 гигатонн в год. Рост использования водорода как топлива, по подсчётам «Водородного совета», потребует ежегодно $20–25 млрд инвестиций до 2030 года. Много ли это? Инвестиции в нефтегазовую отрасль даже в кризис составляли около $60 млрд. Экономия налицо… Не зря Япония, Южная Корея, Германия, Китай, США активно развивают рынок энергетического водорода. Разработка водородных двигателей и генераторов на этом сырье в Японии и США насчитывает более 30 лет.

 

Испорченная репутация

Водородный двигатель гораздо старше бензинового. Его изобрёл француз Франсуа Исаак де Риваз в 1806 году. Но спустя полвека верх взяли привычные нам бензиновые двигатели. А в 1936 году репутацию водорода как энергоносителя надолго подпортил взрыв самого большого в мире дирижабля «Гинденбург»; не добавили популярности «элементу номер один» и впечатляющие испытания водородной бомбы в 1950-х. О водороде думали, как о крайне опасном веществе, угрожающем всему живому. Какое уж тут массовое водородное отопление и автомобили на водородном топливе?

Сегодня главное препятствие к использованию водорода в энергетике — хранение и транспортировка. Нужны либо высокое давление (газообразный водород), либо низкие температуры (жидкий). Останавливает высокая энергоёмкость таких хранилищ. Некоторые пористые материалы могут хранить газообразный водород, потребляя гораздо меньше энергии, — например, углеродные нанотрубки; но до их практического применения далеко.

 

Теоретически возможно, дело за практикой

Департамент энергетики США справедливо утверждает: при цене на водород $5 за килограмм пользоваться другими видами топлива будет невыгодно. Но пока что получение водорода стоит гораздо дороже. Наработанные технологии требуют вдвое больше электроэнергии, чем традиционные углеводородные, а потери доходят до 30 %. Глобальная задача разработать способы, обходящиеся без электричества, теоретически уже решена.

Первое решение предполагает обработку природного газа паром; второе основано на газификации низкосернистых углей с «очисткой» получаемого газа и разделением на фракции. Эти технологии позволяют получить более дешёвый водород, но как топливо для транспорта и массовой промышленной генерации электроэнергии продукт не конкурентоспособен, хотя даже в Украине с её запасами угля и развитой углехимической и металлургической промышленностью внедрить упомянутые технологии можно уже сейчас. Полученный водород обеспечит выработку электроэнергии для нужд этих же отраслей, а также для сглаживания пиковых нагрузок в национальной энергосистеме.

Третья технология — разложение воды на кислород и водород —  предусматривает участие электроэнергии как ресурса, от чего как раз хотели уйти. Но именно этот вариант сегодня в ходу у ведущих автомобильных концернов. Продолжаются и другие исследования. В частности интересен проект HyperSolar, над которым работают в Университете Айовы: вода разлагается на кислород и водород под действием солнечного излучения. Технологию можно реализовать с замкнутым циклом — без постоянной загрузки исходного топлива, и интегрировать с солнечной электростанцией.

Есть варианты получения водорода из зелёных водорослей Chlamydomonas reinhardtii: при нехватке кислорода и серы они бурно вырабатывают водород. Интересны и проекты использования солнечной энергии для выделения водорода из органической биомассы, бытовых и сельскохозяйственных отходов. Они представляются перспективными для внедрения в нашей стране.

Мир готов признать водород ведущим энергоресурсом. Об этом свидетельствуют и многочисленные разработки учёных, и экономические союзы вокруг новых технологий. «Водородный совет» за два года работы объединил 53 гигантов, в числе которых Airbus, Air Products, Cummins, EDF, Johnson Matthey, KOGAS, SINOPEC, Thyssenkrupp, AFC Energy, Mitsubishi Heavy Industries, Re-Fire Technology, Sumitomo Mitsui Banking Corporation, Sumitomo Corporation, Southern California Gas. К работе над водородными топливными элементами примкнули Hyundai, Toyota, Audi, BMW, Daimler, General Motors, Great Wall Motor, Honda. По расчётам специалистов, к 2050 году мировой спрос на водородные генераторы вырастет в 10 раз.

Что же касается Украины, даже безотносительно водородного вопроса её возрождение может начаться с энергетики. Эксперты приводят в пример японское «экономическое чудо», начавшееся именно с революции в этой сфере. И такой повод, как «мода» на водород, грех не использовать.

Марк Стахурский

 

Оставить комментарий

Войти с помощью: