Отечественные и немецкие учёные планируют совместно работать над совершенствованием технологий производства, хранения и транспортировки водорода, а также его последующей генерации в электроэнергию. По мнению многих экспертов, уже в недалёкой перспективе этот газ составит серьёзную конкуренцию и традиционным углеводородам, и возобновляемым источникам энергии из-за своей высокой эффективности и экологической чистоты. «Форпост» решил разобраться в том, насколько это реально и почему не произошло до сих пор.
О том, что водород можно использовать в качестве энергоресурса известно давно. Ещё в начале ХХ века Константин Циолковский предлагал заправлять в двигатели его смесь с кислородом. С тех пор минуло уже более ста лет, но идеи основоположника теоретической космонавтики если и реализуются, то лишь на уровне более или менее удачных экспериментов.
На фото: автомобили, которые работают на водородном топливе, внешне ничем не отличаются от традиционных
Первый элемент периодической таблицы Менделеева, например, применяют в качестве топлива для транспорта – от автомобилей и поездов до самолётов и ракет. Многие известные автоконцерны давно выпустили модели, работающие на чистом водороде. Причём, переход на новое горючее не только не ухудшил комфортабельность, безопасность и динамику машин, но и позволил избавиться от выбросов из выхлопных труб углекислого газа и других загрязняющих веществ.
Почему же тогда столь полезное для окружающей среды «ноу-хау» не внедрено в массовое производство? Основных причин две: высокая стоимость водородных элементов из-за входящих в их состав палладия или платины, а также отсутствие чёткого понимания, каким образом продуктивно генерировать газ в электроэнергию, и какой материал использовать при производстве ёмкостей для его хранения. Дело в том, что он способен проникать в мельчайшие зазоры, негативно воздействует на металлы, а при малейшей разгерметизации полностью испаряется.
По мнению директора Научного центра цифровых технологий Санкт-Петербургского горного университета Юрия Жуковского, уже в ближайшее десятилетие научные изыскания в этом направлении позволят изменить ситуацию. За счёт роста надёжности и снижения себестоимости всех стадий водородной энергетики лучшие практики обязательно будут внедрены в промышленных масштабах.
На фото: В прошлом году в Германии начал курсировать первый в мире поезд на водороде
В качестве аналогии учёный приводит сжиженный природный газ. Сегодня его мировые поставки растут на 8-10% в год, и нет никаких предпосылок к тому, чтобы данная динамика изменилась. В то же время Катар, лидирующий по объёмам экспорта СПГ, вышел на рынок лишь 20 лет назад и тогда мало, кто мог себе представить, сколь перспективной окажется эта отрасль.
«К 2030 году рынок водорода будет оцениваться в 125 миллиардов евро. И Россия вполне способна занять там значительную нишу, до 4-5 миллиардов. Примерно полтора из них можно привлечь за счёт продаж водорода, получаемого методом электролиза водных растворов. Но каким образом довести объёмы экспорта до запланированных цифр, пока не вполне понятно», - говорит Юрий Жуковский.
Проректор по научно-инновационной деятельности Горного университета Владимир Бажин считает, что один из вариантов – газификация низкокачественного углеводородсодержащего сырья, то есть не востребованных металлургической промышленностью углей и твёрдых бытовых отходов. Подобные технологии давно освоены в ФРГ, а в последние годы широко применяются в промышленности Китая. Но они нацелены, в основном, на производство метана или метанола. Российские же учёные предложили своим немецким коллегам создавать другой конечный продукт – водород с последующей генерацией энергии.
Возможность совместных разработок в этой области стала основной темой селекторного совещания между представителями Санкт-Петербургского горного университета и Фрайбергской горной академии, которое состоялось 24 сентября. Представители немецкой высшей школы выразили уверенность в том, что адаптировать под новую задачу опытные установки по производству из угля синтез-газа и синтетического бензина вполне реально.
«Мы заинтересованы в подобном сотрудничестве, поскольку это крайне перспективное направление. Производство водорода, его хранение и транспортировка – это будущее, и мы обязаны по мере сил и возможностей приближать его», - прокомментировал ситуацию ведущий учёный института энергетического машиностроения и химической технологии Фрайбергской горной академии Феликс Байталов.
Более детальное обсуждение стороны решили провести в рамках Российско-Германского сырьевого форума, который состоится в Петербурге в конце ноября. Одна из его центральных дискуссий, по замыслу организаторов, будет посвящена именно водородной энергетике и её месту в глобальном энергетическом балансе. Участие в этой панели примут ведущие профильные учёные из обеих стран. В том числе члены Общества содействия прикладным исследованиям имени Фраунхофера, куда входит 72 института и исследовательских центра ФРГ.
«Коэффициент полезного действия ветрогенераторов и солнечных батарей в Европе оставляет желать лучшего. Первые не работают, если не дует ветер, а вторые – если не светит солнце. В связи с этим отказ от использования угля для многих стран ЕС, который был запланирован на 2030 год, становится малореальным. Эти обстоятельства заставляют европейцев искать иные пути, в частности, заниматься развитием экологически чистой, но при этом гораздо более эффективной водородной энергетики. Для России это также очень перспективное направление, ведь у побережья Крыма находится самое крупное на Земле месторождение водородосодержащих соединений, в основном, сероводорода. По приблизительным оценкам, его содержание в Чёрном море достигает 4,6 млрд тонн, из которых получится приблизительно 270 млн тонн водорода. Его можно использовать не только для производства топлива, но также в реакторах ТЭЦ, КПД которых весьма велик», - оценил перспективы энергоресурса будущего проректор по научно-инновационной деятельности Горного университета Владимир Бажин.
Он также отметил, что петербургский вуз планирует построить при поддержке своих немецких партнёров несколько опытных установок для производства водорода из угля и переработанного бытового мусора. Их планируется возвести на учебно-производственных площадках высшего учебного заведения, расположенных в Ленинградской области.
