Курс на водород: предсказания Жюля Верна о водородном топливе сбываются 150 лет спустя
Водород как потенциальное топливо: от чертежей учёного XIX века до советского производства
Водород – самый распространённый в природе элемент, из которого на 88% соткана вся наша Вселенная. Без него невозможна жизнь на Земле, но он также может существенно облегчить эту жизнь. Топливо на основе водорода является самым энергоёмким и по множеству показателей выигрывает у многих других «зелёных» видов топлива. И да, экологичность производства и использования также являются его главными «козырями».
Сейчас во всём мире активно развивается водородная энергетика, и Россия не отстаёт от этого тренда. Нужно отметить, что производство топлива на основе водорода – технология не новая. Ещё в советском Союзе его производили миллионами тонн. Сама же история производства водорода насчитывает полтора столетия.
Ещё в 1820 учёный и пастор Уильям Сесил прочёл в Кембриджском философском обществе доклад «О применении водородного газа для производства движущей силы в машинах». В его концепции поршень автомобильного двигателя приводился в действие расширяющимися газами взрыва водородо-воздушной смеси. Появление водородной энергетики предрекал и фантаст Жюль Верн: в его романе «Таинственный остров», написанном в 1873 году, главный герой, инженер Сайрус Смит, произносит такую речь:
– Да, друзья мои, я думаю, что воду когда-нибудь будут употреблять как топливо, что водород и кислород, которые входят в её состав, будут использованы вместе или поодиночке и явятся неисчерпаемым источником света и тепла, значительно более интенсивным, чем уголь. Придёт день, когда котлы паровозов, пароходов и тендеры локомотивов будут вместо угля нагружены сжатыми газами, и они станут гореть в топках с огромной энергией.
Первый патент на двигатель, работающий на смеси водорода и кислорода, был выдан в Англии ещё в 1941 году. В Советском Союзе водород производили в больших количествах для создания аммиака. Новое столетие дало новый толчок к развитию технологий производства этого вида топлива. Но только в последние три года в мире происходит настоящая «водородная революция»: анонсируется всё больше и больше государственных программ и различных проектов, связанных с водородной энергетикой, в эту отрасль инвестируется всё больше средств. Очевидно, будущее мировой энергетики неразрывно связано с самым распространённым элементом во Вселенной.
Водородная энергетика в мире: на острие технологий
Многие страны мира давным-давно идут в направлении развития водородной энергетики. «Зелёное» водородное топливо соответствует мировому вектору на декарбонизацию – тотальное уменьшение выбросов CO2 в атмосферу. Страны Евросоюза, Китай и многие другие передовые государства уже заявили о планах к 2050-2060 гг. добиться так называемой «углеродной нейтральности» – нулевого уровня выбросов углекислого газа. Для этого по всему миру внедряются самые разные виды «зелёной» энергетики. Это и солнце, и ветер, и геотермальная энергия, и водород.
Самый распространённый в природе элемент используют и на транспорте. Так, водородный транспорт активно развивает Япония. «Тойота» уже в 2017 году начала реализацию плана по глобальному переходу к энергетической модели на основе водорода – тогда по инициативе компаний Toyota Motor Corp. и Air Liquide был основан Международный совет по водородным технологиям. В него вошли такие автопроизводители, как BMW, Audi, Honda и Hyundai, Shell и многие другие – всего 30 крупнейших компаний, планирующих создавать автотранспорт на водороде.
Интересный факт: в японском городе Кобе на водородной энергии работают больницы, спортзалы и другие городские учреждения. Там же был построен первый в мире танкер для транспортировки жидкого водорода, охлаждённого до -253 ⁰C. Танкер этот будет перевозить сжиженный водород в Японию из Австралии.
Количество автомобилей на водородном топливе, рассекающих по дорогам Японии, исчисляется тысячами. Отметим, что сама Япония не слишком богата на природные ресурсы, и водород правительство страны планирует и дальше импортировать. Но, помимо Австралии и Норвегии, которые уже поставляют стране восходящего солнца это топливо, экспортировать его в Японию могла бы и Россия. О том, что такая возможность рассматривается, в 2020 году сообщили журналистам представители компании Kawasaki Heavy Industries.
Помимо Японии, которая давно заработала славу «страны будущего», всегда находящейся на передовой технологий, водородную энергетику активно развивают также США, Австралия, Южная Корея и многие страны Евросоюза. Германия приняла Национальную водородную стратегию в 2020 году. На её развитие в стране было выделено 9 миллиардов евро.
Уже в феврале 2021 года Германия и Россия договорились о сотрудничестве по вопросам водородной энергетики. Сотрудничество подразумевает совместную разработку технологий производства водородного топлива, его транспортировки и собственно создания мирового водородного рынка. Немецкая компания Wintershall Dea совместно с «Газпромом» анонсировали создание новой технологии производства водорода в рамках программы научно-технического сотрудничества.
Россия: прошлое и настоящее водородных разработок
Российская энергетическая отрасль, как и энергетика других передовых стран, старается не отставать от мировых трендов. Водород как источник энергии был освоен ещё в Советском Союзе и успешно применялся в самых разных областях. К примеру, в 1970-`80х годах в СССР строили ракеты и самолёты на водородном топливе. И двигатели на водороде могли бы использоваться в гражданской авиации, 18 апреля 1988 года поднялся в небо первый в мире самолёт на водороде — Ту-155, но помешали события начала 1990-х, положившие конец Советскому Союзу.
Существовали также программы использования водорода на общественном транспорте: в 1979 году учёные Автомобильного и автомоторного НИИ «НАМИ» создали опытный образец микроавтобуса, работающего на водороде и бензине. А через три года один из создателей этого опытного образца защитил диссертацию о работе двигателя внутреннего сгорания на водороде.
Правда, международной общественности автомобиль на бензоводородном топливе был представлен только в новом тысячелетии: в 2006 году Россия показала Газель с ДВС на водороде и бензине. В августе того же года состоялся «автопробег будущего»: автомобили на бензине и водороде прокатились по маршруту Москва – Нижний Новгород – Казань – Нижнекамск – Чебоксары – Москва.
Первый российский водородный автомобиль был представлен в Петербурге на ПМЭФ в 2007 году. А в текущем 2021 году на выставке в Татарстане показали Aurus – первый отечественный автомобиль на водороде класса люкс. Не стоит на месте и развитие общественного транспорта на водороде: в сентябре КамАЗ показал широкой общественности свой первый пассажирский автобус на водороде – КамАЗ-6290.
«Водоробус» был создан на основе уже существующего электробуса КамАЗ-6282. Ему добавили лишь топливные элементы. Топливо – шесть баллонов со сжатым водородом – разместили на крыше. Топ-менеджмент автозавода планирует начать тесты «водоробуса» уже в 2022 году, а завершить в 2023. Так что «водоробусы» на дорогах – дело совсем не далёкого будущего.
Отметим: тогда, на международной выставке Comtrans генеральный директор «КамАЗа» Сергей Когогин заявил, что для нашей страны водород станет ключевым элементом. И с этим сложно поспорить.
Водород в России: создание новой энергетической отрасли с нуля
Вектор на развитие водородной энергетики взят в нашей стране на самом высоком уровне. 9 августа 2021 года премьер-министр РФ Михаил Мишустин утвердил Концепцию развития водородной энергетики на ближайшие десятилетия. Предполагается, что к середине века в России будет сформирована новая отрасль энергетики, ориентированная на экспорт. Потенциальные покупатели у России уже есть.
Создание водородной энергетики поможет России уменьшить потери, которые принесёт вскоре экономике нашей страны мировой вектор на декарбонизацию. Водород – один из тех самых «зелёных» видов топлива, которые в нашей стране давно умеют производить. Согласно «Концепции», к 2050 году Россия сможет поставлять на мировой рынок от 15 до 50 миллионов тонн водорода.
Конечно, такие вершины не достигаются сразу. На данный момент мировой спрос на водород достигает 116 миллионов тонн. Но рынок водородного топлива отсутствует в принципе. Потребность в низкоуглеродном водороде будет расти вместе с уменьшением использования углеводородов – нефти и газа. И Россия может занять относительно пустую нишу этой «зелёной» энергетики.
Стратегия развития водородной энергетики до 2024 года предполагает «создание профильных кластеров и реализацию пилотных проектов по производству и экспорту водорода», как отметил в августе сам Михаил Мишустин. Через три года наша страна сможет поставлять к мировому «энергетическому столу» до 200 тысяч тонн водородного топлива. К 2035 году эта цифра может вырасти до 2-12 миллионов тонн.
Предполагается создать как минимум три производственных кластера, один из которых затронет и Петербург. Первый кластер – Северо-западный, его производство будет ориентировано на экспорт водорода в страны Европы. Второй – Восточный, предприятия этого кластера станут производить водород для наших соседей в Азии. И, наконец, Арктический кластер будет ориентирован на создание водородных систем энергоснабжения арктических территорий России.
Производить водород в нашей стране планируется самыми разнообразными, в том числе давно известными и хорошо изученными методами. Среди них пиролиз углеводородов, паровая конверсия метана, улавливание водорода, выделяемого при производстве энергии на атомных станциях, электролиз воды и так далее.
Принимать участие в создании и развитии новой энергетической отрасли и поддерживать её будут самые крупные российские компании: «РЖД», «Газпром», «РОСНАНО». В сентябре в Санкт-Петербурге состоялась Международная конференция по водородной энергетике (IH2CON), на которой представители Минэнерго, Минпромторга, а также таких крупных компаний, как «Газпром нефть» и «РОСНАНО» выясняли, как лучше производить, хранить и доставлять водород покупателям.
Помимо производителей и государственных ведомств, важным звеном в развитии водородной энергетики являются и энергосбытовые компании. Крупнейшей энергосбытовой компанией России является «РУСЭНЕРГОСБЫТ». Уже не первый год «РУСЭНЕРГОСБЫТ» идёт по пути популяризации и развития «зелёной» энергетики, экономии и сохранения энергии в стране. И переход к водородному топливу является одним из путей декарбонизации и улучшения экологической обстановки в мире, который «РУСЭНЕРГОСБЫТ» активно поддерживает.
