Лица

«Водород — ключевой элемент для “озеленения” экономики»: Юрий Добровольский

Ведущий эксперт в области водородной энергетики и технологий Юрий Добровольский рассказал нам о новейших российских разработках в области водородного транспорта и о перспективах использования водорода для построения «зеленой» экономики.

Юрий Добровольский. Фото: Томский политехнический университет

Мы уже писали о «водородном буме», который сейчас переживают многие страны Европы и Азии, и о планах России в области водородной энергетики (преимущественно экспортных). Водород уже стал частью стратегий «озеленения» экономики и в ближайшие годы мы наверняка  еще не раз услышим о запуске водородных поездов, появлении новых моделей водородных автомобилей и создании водородных систем отопления. 

Чтобы обсудить быстрый «взлет» водорода и его место в «зеленом» будущем, мы встретились с экспертом в области водородной энергетики и технологий — Юрием Добровольским, доктором химических наук, руководителем Центра компетенций «Технологии новых и мобильных источников энергии» на базе Института проблем химической физики РАН в Черноголовке. Сейчас ЦК НТИ при ИПХФ РАН — единственное в России место, где есть водородная заправочная станция и ведутся испытания автоматизированной грузо-пассажирской платформы и других видов транспорта на водородных топливных элементах.

Э: Юрий Анатольевич, можно ли сейчас на водородном автомобиле передвигаться, допустим, по Москве или по России в целом?

ЮА: Пока это возможно только в Московской области, ведь единственная заправка для такого транспорта есть только у нас. Как и чуть ли не единственный пока в России водородный автомобиль — Toyota Mirai. Для появления на дорогах большего количества такой техники необходимо создание хотя бы минимальной водородной инфраструктуры. Ведь если негде заправиться, откуда появится спрос на этот недешевый, хотя и очень экологичный транспорт? 

Для предполагаемой программы «Водородная Россия-2050» мы разработали проект водородной трассы «Москва-Казань» с несколькими водородными заправками, которые сделают возможным движение грузовых автомобилей и автобусов на водороде между этими городами. Благодаря этому проекту мы сможем проверить водородные транспортные технологии в российских условиях, и у самой скоростной трассы появится будущее. Напомню, что этот маршрут является частью магистрали «Европа-Китай». И если и Европа, и Китай перейдут на водородный транспорт, то без соответствующей инфраструктуры наш участок этой дороги будет просто ненужным.

Для появления на дорогах водородной техники необходимо создание хотя бы минимальной инфраструктуры. Ведь если негде заправиться, откуда появится спрос на этот недешевый, хотя и очень экологичный транспорт? 

Э: Расскажите, пожалуйста, про платформу на водородном топливном элементе, испытания которой Центр компетенций недавно проводил.

ЮА: Это разработка нашего производственного консорциума, выполненная под руководством Центра компетенций. В начале этого года мы сделали электрическую автоматизированную платформу на водороде, предназначенную для перевозок: хотите — груза, хотите — пассажиров. Она может перевезти более полутора тонн и проехать до 500 км на одной заправке, что очень много. Транспорт на аккумуляторах на такие расстояния не может ездить, а водородный — может.

Э: То есть уже можно говорить, что испытания прошли успешно?

ЮА: Да, испытания проходят уже год, и мы понимаем, что энергоустановка платформы — это надежная система. Сейчас мы тестируем скорее автопилотирование и систему погрузки-разгрузки, потому что эти технологии в устройстве наиболее сырые. Для испытаний аналогов нашей платформы с таким же оборудованием сейчас будет использоваться участок ЦКАД. На открытии третьего участка этой трассы были представлены две модели беспилотных грузовиков на водороде и наша заправка. Надеюсь, что после этого этапа испытаний мы представим первый в мире «авто-беспилотник», который едет на водороде.

Э: Иногда, наверное, все-таки приходится вмешиваться в управление грузо-пассажирской платформы дистанционно? Или она уже практически полностью автономна?

ЮА: Пока мы находимся на закрытой территории нашего института, мы её запускаем в полностью автоматическом режиме, следим за перемещениями, и в случае, если нам что-то не понравится, останавливаем. Но экстренных ситуаций за год эксплуатации еще не было. Когда мы работаем с пассажирами, то обязательно сажаем водителя с пультом управления рядом, чтобы движение было максимально безопасным. 

Э: Скажите, есть ли уже интерес к вашему проекту со стороны российских и иностранных компаний?

ЮА: Интерес есть, и когда мы начали демонстрировать грузо-пассажирскую платформу на публике, он сильно возрос. Во-первых, появились запросы со стороны горной промышленности. В карьерах и подземных выработках, где очень строгие меры безопасности, аккумуляторные системы, как правило, не применяются. Они могут представлять опасность в загазованных шахтах, и их заряда хватает ненадолго. А в этой отрасли нужен транспорт, способный проходить большие расстояния и перевозить большие грузы. Поэтому водородные двигатели для такой техники — это незаменимый вариант. Кроме того, многие европейские страны также заинтересованы в этой технике. Им беспилотники нужны для обслуживания складов, закрытых площадок, поскольку пока законодательно подобной технике не разрешено выезжать на открытые дороги — ни у нас, ни за рубежом. 

Э: Давайте теперь поговорим о водороде как источнике энергии. Последние три года развитые страны принимают водородные стратегии, Россия тоже за ними последовала. Почему именно сейчас водород серьезно восприняли как альтернативный источник энергии?

ЮА: Смотрите, во-первых, мы сейчас находимся на пороге нового энергоперехода: от нефтегазовой энергетики и экономики к энергетике и экономике, основанным на возобновляемых источниках энергии. Мы — это не Россия, наша страна в этом смысле не передовая держава, речь идет о мире в целом. Тут работают сразу несколько факторов: климат, экология и политика. Во-вторых, всем понятно, что быстро на ВИЭ мы перейти не можем, потому что их необходимо сначала построить. Значит, нужен какой-то переходный период, когда мы будем «озеленять» экономику и энергетику, но другими способами. Ну, и в-третьих, мы должны понимать, что «зеленый» переход не только от перехода на безуглеродную энергетику зависит.

Необходимо, чтобы многие другие процессы — транспорт, химическая промышленность, металлургия — тоже были избавлены от углеводородной зависимости и выбросов углекислого газа. Оказалось, что одно из универсальных средств для решения этих задач — это водород. К его широкому применению шли давно, уже лет 20, но буквально год-два тому назад эти процессы слились в одну точку. Многие страны стали принимать водородные программы, связанные с программами перехода на «зеленую» энергетику и экономику. Первыми это сделали Корея и Япония, и прямо на наших глазах, в течение последних 3-4 месяцев, почти все европейские страны друг за другом принимают такие программы. И да, Россия тоже пытается участвовать в гонке за водородом.

Э: Если идет речь о снижении углеродной нагрузки на атмосферу, то насколько водород конкурентоспособен как «зеленый» источник энергии по сравнению с электричеством? Или тут нет никакого соперничества, и они могут друг друга дополнять?

ЮА: Они друг друга дополняют, в этом-то и плюс. Но любое электричество сейчас преимущественно «грязное». В России чуть меньше половины экологически чистых источников, если мы включаем атомную энергетику, которая не является углеродозагрязняющей. Но, во-первых, «зеленой» энергетики у нас все равно не так много, как хотелось бы. А во-вторых, мы все понимаем, что для разных видов транспорта нужна разная энергетика. На аккумуляторах хорошо ездить по городу, где расстояния небольшие и вы можете потратить много времени на зарядку ночью. Но для перевозок на большие расстояния электрокары не годятся. Поэтому если пытаться не только личный транспорт перевести на электричество, а все перевозки, то нам не обойтись без более энергоемкого топлива. Таким топливом является водород. 

Кроме того, во многих процессах химической промышленности тоже электричеством не обойдешься, потому что там нужны химические восстановители. Часто для этого используется уголь, в некоторых процессах — природный газ. Но их применение сопряжено с выбросом углекислого газа, а если эти процессы перевести на водород, подобные выбросы будут равны нулю. 

Если пытаться не только личный транспорт перевести на электричество, а все перевозки, то нам не обойтись без более энергоемкого топлива. Таким топливом является водород. 

Но и это тоже палка о двух концах, потому что основная часть водорода сейчас получается из углеводородов. Полученный таким образом водород называется «серым». Это самый дешевый и самый распространенный водород. Сейчас пытаются перейти от такого «серого» водорода к «голубому». Это когда вы получаете водород из углеводорода, но углекислый газ не выбрасывается в атмосферу, а либо захоранивается, либо превращается в полезные продукты. Ну и, наконец, есть «зеленый» водород — то есть полученный с помощью возобновляемых источников энергии. В Европе настроены очень оптимистично, там считают, что к 2050 году «голубого» водорода будет половина, а вторая — уже «зеленый» водород. Чтобы добиться этого, будут вводиться экономические меры — так называемый углеродный налог. То есть на стоимость продукции, произведенной с выбросами углекислого газа, будут накладывать налог, и речь идет о достаточно больших суммах. Поэтому переход на водород для России может стать не только экологически и климатически, но и экономически выгодным.

Э: Если мы говорим об источнике энергии для «зеленого» водорода, то какой из них более эффективен: когда энергия поступает от возобновляемых источников или с привлечением АЭС, когда используется избыточная энергия, получаемая на станции?

ЮА: Это зависит от того, сколько стоит та энергия, которая поступает от ВИЭ, насколько она избыточна. Зависит от конкретного места, и от того, чем является водород — резервным источником энергии, когда вы запасаете водород только на ночь или на безветренную погоду, или продуктом. Во последнем случае вам его надо еще поставить потребителю. А это значит, что стоимость водорода будет зависеть от того, как далеко и каким образом вы его будете его транспортировать. Это две разные ситуации. 

Нефтеперерабатывающий завод в Хайде, Германия, где теперь получают зеленый водород, используя избытки энергии, получаемой из возобновляемых источников. Фото: Christian Charisius/dpa/Pool/dpa

Что касается атомной энергетики, это скорее политический, а не экологический вопрос, и разные страны относятся к нему очень по-разному. Например, Германия категорически против того, чтобы источником электричества для получения водорода была атомная промышленность, то есть они не считают такой водород «зеленым». Как правило, водород, полученный на АЭС, называют «оранжевым», но Франция, например, относит его к экологически чистым ресурсам, а Германия — к грязным. Этот вопрос, скорее всего, будет регулироваться какими-то межправительственными договорами, физического смысла в таком разделении нет. 

Э: Наверное, в России в силу того, что доля атомной энергетики значительно превышает долю возобновляемой, для получения водорода АЭС в большей степени будет использоваться?

ЮА: Я надеюсь, что в большей степени для этого будут использоваться малые ГЭС, но и возобновляемые источники энергии у нас тоже будут развиваться. По крайней мере, две огромные компании уже этим занимаются. Росатом работает в области ветроэнергетики, начинает строить ветряные электростанции, а компания Хевел уже строит солнечные электростанции. Я надеюсь, что эти проекты не разовые и их количество будет расти. Но это опять же будет зависеть от государственной политики, потому что понятно, что электроэнергия из возобновляемых источников поначалу стоит дороже.

Э: Что вы думаете о биореакторах как о способе получения водорода?  Это перспективное направление?

ЮА: Таких способов на самом деле сотни и тысячи. То есть это один из способов получения водорода, который пока экономически необоснован, поскольку это достаточно сложные технологии с довольно низким уровнем развития. Есть более простые и экономичные способы получения водорода, например, парогазовая конверсия, в результате которой получается смесь СО или СО2 с водородом. Наверное, лет через 30-40, когда биологические системы станут более экономичными, можно будет задуматься о таком производстве. Но пока это скорее опытные образцы, чтобы показать, что такой метод возможен.

Э: Насколько сейчас безопасна транспортировка водорода, в частности, с использованием существующей газовой инфраструктуры, когда добавляется к газу какой-то процент водорода?

ЮА: Во-первых, уже более 20 лет такая инфраструктура транспортировки водорода есть в Англии, и недавно ее начали тестировать в Германии. Существуют маленькие городки, которые снабжаются водородом с помощью небольших локальных трубопроводов. Но и тут есть свои проблемы: водородная коррозия, водородное охрупчивание и водородная диффузия. Молекула водорода маленькая и довольно активная, она может просачиваться вовне и разрушать металл, из которого сделан трубопровод. И если говорить о России, то у нас трубопроводы очень разные, и прежде чем запускать туда водород, надо проверить, из каких сплавов сделаны трубы, готовы ли наша трубопроводная система быть экспортной для водорода или водородно-метановых смесей. Новые трубопроводы, которые прокладываются сейчас, подходят для этого, а вот старую систему надо проверять.

Юрий Добровольский и беспилотное воздушное судно самолетного типа «Птеро» с водородным топливным элементом. Фото: Центр компетенций НТИ на базе ИПХФ РАН

Э: Можно ли сказать, что перевозка водорода в баллонах в сжиженном состоянии или в состоянии газа это более опасные способы транспортировки?

ЮА: Еще в 70-х годах водород перевозился в России в жидком состоянии из Балашихи, например, на Байконур для заправки космических кораблей, и это было достаточно безопасно. Вопрос не в безопасности, а в цене и затратах энергии. Просто загонять водород в трубопровод — самый дешёвый способ. На это вы тоже тратите энергию, но это очень маленькая доля от количества водорода, который вы прогоняете по трубопроводу. А если вы перевозите в баллонах высокого давления, то, чтобы просто закачать в них водород, вы тратите примерно 15% от его энергоемкости. Если перед этим преобразовывать водород в жидкость, то вы будете тратить уже 25% энергоемкости.

Трамвай ЛМ-68М, оснащённый водородными топливными элементами, во время ходовых испытаний в Санкт-Петербурге. Фото: Александр Гальперин / РИА Новости

Современные баллоны не взрываются и не образуют осколков, это очень безопасная система, которая применяется в водородном транспорте, но затраты энергии очень большие. Ну а дальше логистика — где и как везти. Газообразный водород под давлением легче перевозить железнодорожным или автомобильным транспортом. Есть новые методы, их сейчас пытаются испытывать. Это перевозка в жидком состоянии, но не в форме чистого водорода, а связанного, например, с органическими соединениями. Подобные технологии пока не отработаны, но они будут использоваться, особенно в морских перевозках. 

Э: В российской водородной стратегии очень много посвящено вопросу экспорта. Насколько вообще вероятно развитие водородной экономики внутри страны? 

ЮА: Это то, за что я сейчас борюсь. Есть некий плюс в том, что даже по самым оптимистичным планам к 2050 году большая часть водорода будет получаться из углеводородного сырья («голубой» водород). Значит, если мы перейдем на метан-водородные смеси или на водород, то мы еще 30 лет можем быть экспортерами энергоносителей. Что произойдет дальше — спорный вопрос, потому что, чтобы получить «зеленый» водород, нужны возобновляемые источники энергии. Его проще его получать на месте потребления, а не задействовать логистику. Если произойдет полный переход на «зеленый» водород, мы рискуем потерять внешний рынок водорода. 

У нас до сих пор находятся люди, которые считают, что Европа мир весь обманывает, и никто водород вообще не будет использовать. И речь здесь не о простых обывателях, а о людях, наделенных властью.

В том числе и поэтому России необходимо развивать собственный рынок водородных технологий. То есть запускать водородный транспорт, переводить химическую промышленность на водород. К сожалению, российская программа сейчас нацелена именно на экспорт водорода, но без внутреннего рынка она очень рискованна. У нас до сих пор находятся люди, которые считают, что Европа мир весь обманывает, и никто водород вообще не будет использовать. И речь здесь не о простых обывателях, а о людях, наделенных властью. Из-за подобной предвзятости мы можем выпасть из рынка водорода еще до 2050 года, и нам снова придется перестраивать всю экономику. Ведь доля углеводородов продолжит снижаться, а доля водорода повышаться. Кстати, компании, экспортирующие углеводородное сырье — «Газпром», «Новатэк» — рассматривают переход к транспортировке водорода на экспорт даже без участия государства, чтобы компенсировать риски от уменьшения продаж углеводородного сырья.

Э. Спасибо за такой интересный и подробный рассказ. Надеюсь, скоро у нас в стране действительно появится полноценная транспортная инфраструктура, работающая на водородном топливе, и доступная для всех. 

Поделиться:

Поделиться в facebook
Поделиться в vk
Поделиться в twitter
Поделиться в telegram
Поделиться в whatsapp
Поделиться в odnoklassniki
Поделиться в email

Подпишитесь на

Рассылку

Мы обещаем не спамить, только самое важное из Экосферы!

Нажав кнопку «Подписаться», я соглашаюсь получать электронные письма от «Экосферы» и соглашаюсь с тем, что письма могут содержать информацию рекламного характера в соответствии со ст.18 ФЗ «О рекламе» от 13.03.2006 № 38-ФЗ.