НА ПУТИ К ВОДОРОДНОЙ ЭКОНОМИКЕ:

ПЛАНЕТАРНЫЕ И РЕГИОНАЛЬНЫЕ АСПЕКТЫ

Аннотация - Кратко изложена история развития водородной экономики от идеи до коммерциализации (на примерах коммерциализации водородного автомобиля). Сформулированы некоторые задачи, стоящие перед странами СНГ, в связи с активным вхождением водородной экономики в жизнь мирового сообщества. Высказана мысль, что на данном этапе для стран СНГ не столько необходимы лидеры - отдельные сильные личности, сколько лидеры - мегаполисы, где вхождение в жизнь водородной экономики станет сурово необходимым уже в ближайшем будущем по экологическим причинам. Перманентное формирование "водородной" управленческой, промышленно-финансовой и технической элиты экологически нагруженных мегаполисов — важнейшая задача для стран СНГ.

1. Введение. Парниковый эффект и глобальные экологические проблемы

Сжигание углеводородных топлив ведет в масштабах Земли к сильному увеличению содержания углекислоты в атмосфере. По данным Немецкого физического общества содержание СО₂ увеличилось за 100 лет, начиная с 1850 по 1950 г., на -15% и затем повышалось ежегодно до 1988 г. на ~0,3-0,5%.

Увеличение содержания СО₂ (а также NО₂, СН₂ и некоторых других газов) в атмосфере ведет к парниковому эффекту. Это связано с тем, что именно содержание углекислоты в атмосфере в основном определяет долю теплового излучения Земли, уходящего в космос. С увеличением содержания СО₂в атмосфере эта доля уменьшается и происходит сдвиг динамического равновесия в сторону общего потепления на Земле.

За последние десятилетия парниковый эффект и его возможные последствия изучаются во всем мире многими специализированными научными учреждениями и анализируются крупными специалистами. Прогнозы не утешительны. Уже общее среднее потепление на 1-2 К, ожидаемое в ближайшие десятилетия, вызовет совершенно катастрофические планетарные последствия: таяние ледников Арктики и Антарктики, резкое изменение климата на Земле в целом с особо опасными последствиями для отдельных регионов - затопления, нарушения условий для сельскохозяйственной деятельности и т.д. Все это широко освещается в специальной и массовой печати, проникает в сознание не только ученых, но и широких кругов общественности, Проблема вышла на уровень международных организаций (ООН и ее структуры). Стали проводиться международные конференции и переговоры. Для "зеленых" и их партий парниковый эффект и возможная экологическая катастрофа стали важными атрибутами их движений. Определились и страны - ведущие "вкладчики" в надвигающуюся катастрофу. По процентному вкладу в общемировой объем вредных выбросов они разделились следующим образом: США - 24%, Китай — 14%, Россия — 6%, Англия — 2% .

В 1997 г. в Киото (Япония) лидеры ведущих стран подписали соглашение, где обязались принять меры к сокращению вредных выбросов в атмосферу путем технического перевооружения соответствующих заводов. Предполагалось, что невыполнение обязательств через 3 года повлечет за собой карательные санкции и повышение налогов на топливо.

22-23 ноября 2000 г. в Гааге прошла очередная конференция, организованная ООН и Всемирной организацией здравоохранения. Беспокойство последней обусловлено тем, что причиной 6% смертности является загрязнение воздуха. Замыслы организаторов конференции провалились. Можно даже сказать, "с треском" провалились. По моему мнению, это - закономерный результат, обусловленный целым комплексом причин: политических, экономических, технических, научных и т.д. Отметим среди них лишь самую главную. Она несомненно состоит в ошибочности осуществляемого подхода - добиться решения такой сложной мировой проблемы путем лишь простой договоренности о добровольном принятии государствами неких обязательств в виде квот на снижение вредных выбросов в атмосферу. Поясним иллюзорность такого подхода на одном примере. По соглашению, подписанному в Киото, США должны были сократить вредные выбросы на 7%. Однако США - загрязнитель атмосферы номер 1 - вместо снижения выбросов увеличит их на 8-9 %. Понятно, что любая администрация США никогда не рискнет искусственно нарушить экономическое развитие, какие бы обязательства до этого они на себя ни брали. На искусственное и быстрое удушение экономики они не пойдут никогда. Аналогичным образом, несомненно, будут поступать все страны "золотого миллиарда". Также будут поступать и бедные страны: они тем более не могут себе позволить заморозить рост производства и, соответственно, потребления энергии.

Короче говоря, в таком варианте поиски решений проблемы парникового эффекта и предупреждения мировой экологической катастрофы являются абсолютно бесперспективными. Действительно, еще Вернадский подчеркивал, что призывы идти назад к первобытной жизни (а такие призывы в прямой, завуалированной или смягченной форме имели место во все времена) не состоятельны и не могут быть реализованы на практике.

И все же, если говорить о поисках решения экологической проблемы, то выход из тупика есть и он систематически разрабатывается уже в течение четверти века. Можно сказать, что латентный период его развития завершен, и теперь настало время приложить усилия, чтобы этой "болезнью" заболела большая часть человечества.

2. Водородная экономика: зарождение и современное состояние

2.1. Историческая справка

Крупномасштабная концепция экологически чистой водородной энергетики зародилась в середине 70х годов как естественная реакция совестливой части мирового научного сообщества на надвигающуюся экологическую катастрофу, на ограниченность мировых запасов углеводородных топлив (прежде всего нефти и газа) и на мировой энергетический кризис тех лет. Действительно, при сжигании водород не дает никаких вредных выбросов, и в том числе не образует СО2- Очевидно, что при использовании водорода как энергоносителя, в принципе, автоматически решается планетарная проблема парникового эффекта и региональные экологические проблемы.

В связи с развитием этой концепции в 1974 г. была создана Международная ассоциация по водородной энергетике (МАВЭ) со штаб-квартирой в Институте чистой энергетики (Корэл Гэйблс, США). МАВЭ стала издавать международный журнал "Тhе International Journal of Hydrogen Energy" и проводить один раз в два года Всемирные конференции по водородной энергетике.

СССР вошел в МАВЭ. Координацию работ в стране стала осуществлять Комиссия АН СССР по водородной энергетике и Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова

(ИАЭ). Лидером и руководителем водородного движения в СССР стал академик Валерий Алексеевич Легасов (вплоть до его безвременной кончины в 1988 г.). В СССР с 1978 г. "Атомиздатом" стал издаваться периодический сборник "Атомно-водородная энергетика и технология" (см., например, [1]) и стали проводиться на базе ИАЭ Всесоюзные семинары по атомно-водородной энергетике, в которых обычно принимало участие по 400—600 специалистов.

В 1977 г. решением ГКНТ СССР и Совмина УССР в Донецком политехническом институте (ныне Донецкий национальный технический университет) была создана Проблемная научно-исследовательская лаборатория взаимодействия водорода с металлами и водородных технологий, которой было поручено информационное, материаловедческое и мем-бранно-технологическое обеспечение перспектив развития водородной энергетики. В 1979 г. АН СССР и ИАЭ на базе этой Лаборатории провели Первую Всесоюзную школу по водородной энергетике, в которой приняло участие 280 специалистов - активных участников Всесоюзного водородного движения. Научными руководителями Школы выступили академик АН СССР А.М. Стырикович и тогда член-корреспондент АН СССР В.А. Легасов. Далее в 80-х годах прошлого столетия такие школы проводились систематически с 1981 по 1989 гг. Работы в области водородного автомобиля и по ряду других ключевых проблем водородной экономики возглавил А.Н. Подгорный, член-корреспондент (в последующем академик) НАН Украины, директор Института проблем машиностроения НАН Украины (Харьков).

Таким образом, весьма быстро, менее чем за 10 лет, "красивейшая" идея водородной энергетики захватила умы "интеллектуального цвета" человечества и стало интенсивно формироваться всемирное водородное движение.

В 80-х годах концепция водородной энергетики (ВЭ) была полностью разработана и детализирована, был осуществлен ее наукометрический анализ и разработана ее структура. Крупным планом она включает: 1. Производство водорода из воды с использованием невозобновляемых источников энергии (уголь, атомная энергия, термоядерная энергия) и возобновляемых источников энергии (солнце, ветер, энергия морских приливов, биомасса и т.д.); 2. Транспортировка и хранение водорода; 3. Использование водорода в промышленности, на транспорте (наземном, воздушном, водном и подводном), в быту; 4. Проблемы надежности материалов и безопасности водородных энергетических систем.

Научно-исследовательские работы по ВЭ стали выполняться более чем в 40 странах мира, а в ряде стран были приняты национальные программы и/или стали выполняться крупные проекты по развитию ВЭ (Япония, Германия. США). Выяснилось, что даже частичное вхождение в жизнь ВЭ повлечет за собой серьезные структурные изменения в экономике в целом. В связи с этим стало все более широко использоваться понятие "водородная экономика". Водородное научное сообщество стало постоянно расширяться. Началась проработка среднесрочных перспектив развития отдельных аспектов водородной экономики (до 2020 г., до 2050г. и даже до 2070 г.).

2.2. Коммерциализация водородной экономики

В целом итоги мирового развития водородной экономики за четверть века подведены. Эти итоги впечатляют. По многим направлениям уже началась коммерциализация водородной техники, водородных технологий и водородных энергетических систем (водородные автомобили, топливные элементы, усовершенствованные электролизеры, водород - никелевые батареи и др.). Остановимся, как на наиболее ярком примере, на коммерциализации водородного автомобиля. При этом сухо изложим фактический материал, фактическое состояние дел.

Знаменитая японская автомобильная фирма "Тойота" объявила о представлении покупателю в Японии, Северной Америке и Европе первого водородного автомобиля в 2003 г. Это гибридный автомобиль, в котором водород подается в топливный элемент, от которого питается электрический мотор мощностью 80 кВт. Скорость автомобиля до 150 км/ч, а дальность пробега при наличии трех водородных баков составит 250км.

Другая известная японская автомобильная компания "Хонда" также планирует в 2003 г. начать поставку на рынок нового автомобиля на водороде с использованием топливного элемента и электрической тяги. Бак для водорода высокого давления (до 350 атм.) интегрирован в автомобильное "дно". При этом предусмотрены особые меры безопасности. При максимальной скорости 140 км/ч и хорошем разгоне эта модель имеет пробег от 180 до 300 км. По планам Японского правительства в стране будет эксплуатироваться до 50 тыс. водородных автомобилей в 2010 г.

Американская фирма "General Motors" впервые в мире представила грузовик типа "пикап", в котором водород для топливного элемента производится непосредственно в автомобиле реформингом бензина. 70-ти киловаттный двигатель пикапа дополнительно поддерживается топливным элементом мощностью 30-35 кВт. Серийный водородный автомобиль будет подготовлен к 2010 г.

Автомобильные фирмы Германии активно участвуют в гонке за "водородный автомобиль". Компания ВМW представила водородную версию своего автомобиля "Мini". В модернизированный четырехцилиндровый двигатель внутреннего сгорания непосредственно впрыскивается глубоко охлажденный водород. Резервуар для жидкого водорода имеет не цилиндрическую форму, а адаптированную к конструкции автомобиля. Поэтому автомобиль сохраняет обычный интерьер и вместимость. Во время тура за мир чистой энергии (2001 г.): Дубаи, Брюссель, Милан, Торонто и Лос-Анджелес - компания BMW демонстрировала 15 водородных автомобилей.

Сервисная компания "Hermes Versand (Гамбург) приступила к испытаниям мерседеса-фуры, где используется топливный элемент, работающий на сжатом газообразном водороде. Использован электрический мотор мощностью 55 кВт. Фура при максимальной скорости 120 км/ч имеет дальность пробега до 120 км. Полезный объем автомобиля сохранен.

В Германии в небольшом городе Барт на берегу Балтийского моря планируется выпустить на маршрут водородный автобус. Интересно, что использование водорода окажется экономически выгодным по следующей причине. Имеющееся в городе производство по переработке сточных вод требует большого количества кислорода, который получают электролизом воды. В этой технологии водород является побочным "выбросным" продуктом. Его-то и планируется использовать как топливо для автобусов. Следует подчеркнуть, что это хороший пример того, как комплексное использование водорода и кислорода — продуктов электролиза воды - может быть рационально использовано в смежных технологиях.

Совершенно очевидно, что эксплуатация водородных автомобилей в массовом масштабе потребует создания водородной заправочной инфраструктуры. Поэтому это направление развития водородной экономики также находится под пристальным вниманием компаний, намеренных осуществить широкую коммерциализацию водородных автомобилей. Технико-коммерческий опыт в этом направлении является совершенно необходимым.

В Германии интенсивно накапливается технический и коммерческий опыт проектирования, строительства и эксплуатации водородных станций для обслуживания водородного автомобильного транспорта. В 1997г. была основана новая компания по энергетическим технологиям, которая ведет теперь проекты водородных заправок. Сооружаются четыре заправочных станции: в аэропорту Мюнхена, в Гамбурге, Оберс-дорфе и в индустриальной зоне Брунтал-норд вблизи Мюнхена.

В октябре 2002 г. в Берлине открыта первая водородная заправочная станция для обслуживания наземного транспорта как жидким водородом, так и сжатым газообразным водородом.

Обеспечение жидким водородом взяла на себя фирма "Linde", для

хранения на станции используется охлаждаемая цистерна объемом 18м и соответствующий трубопровод. Газообразный водород производится в мембранном электролизере высокого давления американской компании "Нogen" и хранится в баллонах при давлении 250 бар. На данном этапе производительность электролизера I м³/ч, однако к 2004

г. она будет увеличена в 100 раз.

Эта автозаправочная станция является частью проекта, поддерживаемого ЕС, в результате которого все автобусы будут переведены на водород в течение нескольких месяцев сначала в Берлине, а затем в Копенгагене и Лиссабоне. Автобусы для этих линий производит фирма "МАМ". Проект был рассмотрен Берлинским Сенатом, который оказывает ему помощь и поддержку. Директор Берлинской транспортной компании (ВТК) Х.-Х. Дубенкропп объяснил, почему они не пошли по пути использования природного газа для уменьшения выбросов в атмосферу. При использовании водорода двигатели работают хорошо, а выбросы совершенно чистые. Проблемы заключаются в убеждении потребителей и организации заправок. Поэтому на первом этапе было решено улучшить двигатели путем оснащения их дожигателями и использованием десульфурированных топлив. Второй этап - автобусы с водородными баками и электромоторы на топливных элементах. Новая водородная заправочная станция является первым шагом в этом направлении. Представитель "Linde" подчеркнул, что сейчас водород, конечно, дороже бензина, но точка равновесия может быть достигнута, если на транспорте будут потреблять всего 0,1-1% энергии в виде водорода.

Вторая водородная заправочная станция будет введена в строй в Берлине летом 2003 г. Она является частью проекта "Партнерство чистой энергетики", по которому ВТК и производители автомобилей и топлив будут испытывать новую технологию. Эта станция кроме того будет использовать природный газ и бензин. ВТК предполагает также закупить двухэтажные автобусы на топливных элементах.

Следует также отметить перспективы Гамбурга. Согласно программе Европа—Квебек, осуществляемой Германией и Канадой, в 2005 г. весь городской автобусный парк Гамбурга будет переведен на водород. Относительно дешевый водород будет производиться на гидроэлектростанциях Канады (особенно эффективно за счет "провальной" гидроэлектроэнергии, вырабатываемой в ночное время, в межсезонье и т.д.). Затем он будет сжижаться и на специальных танкерах доставляться в Европу.

Финансирование всех германских, проектов и по водородным автомобилям и по водородной заправочной инфраструктуре ведется на долевых началах правительствами земель и инвесторами.

Водородная экономика интенсивно внедряется не только в экономическую, но и в политическую жизнь Германии. Показательно, что Германская партия зеленых, широко представленная в федеральном и в земельных парламентах, организовала в Берлине Водородный Конгресс-2001 под лозунгом "От Нефти к Солнечному Водороду - Мировая Энергетическая Политика Будущего". На конгрессе политики, промышленники и экологические организации широко обсуждали проблемы стоимости индустриальной стратегии солнечно-водородной экономики, политические и экономические успехи в этой области.

При поддержке правительства создаются новые компании, призванные обеспечить лидерство Германии в области топливных элементов и водородной экономики. Лидеры на уровне министров отслеживают развитие водородной экономики. Правительство представляет фонды для ведущих проектов, что вызывает приток частных инвестиций. Аналогична ситуация и в других развитых странах мира, что составит предмет наших будущих публикаций.

Итак, развивающаяся в настоящее время в мире коммерциализация водородной техники, водородных технологий и водородных энергетических систем, основанная на успехах конкретных технических решений, обеспечит в ближайшие годы реальное вхождение водородной экономики в жизнь индустриально развитых стран. Немаловажно, что между компаниями — индустриальными гигантами Германии, США, Японии уже сейчас наметилась скрытая (а иногда и открытая) борьба за будущие рынки сбыта водородной техники.

2.3. Некоторые региональные аспекты

Водородная экономика, как любая эпохальная трансформация человеческой цивилизации, развивается и неизбежно будет развиваться неравномерно и неоднородно во времени, географическом и геополитическом поле нашей планеты. Это неоднократно подчеркивал при наших беседах академик В.А. Легасов еще в начале 80-х годов прошлого века. В настоящее время эта мысль уже реально подтвердилась в ходе начавшейся коммерциализации водородной экономики. Не вызывает сомнения, что в долгосрочном плане особую роль здесь должны играть промышленные мегаполисы, тяжело нагруженные экологически. Это наглядно видно на примере Калифорнии, где уже в течение более 50 лет активно и последовательно ведется систематическая работа по улучшению экологической обстановки. При этом работа ведется на разных уровнях: техническом, инвестиционно-финансовом, законодательном, общественном и т.д. Существенные успехи, достигнутые Калифорнией в водородном транспорте и в целом водородные планы США заслуживают отдельного, специального рассмотрения.Сейчас я лишь подчеркну, что успехи Калифорнии служат теперь положительным образцом для других штатов и для США в целом.

А что же в России, Украине и других странах СНГ? Здесь ситуация традиционная. В области теоретических, концептуальных разработок мы держимся на вполне приемлемом мировом уровне, а кое в чем и лидируем. Благодаря 70-м и 80-м годам XX столетия в странах СНГ имеется большой научный и технический задел в области водородных технологий. Все это, например, подтвердила Третья международная конференция "Водородная обработка материалов". Во время конференции Международная ассоциация по водородной энергетике (Майами, США), Международная инженерная академия (Россия, Москва), Инженерная академия Украины (Харьков), Донецкий национальный технический университет (Донецк) и Донецкий инженерно-физический центр Инженерной академии Украины (Донецк) заключили специальный Договор и образовали "Объединенный научный и координационный совет по перспективам перехода к водородной экономике". Одна из задач этого Совета состоит в том, чтобы систематически информировать широкую общественность стран СНГ о мировых успехах вхождения в жизнь водородной экономики, о движении человечества к водородной цивилизации будущего. Издание данного журнала, в частности, демонстрирует активность Совета в этом направлении.

Анализируя перспективы водородной экономики в странах СНГ, неизбежно приходишь к выводу, что на данном этапе здесь нужен не столько лидер — отдельная личность, сколько лидеры-мегаполисы, где вхождение в жизнь водородной экономики станет сурово необходимым уже в ближайшем будущем. В России такими регионами могут выступить Московский, Екатеринбургский и Кузбасский мегаполисы, а в Украине — Донбасс.

Предпосылки развития водородных технологий:

• Наличие в Донбассе больших запасов угля и развитой угольной отрасли.Уголь — первичный источник энергии и химический реагент для получения технологического и товарного водорода и синтетических топлив на его основе
(синтез-газ и другие). Крупномасштабные технологии получения синтез-газа и водорода промышленно разработаны. Например, германская фирма "Крупп-Копперс" строила и продолжает сооружать во многих странах мира заводы по производству из угля синтетических жидких топлив, аммиака, метанола и водо
рода (до 2,4 млн. м водорода в сутки на одном предприятии). Необходимо так же вернуться к проработке вопроса о подземной газификации угля. Немало важно развитие коксохимической прмышленности,так как коксовый газ во многих странах используется как сырье для получения водорода.

• Наличие в Донбассе и в целом в Украине возобновляемых источников энергии
- это ветер и солнце. Промышленное использование ветроэлектрических установок уже имеет место в Донбассе для решения локальных энергетических нужд Приазовья (Компания "Ветроэнергопром"). Дополнение таких установок электролизерами для получения водорода и системой его хранения позволит накапливать энергоноситель и разумно распределять его во времени и по потребителям. Ресурсы солнечной энергии в Донбассе и особенно в Приазовье весьма значительны. Они могут вполне покрывать локальные энергетические потребности Донецкой области. Действительно, даже в гораздо менее солнечных странах (Германия, Дания, Швеция и др.), как показывают уже реально выполненные проработки на уровне пилотных установок, использование солнечной энергии оказывается вполне рентабельным.

• Вопросы перспектив постепенно расширяющегося локального и крупномасштабного технологического и энергетического использования водорода требуют системного анализа с учетом конкретных условий мегаполисов-лидеров, с учетом сложившейся энергетической и технологической структуры этих регионов, современных экономических условий и перспектив их изменения, экологической ситуации и т.д.

Однако для настоящего момента самое главное - это перманентное активное информирование административно-управленческого, промышленного и финансового истэблишмента и широкой общественности стран СНГ и их мегаполисов-лидеров о вхождении экологически чистой водородной экономики в жизнь мирового сообщества, о движении мира к водородной цивилизации. На этой основе далее должны вырабатываться долгосрочные прогнозы (на 10, 20 и более лет) приобщения мегаполисов-лидеров, отдельных стран СНГ, а затем всего Содружества к мировому водородному движению. Действительно, уже сейчас необходимо понять, что нам нужно делать в ближайшем и отдаленном будущем, чтобы не остаться на обочине этого мирового движения.

Начавшаяся коммерциализация водородной экономики делает необходимым уже сейчас по-новому осмыслить в свете учения Вернадского и региональную, и глобалистскую роль, которую призвана сыграть водородная экономика в обще-планетарном пространственном масштабе и во временном масштабе - историческом и геологическом. Совершенно ясно, что даже простая постановка такого вопроса в плане учения Вернадского с указанием на проблемы биосферы и ноосферы, подлежащим научной разработке, уже, как нам представляется, является весьма значимым современным моментом. В будущем потребуется дальнейший анализ, систематическое изучение и осмысление мировым научным сообществом концепции перехода от водородной экономики к водородной цивилизации.

Водород шагает по планете.

Европейская Комиссия: Экспертная Группа по технологиям, основанным на водороде и топливных элементах

При Европейской Комиссии образована новая "Экспертная Группа по технологи ям, основанным на водороде и топливных элементах". Группа включает ведущих специалистов - представителей главных европейских автомобильных и энергетических компаний, коммунального сервиса, исследовательских институтов, транспортных компаний и политической элиты. Группа должна оценить возможную пользу от использования водорода и топливных элементов в Европейском Союзе (ЕС) на транспорте, щи производстве энергии и во многих других областях, помочь оценить пути для концентрированной деятельности ЕС в этом направлении. Первые результаты деятельности Группы ожидаются в 2003 г.: "прогнозный доклад" будет включать оценку направлений исследования в области водорода и топливных элементов, а также развитие коммерциализации с учетом инноваций, маркетинга, схемы распределения и инфраструктуры, безопасности, общественного/ персонального партнерства и инвестиций в водородный сектор.

На встрече с Группой Президент Европейской Комиссии Романе Проди сказал: "Это важный шанс для Европы. Водородные технологии не только снизят энергетическую зависимость и вредные выбросы; в будущем они также значительно изменят нашу социально-экономическую модель и создадут новые возможности для развития наших стран."

Член Комиссии, Вице-президент Лойола де Паласио (транспорт и энергетика) добавила: "Я ищу новые оригинальные пути для уменьшения зависимости ЕС от экспорта нефти, пути, которые, в то же время, будут способствовать движению вперед. Водород и топливные элементы дают именно такую возможность; они могут внести значительный вклад в нашу политику по замене 20% автомобильных углеводородных топлив на альтернативные к 2020 г. Кроме того, водород дает уникальную возможность для перераспределения необходимой энергии и для децентрализации ее производства."

Член Европейской Комиссии Филипп Баскин сказал: "Чтобы соответствовать строгим требованиям Киотского Протокола, ЕС должен увеличить долю возобновляемых источников энергии и заменить традиционные топлива на водород. Сегодня и водород, и топливные элементы еще очень дороги. Вот почему мы нуждаемся в согласовании деятельности на Европейском уровне. Совместными усилиями промышленников, исследователей, пользователей и политиков мы достигнем консенсуса и будем уверены, что Европа является лидером на пути к экологически эффективной энергетике."

На пути к экономике, основанной на водороде

К 2015 г. ожидается удвоение глобальных потребностей в электроэнергии. Водород, в конечном счете, заменит традиционные топлива на транспорте и в производстве электрической и тепловой энергии: единственным выбросом при его использовании является вода. Но, чтобы сделать возможным переход от энергетики, основанной на традиционных топливах, к энергетике, основанной на водороде, необходимы более глубокие исследования, "ноу-хау" и инвестиции. Группа сделает прогнозные оценки на отдаленное будущее, рекомендует ближайшие направления деятельности для ускорения появления водорода на рынке, подготовит дальнюю стратегию для водорода и топливных элементов на уровне Европейского Союза.

Будущее рынка топливных элементов

Независимые исследования рынка топливных элементов предсказывают его быстрый рост на транспорте, использующем топливные элементы, в среднем на 40-60% за следующее десятилетие. Европейский рынок транспортных средств на топливных элементах должен достичь 16,3 млрд. € к 2020 г. и 52 млрд. € - к 2040 г. Что касается энергетических станций и производства энергии, то Европа и США должны заменить и переоснастить свои мощности по производству энергии. Сюда входят: оборудование малых генераторов для обеспечения энергией домов и отдаленных районов. Вместе с тем рынок топливных элементов должен преодолеть существенные технические и социально-экономические барьеры, такие как отсутствие инфраструктуры распределения водорода.

Необходимость активных действий ЕС

США и Япония являются лидерами в исследованиях в области топливных элементов. В США они широко ведутся в связи с применением в оборонной и аэрокосмической сферах. Поддержка правительством США развития топливных элементов реализуется в Свободной автомобильной программе (150 млн. € в год) и в Альянсе конверсии энергии твердого тела (25-30 млн. €). Япония поддерживает развитие технологий, основанных на водороде и топливных элементах путем 28-летней программы (1993-2020) с общим бюджетом 2,4 млрд. €.

Усилия ЕС в этой области не целенаправленны: они находятся вне системы грантов и являются фрагментарными. Общее финансирование исследований по топливным элементам в Европе оценивается примерно в 50-60 млн. € в год, что составляет примерно 1/3 часть от финансирования в США и 1/4 часть от финансирования в Японии. ЕС необходима согласованная стратегия перехода к технологиям, основанным на водороде и топливных элементах, необходимо достижение наилучшего соотношения стоимость/прибыль, что сделает эти технологии конкурентно-способными, а топливные элементы станут жизнеспособным рыночным продуктом. Такие вопросы, как снабжение топливом, безопасность и общие технологические стандарты должны решаться быстро.

Финансируемые ЕС исследования в области водорода и топливных элементов

В Пятой рамочной исследовательской программе ЕС (ЕР5 1999-2002) 120 млн. € было выделено на исследования по водороду и топливным элементам. В Шестой программе (РР6 2003-2006) исследования по энергетике и транспорту имеют приоритетное значение в рубрике "Устойчивое развитие , глобальные изменения и экосистемы", для которой общий бюджет составляет 2120 млн. €. Это означает, что бюджет по исследованиям в области топливных элементов (включая их применение) и водородных технологий, значительно вырос по сравнению с РР5.

Экспертная Группа по технологиям, основанным на водороде и топливных элементах

Экспертная Группа при Европейской комиссии неформальным объединением и играет роль советника. Ее главная задача консультировать Комиссию, чтобы определить перспективы и дать экономический импульс движению по пути к экологически эффективной энергетике, основанной на водороде и электроэнергии, и введению топливных элементов как энергетических преобразователей и источников тока. В середине 2003 г. Группа представит доклад о контурах и идеях для совместной европейской деятельности, необходимой для развития производства топливных элементов и становления экологически эффективной водородной экономики.

Договор о кооперации по топливным элементам между ФРГ и штатом Мичиган (США)

Регион Штуттгарта (Земля Баден-Вюртемберг, Германия) и штат Мичиган (США) подписали соглашение о сотрудничестве в области топливных элементов. Партнеры предполагают поддержать создание сети компаний и исследовательских организаций с обеих сторон, чтобы ускорить инновационные процессы.

Мичиган - штат, в котором находятся 3 крупнейших автомобильных производителя, имеет похожую экономическую структуру с регионом Штуттгарта, где расположены "Даймлер-Крайслер" и "Порше". Оба региона имеют развитую индустрию и много исследовательских институтов. Соглашение и сотрудничестве подписано по случаю прошедшего 1-4—16 октября 2002 г. в Штуттгарте Второго форума по топливным элементам. Мичиган объявил о закладке в октябре 2002 г. нового исследовательского центра по топливным элементам.

Завод по производству водорода в Скандинавии

Норвежская компания "Статкрафт", Шведская компания "Сидкрафт" и Швейцарско-Шведская промышленная группа "АВВ" объединяют свои усилия в строительстве экологически чистого завода по производству водорода. Завод будет расположен в Норвегии и будет использовать энергию ветра. Технологический директор компании "Статкрафт" Джон Брендсар заявил: "Это только вопрос времени, когда водород, как энергоноситель, сможет конкурировать с традиционными топливами." Он также сказал, что завод по производству водорода является частью крупномасштабного проекта, который имеет целью решать экспертные и технологические задачи для нужд производства коммерчески конкурентно способного водорода.

Емкость для хранения водорода

Калифорнийская компания "(QUANTUM Fuеl Сеll System Тесhnоlogу Worldwidе, Inс." продемонстрировала водородную емкость из композитного материала с номинальным рабочим давлением водорода почти 70 МПа. Она вмещает на 80% больше газа, чем емкости, работающие при давлении 35 МПа. Ожидается, что увеличение мощности хранилища водорода будет способствовать совершенствованию автомобилей на топливных элементах. На данный момент одним из недостатков этого хранилища является то, что количество запасаемой энергии на единицу объема меньше, чем для углеводородных хранилищ, вследствие чего требуется более частая заправка. Новая емкость прошла гидростатические испытания на разрушение, во время которых первая течь появилась лишь при 162 МПа. Эти испытания были проведены в соответствии с требованиями, предъявляемыми к хранилищам водорода в Объединенном Европейском водородном проекте. Хранилище оснащено внутренним регулятором для подачи используемого газа под давлением не более 1 МПа.

Компания "Дженерал Моторс" применила разработанную "композитную" емкость для хранения водорода на борту автомобиля и теперь является мировым лидером в разработке автомобилей на топливных элементах.

Водородная выставка в Гамбурге

Экспо "Водород" состоялась уже во второй раз с 10 по 12 октября 2002 г. в Гамбурге. Ее площадь 4200 м², число участников - 118. Среди них такие крупные компании, как "Norsk Hydro" (производство водорода), "НЕW" (использование водорода) "Наmburger Hochbahn" (транспорт). Политическая элита была представлена Гамбурским сенатором по экологии Петером Рехаагом. Работал также небольшой павильон США, где была представлена Национальная водородная ассоциация США.

Одной из самых ярких экспозиций была, как обычно, экспозиция фирмы "БМВ". В ней было представлено 7 серий водородных автомобилей. Был продемонстрирован явный прогресс в развитии водородного автомобиля. Соответственно, разница во внешнем виде обычного и водородного автомобиля стала менее заметной. "БМВ" наглядно продемонстрировала, что эра водорода скоро наступит – реально она уже началась.

Новым участником выставки была фирма "Форд", которая представила последнюю версию своего гибридного автомобиля, работающего на топливных элементах и имеющего буферную батарею.

Присутствующие специалисты и журналисты выразили надежду, что путь развития водородных технологий и топливных элементов будет простым и успешным.

Автомобили "Опель"

Несколько производителей автомобилей заявили, что они начали ходовые испытания водородных автомобилей даже ранее, чем планировалось Среди них фирма "Опель". Немецкое дочернее предприятие "Дженерал Моторс" начало ходовые испытания небольшой серии из 7 автомобилей в условиях обычной жизни. Член совета Клаудия Мартини заявила, что "Дженерал Моторс" должна стать первой автомобильной фирмой, которая продаст 11 млн. автомобилей на топливных элементах. Прототипы и накопленный опыт их испытаний, полученный в испытательном центре близ Майнца, будет широко использоваться фирмой. Мартини также заявила, что необходима более тесная кооперация производителей, чтобы ускорить внедрение технологий на рынок. До сих пор "Дженерал Моторс" ("Опель"), "Даймлер-Крайслер", "Тойота" и "Хонда" работали отдельно.

60 автомобилей "Мерседес-Бенц" класса А на топливных элементах в 2003 г.

В дополнение к испытаниям 30 автобусов компания "Даймлер-Крайслер" представляет новые пассажирские автомобили на топливных элементах. Вслед за японскими производителями "Даймлер-Крайслер" начала ходовые испытания 60 автомобилей. Выбраны пользователи, которые при консультации производителя будут обкатывать автомобили в реальной жизни. Автомобили будут сначала обкатываться в Калифорнии (США) и Японии вместе с автомобилями, испытываемыми в рамках программы "Чистое энергетическое партнерство" в Берлине, а также в рамках проекта в Сингапуре.

На презентации этой акции член совета Юрген Хуберт подчеркнул, что эти автомобили близки к коммерческой реализации, уже пройдя стадию экспериментальных автомобилей (проект КЕСАК). Тем не менее, остается решение проблем пробега, веса и стоимости. Вследствие этого массовый выпуск автомобилей не ожидается ранее 2010 г. Перспективная задача "Даймлер-Крайслер" – продавать автомобили на топливных элементах по той же цене, что и обычные.

Первый рейсовый водородный автобус в Испании

В Мадриде компания "Даймлер-Крайслер" передала для эксплуатации экспериментальный водородный автобус "Сitaro" на основе городского автобуса "Мерседес-Бенц О 405", работающий на топливных элементах. Автобус может перевозить 70 пассажиров, его максимальная скорость 80 км/час, пробег без дозаправки – ~200 км. Водород хранится в баллонах под давлением 350 бар.

Прообразом этого автобуса явился первый водородный автомобиль той же фирмы "NECAR" построенный еще в 1994 г. В процессе работы над этим проектом компания усовершенствовала технологию топливных элементов, уменьшила размеры и вес водородных устройств, увеличила их мощность. Сейчас компания "Даймлер-Крайслер" начинает серийный выпуск экологически чистых автобусов и автомобилей.

Первые водородные заправочные станции

Важным шагом к развитию водородной инфраструктуры США было введение в строй первой водородной заправочной станции в Лас-Вегасе. Станция вырабатывает не только водородное топливо, но и электроэнергию. Подобная станция пущена и в Калифорнии. Строительство водородных заправок производится также в Японии и Канаде.

Коротко о многом

В г. Тауха близ Лейпцига (Саксония, Германия) запущена система на топливных элементах для обслуживания жилого квартала.

Представители исследовательских институтов, компаний и ассоциаций Дрездена (Саксония, Германия) в кооперации с правительством города основали "Экономическую водородную инициативу Дрездена" для поддержки Экономического департамента Дрездена по внедрению водорода в жизнь.

В США создается грузовой автомобиль для дальних перевозок с дополнительной энергетической установкой, работающей на 5 кВт топливных элементах фирмы "Баллард Пауэр Систем".

Канадская компания "Стюарт Энерджи" продала шведской фирме "Сидкрафт" энергетическую станцию по производству водорода для обеспечения городского автобусного транспорта в г. Мальме. Мощность станции — 80 кг Н2/день.

Японское правительство разрешило компании "Дженерал Моторс" провести испытания новых водородных автомобилей (хранение водорода на борту в жидком виде) на дорогах Японии.

"Тойота" разработала и продемонстрировала автобус, работающий на топливных элементах, совместно с фирмой "Хино". Автобус проходит испытания на японских дорогах.

Водородный автобус, разработанный по совместному проекту "Протон Моторс", "Неоплан" и "Магнет Мотор", проходит испытания на дорогах Баварии (Германия).

III Всероссийский конкурс научно

Курташин Алексей Владимирович

Водородная выставка в Гамбурге