Интерес к водородной энергетике растёт во всём мире на фоне климатической повестки — сжигание водорода не приводит к появлению вредных выбросов. Научная работа по поиску эффективных методик получения, транспортировки и применения водорода ведётся и в России. Ранее на перспективность этой отрасли обратил внимание президент РФ Владимир Путин — по словам главы государства, чистый водород точно будет востребован. В интервью RT ректор Национального исследовательского университета «Московский энергетический институт» (НИУ «МЭИ»), член общественного совета при Министерстве энергетики РФ доктор технических наук Николай Рогалёв рассказал, как продвинулись за последние годы технологии водородной энергетики, а также о том, какое место водород может занять среди других источников энергии.
— Николай Дмитриевич, недавно российские учёные запатентовали способ получения водорода при взаимодействии наночастиц алюминия с водой под воздействием лазерных импульсов. Это далеко не первая такая работа, в целом поиск технологий для получения и применения водорода в энергетике ведётся во всём мире. На каком этапе развития данная сфера находится сегодня в России и в мире?
— Я считаю, что пока водородная энергетика находится на стадии осмысления, если так можно сказать. Да, нередко звучат мнения, что в будущем водородная энергетика станет главенствовать и сможет перекрыть все потребности человечества. Но, на мой взгляд, она всё же только дополнит другие источники энергии, включая возобновляемые.
Сегодня все страны изучают возможность внедрения водородной энергетики. Определённые технологические наработки для этого уже созданы. Однако для использования водорода в промышленных масштабах, нужны уже несколько другие технологии. Их обсуждение и поиск сейчас ведётся научным и промышленным сообществом.
— Расскажите, пожалуйста, в двух словах о ключевых принципах водородной энергетики? Почему она считается экологически чистой?
— Дело в том, что в результате сжигания водорода не образуется никаких вредных выбросов, только чистая вода. Проблема в том, что водород в чистом виде найти в природе практически нельзя, его нужно получать искусственно. Сегодня водород в примерно 95% случаев получают из природного газа. На остальные методики, включая получение из воды путём электролиза, приходится только порядка 5%. Электролиз требует энергии, это обратная реакция, протекающая под воздействием электрического тока.
Из метана в результате химической реакции, протекающей при высокой температуре, получается не чистый водород, а так называемый синтез-газ — водород с примесью монооксида углерода. Далее углерод удаляется, а полученный водород или используется в химическом производстве, или складируется. Хранение водорода — ещё одна большая технологическая проблема, которую только предстоит решить. Поскольку молекула водорода очень маленькая, она легко внедряется в металл и делает его со временем непригодным для дальнейшего использования, слишком хрупким.
Надо сказать, что не любая водородная энергетика считается абсолютно «зелёной», это зависит от способа его получения. Например, если для этого используется энергия из возобновляемых источников, то такой водород считается чистым.
— Сейчас много говорят и пишут о том, что многие виды возобновляемой энергетики оказались не такими «зелёными» как считалось. Например, нуждаются в редкоземельных металлах, добыча которых сопряжена с ущербом для окружающей среды и т. п. Есть ли такие «тёмные» стороны у водорода?
— У любой медали есть две стороны. Действительно, технологии «зелёной» энергетики часто требуют применения редких металлов, а для лопастей ветряков, к примеру, используются материалы, которые потом очень долго разлагаются. И таких примеров немало. Для получения энергии путём сжигания водорода нам нужно применять специальные установки-катализаторы, в которых используются благородные металлы. Так что если мы говорим о применении водорода с точки зрения устойчивого развития и охраны экологии, то надо всегда рассматривать весь технологический цикл — получение, хранение и применение топлива.
— Если говорить уже не про экологические, а экономические аспекты, то каков коэффициент полезного действия водородных установок? Насколько выгодно применение водорода?
— Если мы возьмём просто автобус, работающий на водороде, то он будет очень эффективным — такой автобус не производит никаких вредных выбросов. Но если смотреть системно, то надо понимать, как именно было получено конкретное топливо. Установки по производству водорода, существующие сегодня, имеют очень разный КПД. Водородная энергетика пока не получила большого развития именно из-за дороговизны получения водорода. Удешевить стоимость водорода можно, расширив масштабы его производства. В этом смысле у России есть большой потенциал.
— Наблюдающийся сегодня во всём мире всплеск интереса к водороду — не первый в истории. Такие разработки велись ещё в прошлом веке. Например, в СССР был даже построен первый и единственный самолёт на водородном топливе Ту-155. Почему те разработки так и не нашли широкого применения?
— Ту-155 был очень впечатляющим и даже, можно сказать, зрелищным достижением. Однако сам уровень технологий той эпохи всё же оставлял желать лучшего, по многим причинам. Низкое конструктивное качество материалов, очень большой расход топлива и т. д. Поэтому созданные в прошлом веке технологии не смогли найти широкого применения, включая самолёт на водородном топливе.
Новый всплеск интереса к водороду, который наблюдается сегодня, связан с климатической повесткой и осознанием необходимости перехода к более чистым видам топлива. Однако снова подчеркну: водород, на мой взгляд, в будущем сможет дополнять другие источники энергии, но не заменит их.
— Удалось ли российской и мировой науке за прошедшие десятилетия приблизиться к решению технологических проблем, мешающих массовому внедрению водородной энергетики?
— Да, вполне удалось. Очень серьёзное развитие получили небольшие топливные элементы, которые могут применяться на транспорте, например. В таких устройствах энергия, вырабатывающаяся при окислении водорода, преобразуется в электричество. Кроме того, наблюдается большой прогресс в сфере создания электролитёров — установок для производства водорода путём электролиза. Плюс, появились новые материалы, которые позволяют бороться с проблемой хрупкости металла при хранении водорода. Также сейчас развиваются технологии, связанные с хранением водорода в металлических гидридах, аммиаке или в каких-то органических носителях. Так что можно смело говорить о серьёзном прогрессе в сфере водородной энергетики.
— Развитие возобновляемой энергетики во многом упирается в вопрос хранения энергии — современные аккумуляторы со временем разряжаются, а также сильно вредят экологии при утилизации. Может ли водородная энергетика дополнить возобновляемую энергетику — с тем, чтобы использовать водород в качестве хранилища электроэнергии?
— Можно, и у нас в НИУ «МЭИ» даже действует целый институт Гидроэнергетики возобновляемых источников энергии, который занят такими разработками. Также на базе МЭИ действует Институт энергоэффективности и водородных технологий, мы работаем над методиками и производства, и хранения энергоносителей, включая водород.
Но чтобы не порождать ложные иллюзии, отмечу, что сегодня большая часть энергии хранится просто с помощью гидроаккумулирующих электростанций. Когда электростанция работает, она накачивает воду наверх. Когда энергию надо использовать, проток воды открывают, под силой тяжести она падает и крутит турбины. Пока что этот метод — главный способ аккумулирования энергии. Другие методики занимают совсем небольшой сегмент.
— Какое применение водород может иметь уже сейчас? Например, говорят, что он может быть топливом для беспилотных устройств. Так ли это?
— Да, действительно, водород — удобное топливо для БПЛА. В нашем университете уже разработан такой компактный топливный элемент с очень оригинальной системой охлаждения — её массогабаритные показатели позволяют использовать её в дронах. Так что сегодня одно из перспективных направления для применения водорода — в качестве топлива для БПЛА. В этом случае дрон не нуждается в зарядке от электросети, достаточно поменять баллон с газом.
— А как решается сегодня проблема высокой взрывоопасности водорода?
— Такая проблема существует, потому что водород очень легко воспламеняется при смешивании с кислородом. Однако методы безопасного использования и транспортировки водорода тоже развиваются. Например, современные подходы позволяют уже снизить опасность водорода до уровня метана, который широко используется.
— Сколько ещё потребуется времени человечеству, чтобы действительно открыть водородную эру в энергетике?
— Сейчас непростые условия для прогнозов. Но как говорят гуру менеджмента, «будущее нельзя предвидеть, его можно создать». Если мы будем активно работать над развитием водородных технологий сегодня, то в течение 5—10 лет мы создадим образ водородной энергетики будущего, поймём её возможные масштабы и преодолеем технологические барьеры. Сейчас такие работы ведутся в ряде стран, кто-то выдвигается вперёд, кто-то отстаёт… В России есть очень хорошие наработки в этой области, соответствующие лучшим мировым результатам.
