«Атомэкспо-2024»: когда состоится зеленый переход на водород

Н₂ — сегодня один из главных мировых трендов, его считают самым зеленым источником энергии. Водород многие страны рассматривают как ключ к достижению нулевых выбросов. Но, помимо больших перспектив, у него есть свои минусы — это трудности, связанные с инфраструктурой и регулированием, а также с его высокой ценой, которую пока большинство не готово платить. При всем этом водород продолжают называть основой экономики будущего, где Н₂ должен стать главным носителем для накопления, хранения и транспортировки энергии.

Смена вектора

Водород — это самое энергоемкое и легкое вещество из всех видов топлива. Главным преимуществом водорода по сравнению с другими источниками энергии называют его экологичность (самый чистый из известных химических носителей энергии). К тому же он широко доступен, его можно вырабатывать из воды, которой покрыта большая часть нашей планеты. Для этого есть давно известный способ — электролиз. Это когда через жидкость пропускают электрический ток, вызывающий реакцию распада на кислород и водород. При такой технологии не образуются парниковые газы. Ею пользовались еще в советские времена, когда водород использовали для производства аммиака для получения азотных удобрений.

Евгений Пакерманов Фото: Юлиан Заболоцкий / Пресс-служба «Сириуса»

Правда, это очень дорогое удовольствие, и в этом пока главная загвоздка. Тем не менее положительные тенденции есть, говорит президент компании «Русатом Оверсиз» Евгений Пакерманов.

«Видно, как в мире меняется картина с запускаемыми водородными проектами. За последний год их число выросло на 20 %. Причем они реальные и перспективные», — отметил он.

По словам эксперта, сейчас Россия переходит от идеи производства водорода на экспорт к развитию внутреннего рынка и отечественных технологий. Специалисты анализируют, где можно не только генерировать H₂, но и применять его. К этому делу привлекают не только энергетиков, но и металлургов, нефтехимиков.

Выставочный павильон «Атомэкспо-2024» Фото: Юрий Славин / Пресс-служба «Сириуса»

Остров будущего

Сегодня водородная энергетика в России в первую очередь ассоциируется с Дальним Востоком, точнее с Сахалином. Именно там по поручению президента Владимира Путина развивается крупнейший в стране профильный проект, в котором задействованы специалисты Росатома, Московского физико-технического института, Минпромторга, Минобрнауки, Минэнерго и Минвостокразвития, а также МЧС.

Схема экспериментального полигона на Сахалине Изображение: © Научно-деловой портал «Атомная энергия 2.0»

Этим летом в Южно-Сахалинске начнет работать экспериментальный полигон, где с помощью энергии солнца и ветра будут производить зеленый водород, которым потом планируется снабжать местные населенные пункты. Так, например, можно обеспечивать работу вышек связи. Сейчас они действуют на привозном дизельном топливе, но вскоре их намерены перевести на H₂, делится планами исполнительный директор НТЦ автономной энергетики МФТИ Юрий Васильев.

«В этом появляется явный экономический смысл, потому что киловатт-часы на дизеле — это дорого. А здесь мы используем небольшую систему на топливном элементе, буквально 10 киловатт в час (дизель переводим в резерв), и совмещаем с небольшой солнечной станцией. На сжиженном водороде можно работать целый месяц», — объясняет он.

Китайский водород

За последний год КНР произвела 49 млн тонн водорода и к концу десятилетия  намерена увеличить этот показатель почти втрое. Там потребителем H₂ в основном выступает юго-восток страны. Это туристический регион с большим спросом на зеленую энергию. 

«Затраты в основном приходятся на транспортировку. Мы анализировали данные производства топлива и доставку его в Шанхай. Оказалось, что 80 % расходов ушло на перевозку. Поэтому мы стараемся строить и улучшать состояние инфраструктуры, чтобы избежать этих расходов», — рассказал на «Атомэкспо-2024» заместитель руководителя Китайского водородного союза Ма Тяньцай.

Сочетание нового и привычного топлива в системе генерации и хранения энергии должно привести к снижению затрат, обеспечению стабильного энергоснабжения и улучшению экологической ситуации.

Форум «Атомэкспо-2024» в Университете «Сириус» Фото: Юрий Славин / Пресс-служба «Сириуса»

Источники водородной энергии всегда работают как тандем «топливный элемент на водороде плюс аккумулятор». Например, в поселке Новиково в 120 км от Южно-Сахалинска, где проживают около 500 человек, планируют совмещать дизель с водородом. Как это будет работать? Когда нагрузки на сеть в поселке минимальные (например, летом или в межсезонье), ветер позволяет накапливать энергию. Ее можно использовать для работы электролизеров (устройство для электролиза). Водород при этом будет храниться под небольшим давлением в массивных емкостях и ждать своего часа — когда ветер стихнет.

Символ бесконечности атомной энергии на форуме «Атомэкспо-2024» Фото: Юрий Славин / Пресс-служба «Сириуса»

Через два года на острове должна появиться первая очередь завода по производству водорода. В год там будут вырабатывать до 30 тыс. тонн, а к 2030-му показатель увеличат до 100 тыс. тонн. Уже сейчас проекты, которые разрабатываются на Сахалине, можно увидеть и «пощупать» на тестовом полигоне, который создали в Подмосковье, недалеко от Долгопрудного. Там организованы небольшие производственные и экспериментальные площадки, технология проверяется, дорабатывается и совершенствуется.

Для сотрудников МЧС разработали мобильную станцию на водороде, которую можно развернуть в удаленном районе в случае ЧС или поисковой операции. Такой передвижной комплекс для выработки электричества уже этим летом планируют использовать на сахалинском аэродроме Пушистый. 

Транспорт будущего

Энергия водорода может не только освещать и отапливать дома, но и перемещать грузы и людей. Сахалин должен стать первым местом в России, где запустят водородную железную дорогу. По ней будут ходить семь составов. Производством поездов занимается «Траснмашхолдинг», РЖД обеспечит инфраструктуру, а Росатом — топливо.

В Африке

Южно-Африканская Республика тоже претендует на место на рынке водородной энергетики. Там рассчитывают ежегодно производить 15 млн тонн водорода, сообщил генеральный директор регионального офиса Росатома в Центральной и Южной Африке Райан Колльер.

«Нам помогает альянс, в котором нескольких африканских стран. Есть проекты, которые мы уже реализуем в Кении, Намибии и ЮАР. Планируем до 2050 года инвестировать в них 49 млрд долларов», — отметил он.

Представители 75 стран посетили форум «Атомэкспо-2024» Фото: Юрий Славин / Пресс-служба «Сириуса»

Также на Сахалине появятся автозаправочные станции на водороде, а первой на экологически чистое топливо перейдет тяжелая коммунальная техника. В отличие от поездов, машины на водороде в России уже есть. Одну из них можно было увидеть на «Атомэкспо-2024» — это микроавтобус «ГАЗель City», рассчитанный на 22 пассажира. Аналогичные разработки имеются и у других отечественных производителей.

Есть два основных принципа применения водорода в автотранспорте:

• электромобиль заправляется водородом, который попадает в его топливный элемент, где происходит химическая реакция. В результате получается электроэнергия, которая поступает в аккумуляторную батарею и электродвигатель. Последний приводит машину в движение.
• автомобиль оборудован двигателем внутреннего сгорания, который работает на водороде. На заправках топливный бак заправляют сжатым H₂, который поступает в топливный элемент, где мембрана разделяет камеры с анодом и катодом. В первую поступает водород, во вторую — кислород из воздухозаборника. Каждый из электродов мембраны покрыт слоем катализатора, из-за чего водород начинает терять электроны (отрицательно заряженные частицы). В это время через мембрану к катоду проходят протоны (положительно заряженные частицы), которые соединяются с электронами и на выходе образуют водяной пар и электричество.

Если говорить о массовом производстве, второй способ считается более экологичным, эффективным, а еще он дешевле первого, подчеркивает вице-президент Группы ГАЗ Сергей Арзуманов.

Пленарная сессия, посвященная водородной энергетике на форуме «Атомэкспо-2024» Фото: Юлиан Заболоцкий / Пресс-служба «Сириуса»

«У первой технологии есть минусы электромобиля: короткий пробег (условно 350 км), к тому же с собой все время придется возить батарею. А это лишний вес и сокращение полезного пространства. Если запускать такой транспорт массово, понадобится много электродвигателей. Значит, нужно с нуля строить новые заводы — это миллиарды долларов. А если использовать второй вариант, понадобятся лишь небольшие инвестиции в существующие предприятия», — отметил он.

Рынок водородной энергетики пока только зарождается. Помимо высокой стоимости производства зеленого водорода, есть еще ряд барьеров, которые мешают его ускоренному развитию: отсутствие доступных технологий транспортировки и хранения, ограниченная инфраструктура и проблемы с регулированием и сертификацией. Для решения этих проблем в России на государственном уровне была утверждена Концепция развития водородной энергетики до 2035 года. Задача амбициозная — сделать страну одним из мировых лидеров по производству H₂.