Водород — наше всё

Два года назад Министерство образования и науки попыталось привлечь к российским исследованиям ведущих западных ученых и объявило конкурс на так называемые мегагранты, гранты Правительства РФ для государственной поддержки научных исследований, проводимых ведущими зарубежными учеными в российских лабораториях. Приставку «мега» эти гранты получили за необычно большой для России размер – 150 миллионов рублей.

Один из мегагрантов достался тогда исландскому ученому профессору Торстейнну Инги Сигфуссону. Сегодня он — президент двух крупных исландских корпораций — Icelandic New Energy Ltd. и Genery-Varmaraf Ltd. Научными трудами профессор Сигфуссон внес большой вклад в изучение вопросов использования низкотемпературных геотермальных запасов для производства электроэнергии и тепла. В научном мире известен как активный исследователь и пропагандист водородной энергетики. В 2007 г. стал лауреатом Премии «Глобальная Энергия» за проект «Исследования и работы по внедрению водородной энергетики в Исландии». 

О водородной энергетике сегодня говорят, прибавляя к ней маргинальную приставку «альтернативная», хотя на самом деле это энергетическое богатство, в котором мы буквально купаемся, не замечая его. Водород, если его научить выдавать дешевую энергию, может заменить собой все – и уголь, и газ, и ядерный распад вкупе с ядерным синтезом, и речные плотины, и ветряки… Он необычайно экологичен, его теплопроводность в пять раз превышает теплопроводность обычного углеводородного топлива, у него очень низкая вязкость, что очень важно при транспортировке по трубопроводам. И, наконец, его запасы практически неисчерпаемы. Правда, с его приручением связано множество трудноразрешимых проблем, над которыми сейчас бьется целая армия научных лабораторий мира. Этими проблемами занимаются и  в Томском политехническом университете на кафедре водородной энергетики и плазменных технологий, куда пришел мегагрант, доставшийся Инги Синфуссону.

- Водородная энергетика основана на химической реакции водорода с кислородом, в результате которой получаются вода и электрический ток,  — сказал в разговоре с Анной Чапман доцент кафедры Андрей Соловьев, принимающий участие в мегагранте.

 – Это очень перспективное направление альтернативной энергетики. Водород обладает очень высокой энергоемкостью, один литр жидкого водорода дает в три раза больше энергии, чем литр бензина. И если КПД у обычного бензинового двигателя не превышает 30 процентов, то на водородном топливном элементе можно достичь 70 процентов, хотя, на самом деле, он, конечно, меньше – 40-50 процентов. Но и это колоссальный выигрыш. И это очень экологичный вид энергетики, на выходе только электричество и вода. Взять хотя бы ту же батарейку – она, казалось бы, производит ток и ничего больше. Но у нее есть срок годности, по истечении которого ее надо утилизовать и, соответственно, выделять множество вредных элементов. Вдобавок ко всему, топливные элементы, получающие энергию из водорода, работают бесшумно, это прибавляет им дополнительное преимущество по сравнению с различными машинами и установками. Это означает отсутствие влияния на психику людей, работающих с такими элементами, да и отсутствие движущихся частей повышает их надежность.

- Отчего же тогда водородная энергетика до сих пор недоступна?

- Есть ряд проблем, задерживающих ее внедрение. Первая – это получение водорода. Это означает потери энергии и, соответственно, падение энергетической эффективности. Нужны дешевые и эффективные методы. Так, обычный гидролиз здесь не подходит, поскольку этот метод требует много энергии. Есть также проблема с хранением, поскольку водород – опасный газ. И третья  проблема, которой как раз мы и занимаемся – необходимость создать эффективное устройство, в котором происходит сама химическая реакция с выделением электроэнергии.

Эти устройства сегодня достаточно дороги. Наша лаборатория занимается разработкой и изготовлением так называемых твердоокисных топливных элементов. По сравнению с другим устройством, генерирующим электроэнергию из водорода, твердополимерными топливными элементами, твердоокисные хороши тем, что в них нет деталей из дорогостоящей платины. Однако они работают при высоких температурах, около 800 градусов.

Разработанная нами топливная ячейка имеет скромные параметры – 1 вольт, 0,5 ватт. Но если их соединить параллельно, можно получить энергоустановку много большей мощности. Мы пока к этому не приступали – слишком много сложностей. Правда, опытный образец энергоустановки был создан нами уже давно, однако до стадии коммерциализации нам еще очень далеко.

- Насколько известно, такие энергоустановки уже делаются?

- К сожалению, Россия здесь от Запада сильно отстает. Лидеры в этом направлении — Япония, Америка, Европа, в основном Германия. В США, например, десять лет назад начала работать крупная государственная программа по водородной энергетике. В нее вкладываются очень большие деньги, и уже есть результаты – мощные энергоустановки до 100 киловатт. Правда, это тоже только демонстрационные установки, на рынке они еще не появились. Продвигается дело и с автомобилями на водородном топливе. Это тот же электромобиль, только заправляется он не электричеством, а с помощью газовых баллонов. Прототипы таких автомобилей сделаны за рубежом, и даже у нас они сделаны. Проблема пока лишь в том, что автомобили есть, а водородных заправок для них мало. Пока все это очень дорого даже на Западе. У нас этим направлением занимаются всего 2-4 института, это очень мало. Наша лаборатория вообще была создана всего пять лет назад.

- Вот вы вместе с профессором Сигфуссоном получили крупный грант, дело сдвинулось с мертвой точки. Можно надеяться, что в конце концов вы сделаете энергоустановку с хорошими параметрами. Какими вы видите перспективы коммерциализации вашего продукта? Не хочется же, чтобы такие труды в песок ушли.

- Конечно, мы думаем об этом. Полагаю, мы сможем пойти путем наших коллег из Екатеринбурга, которые заняты схожей проблематикой.  Они сейчас работают с Газпромом, планируют сделать для них автономные энергоустановки небольшой мощности. Иными словами, мы планируем совершенствовать свои разработки и искать для них потенциальных покупателей.

- Не получится ли так, что вы сделаете энергоустановку, а другие проблемы, о которых вы говорили, еще надолго останутся нерешенными? Скажем, произойдет заминка с дешевым получением водорода.

- Все проблемы, о которых я говорил, тяжелые, но решаемые. Например, вместо водорода можно использовать метан. К нашему топливному элементу останется добавить еще один блок, перерабатывающий его в водород и СО, и проблема с топливом будет решена. В любом случае, наши топливные элементы без водорода простаивать не станут.