Водородная энергетика: ждать ли революции в технологиях?

Водород сегодня представлен как реальная альтернатива ископаемым источникам энергии, способная значительно снизить выбросы парниковых газов и сделать электротранспорт полноценной заменой автомобилям с двигателем внутреннего сгорания. Проблема лишь одна — цена водорода.

Водород не выделяет углекислый газ при сжигании, что делает его экологически чистым источником энергии. Он обладает высокой энергетической плотностью и может храниться в небольших объемах, используясь для питания мощных механизмов.



По предварительным прогнозам, Россия вовсе не отстает в этой гонке и может занять до 16% мирового рынка. Это не только перспективное направление развития экономики страны, но и важный шаг к экологической безопасности. По данным экспертов, уже сегодня в стране есть все условия для успешного внедрения новых технологий.

Одной из ключевых задач является поддержка производителей и потребителей водорода. На сегодня производство этого газа в чистом виде — энергозатратный процесс. Большая часть себестоимости – это электроэнергия. Также производителям водорода необходимы современные электролизеры. Сейчас на рынке доминируют аппараты, производимые европейскими компаниями из Норвегии, Дании, Франции, однако отечественные инженеры в последние годы смогли отработать свои технологии и уже сейчас вышли на рынок с электролизерами с анионообменными мембранами. Их производит уральское предприятие «Центротех».

В России также создано производство композитных баллонов, выдерживающих нагрузку в 350 атмосфер. На очереди серийное производство баллонов, выдерживающих до 700 атмосфер. Для водорода это критически важно.

Следующий шаг — появление чистого водорода по доступной цене. На данный момент основным промышленным продуктом остается «серый» водород, добываемый из природного газа. Он содержит много углекислого газа, зато стоит порядка 1.5 долларов за килограмм. Чистый водород, называемый еще «зеленым», который добывается методом электролиза, стоит около 10 долларов за килограмм. Если современные технологии помогут снизить стоимость газа до уровня цен за «серый» водород (1 – 1,5 доллара), то можно будет говорить о революции на энергетическом рынке.

Согласно прогнозам экспертов, через 30 лет мировой спрос на водород должен достичь 528 млн тонн, то есть увеличиться в пять раз. Доля этого газа в мировом потреблении составит 18%, из них 10% будет приходиться на зеленый водород. Многие с такими прогнозами не согласны. Если экономика производства чистого водорода серьезно поменяется, объемы потребления вырастут не в пять раз, а в десятки или даже сотни раз.

Одно из перспективных направлений производства самого легкого газа сейчас активно развивает «Росатом». Оно заключается в сочетании атомной энергии и крупнотоннажного водородного производства. Компания сейчас работает над созданием атомного электрохимического комплекса, который будет состоять из АЭС с высокотемпературным газовым реактором, объединенным с электрохимическим комплексом по производству водорода. Это долгий процесс. Ученые предполагают, что такой комплекс сможет заработать с 2030 по 2035 год.

На сегодня применение водородных топливных элементов в автомобилях тормозится из-за их дороговизны, что в свою очередь сказывается на инфраструктуре. Ее практически нет, поскольку большая часть электрокаров — это аккумуляторные автомобили. Водородных заправок даже в Европе — считанные единицы.

Обычный легковой автомобиль на водородном топливе потребляет килограмм газа на 100 км пути. Сейчас в мире только себестоимость производства килограмма чистого водорода порядка 10 долларов, но на заправках цены, естественно, выше. Получается, что даже европейцам выгоднее ездить на автомобилях с ДВС, не говоря уж о России, где бензин хоть в последнее время и поднялся в цене, но не дотягивает до европрайса. Пока аккумуляторные электромобили развиваются в сегменте личного транспорта с небольшими исключениями в виде электробусов и штучных экземпляров грузовиков. Авиация, морские и грузовые перевозки на дальние расстояния все еще нельзя перевести на использование электроэнергии, потому что для таких машин требуется топливо с высокой плотностью энергии. Любой литий-ионный аккумулятор, способный давать энергию для движения теплохода, просто утопит судно. На сегодня самый технологичный вариант сделать экологический пассажирский теплоход — установить электродвигатель, работающий на водороде. Емкость водородного аккумулятора в десять раз больше емкости литий-ионного. Все хорошо, но проблема цены такого топлива затмевает все плюсы.

Это не означает, что проекты транспорта на водороде не реализуются. Сейчас у нас подразделением АФК «Система» разработан катамаран на водородных элементах. Предполагается, что он может заменить часть тихоходных речных трамвайчиков на туристических маршрутах. У его двигателя есть возможность развивать скорость до 40 км/ч. Этого хватит для перевозки пассажиров на междугородных рейсах.

Чтобы сфера применения водородного топлива развивалась, необходимо создавать соответствующую инфраструктуру для хранения и транспортировки топлива, а также совершенствовать законодательную базу. Необходима поддержка на государственном уровне, а чтобы производство водорода развивалось, нужен сбыт, причем не только внутри страны, но и на внешних рынках.

На данный момент Россия отстранена от основных потребителей чистого водорода, таких как Европейский Союз, США, Япония и Южная Корея. Рынком с наибольшим потенциалом для нашей страны является Китай, но поставки водорода туда к 2030 году по прогнозам составят всего 200 —300 тысяч тонн в год, с экспортной выручкой около миллиарда долларов.
Если геополитический расклад не поменяется, наша страна может занять 3-5% мирового рынка водородных технологий к 2030 году и 10-15% этого рынка к 2050 году. При этом разработки технологий производства водорода потребуют вложений как минимум 200 млрд рублей.

К 2050 году, согласно прогнозам экспертов, возможно увеличение экспорта водорода из России до 2-4 млн тонн в год, и что они могут охватить всю Юго-Восточную Азию, расширяя рынки сбыта. Остается надеяться, что к этому времени довольно емким станет и внутренний рынок. Тогда все вложения в технологии с лихвой окупятся.