Водородная энергетика

На данный момент большинство построенных долгосрочных прогнозных сценариев развития энергетики опирается на гипотезу об эволюционном характере развития технологических изменений. Такая модель предполагает постепенное вытеснение традиционных энергоресурсов по мере исчерпания их запасов, роста мировых цен или обострения ситуации с загрязнением окружающей среды. Однако нельзя исключать возникновения прорывных сценариев в результате освоения принципиально новых источников энергии на основе базисных технологических инноваций. Сегодня в качестве одного из наиболее вероятных направлений, способных качественно изменить служившуюся ситуацию в энергетике, рассматривается переход на водородное топливо.

Технология получения этого вида топлива очень проста: в результате соединения водорода с кислородом выделяется большое количество энергии, при этом единственным продуктом реакции является вода, что сразу делает неактуальной проблему загрязнения окружающей среды традиционными продуктами сгорания. Однако проблема состоит в получении водорода в чистом виде, т.к. в природе он встречается в основном в форме соединений с кислородом (Н2О) или углеродом, и для его выделения требуется достаточно большое количество энергии. На данный момент водород добывается методом электролиза, который весьма дорог. Кроме этого, необходимо обеспечить его хранение и доставку конечным потребителям для последующего преобразования тепловой энергии в электрическую или механическую. Многие страны мира считают, что водород является перспективным энергоносителем для применения в транспорте.

Внимание к использованию водорода в качестве альтернативного вида топлива проявляется уже не одно десятилетие. Массовые продажи автомобилей, работающих на альтернативном топливе, начались в 2002 году. Недавно концерн BMW выпустил свой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который работает на водороде.

В 2003г. президент США Дж. Буш провозгласил «Инициативу в области водородного топлива», задачей которой является ускорение исследований и разработок по созданию и демонстрации возможностей новых технологий. Следом министерство энергетики США опубликовало интегрированный план проведения НИОКР в области водородной энергетики. Он предполагает полный переход к водородной энергетике к 2030-2040 гг. Согласно этому плану, федеральное правительство будет играть ключевую роль в освоении новых технологий в краткосрочный перспективе. Однако роль промышленности в освоении новых водородных технологий на более поздних этапах начнет постепенно становиться доминирующей. Для обеспечения скорейшего получения необходимых результатов ведется работа по формированию партнерств промышленности, в частности, министерства энергетики с промышленностью: по созданию автомобилей на водородном топливе («FreedomCAR») и по созданию твердоокисных топливных элементов («SECA»).

Япония, которая не имеет собственных запасов нефти и газа, поддерживает работы в области водородной энергетики с начала 80-х гг., а свою первую крупную национальную программу провозгласила еще в 1993г. В 2003г. началась реализация нового национального водородного проекта, в задачи которого, в частности, входят отработка вопросов безопасности применения технологий, подготовка к коммерциализации транспортных средств на основе водородных топливных элементов и формирование необходимой для этого инфраструктуры. Например, на территории Японии уже открыто около 10 заправочных станций, использующих различные способы получения водорода. Участниками этого проекта являются такие крупнейшие японские и иностранные производители как «Тойота», «Хонда», «Нисан», «Дженерал Моторс» и т.д.

Значительный интерес к развитию водородной энергетики проявляют в последние годы и страны ЕС, что во многом обусловлено отсутствием у них собственных значительных запасов энергоресурсов, необходимых для обеспечения экономического роста. По словам экс-президента Европейской Комиссии Романа Проди, зависимость региона от импорта нефти на данный момент составляет около 50%, а к 2025г. увеличится до 70%. В этой связи стратегической задачей региона является построение к 2050г. полностью интегрированной водородной экономики, основанной на использовании возобновляемых источников энергии. В частности, в связи с этим комиссия по атомной энергии Франции (CEA) уже много лет совместно с научными и промышленными партнерами занимается программой научно-технических исследований с целью продвижения использования водорода. Программа включает такие направления, как производство водорода (высокотемпературный электролиз, термохимическое производство и газификация биомассы); транспортировка и хранение (сжатый газ в композитном корпусе и хранение в твердом виде), технология топливных элементов, оценка безопасности и технико-экономическая оценка.

На данный момент активные исследования в области водородной энергетики ведутся и в России, примером чего может служить совместная программа Норильского Никеля, Газпрома и институтов РАН. Первыми итогами данной программы можно считать создание новых, относительно дешевых, активных и химически стабильных катализаторов, а также недорогих и эффективных твердых электролитов, пригодных для использования в портативных аккумуляторах или автономных электрогенераторах – как стационарных, так и для транспортных средств. По словам вице-президента «Норникеля» Владимира Пивнюка, 2/3 разработок являются экономически выгодными. [4]

Несмотря на то, что рынок водородных технологий только формируется, многие страны уже готовятся к массовому выпуску продукции на основе водородных топливных элементов через 2-3 года. По некоторым оценкам, к 2010г. годовой оборот этого сектора рынка достигнет 1,2 трлн. долл., и даже может превысить размеры рынка информационных технологий (915 млрд. долл.), а к 2020 г. доходы от водородной промышленности достигнут $1,7 триллиона. По расчетам экспертов компании Shell, постройка водородных заводов и заправочных станций в США обойдется в $19 млрд, в Великобритании – в $1,5 млрд, в Японии – в $6 миллиардов.[5] По некоторым прогнозам, водородная революция начнется с портативных источников тока, которые в ближайшие годы заменят привычные аккумуляторы, например, мобильных телефонов. Кроме того, успешная реализация намеченных водородных проектов может заметно перекроить существующую сейчас энергетическую карту мира после 2020г., что будет иметь серьезные последствия, как для стран-импортеров, так и для стран – экспортеров исчерпаемых энергоресурсов.

Дата добавления: 2015-05-10