Запасы нефти, угля и газа не бесконечны. Научные круги и бизнес-сообщество на протяжении десятков лет ведут поиски альтернативного топлива.

В 2004 году в Лондоне состоялись испытания городских автобусов, работающих на водороде. По виду они ничем не отличаются от обычных, только на крыше установлено несколько баллонов с водородом. Пассажиры довольны: машины работают бесшумно и практически без выхлопных газов. Правда, стоит такой автобус ни много ни мало 1,5 млн долларов. Подобные эксперименты проводили и в других городах, например в Мадриде. Многие автопроизводители: DaimlerChrysler, General Motors, Toyota, Honda, Ford - уже создали экспериментальные модели. " АВТОВАЗ" ведет разработку машины " Лада Антэл 3" на базе универсала " Лада 111". Сжатый водород находится в армированных баллонах под давлением. 90 литров топлива хватает на 250-260 км. Время заправки - около двух с половиной часов. Тем не менее, до серийного запуска таких автомобилей пока еще далеко.

Если будет освоен новый источник энергии, потребуется и новая инфраструктура - водород нужно будет производить, хранить, да и в обычный бензобак его не нальешь. Другими словами, появится совершенно новый сегмент рынка, и борьба за него уже идет.

Водород из бензина

Сегодня водород в основном производится из природного газа и используется в химической промышленности. К энергетике такое производство отношения не имеет. По сравнению с бензином водород значительно дороже, но его стоимость окупается при продаже конечного продукта. Если нефть продолжит дорожать, то разрыв будет уменьшаться и водород сможет конкурировать с бензином и по цене.

Водород - газ летучий и к тому же взрывоопасный, поэтому к системам для его хранения предъявляются повышенные требования. Концентрированный Н2 можно держать в баллонах. Максимальная плотность достигается, когда газ находится в сжиженном состоянии. Это возможно только при очень низких температурах - ниже -253С. Криогенная техника сложна и стоит дорого, на массовый рынок выйдет не скоро. Можно хранить водород и в твердом виде. Некоторые металлические сплавы (магниево-никелевые, магниево-медные, железо-титановые и другие) поглощают водород в относительно больших количествах и освобождают его при нагреве. Правда, плотность энергии на единицу веса мала, а процесс заправки идет очень медленно.

Водородный автомобиль может иметь двигатель внутреннего сгорания - как обычный бензиновый. Есть и другой вариант - химический источник тока плюс электродвигатель. Электрохимический генератор, или топливный элемент (ТЭ) - это своего рода батарейка, только заправляется она водородом, который подается в ТЭ из специального резервуара. Исходным топливом могут быть и бензин, и природный газ или метанол - в этом случае для выделения водорода нужен еще специальный каталитический риформер. Продуктом работы ТЭ является вода, которая не загрязняет окружающую среду.

Серийно топливные элементы пока не выпускаются, хотя это уже не фантастика - электрохимические генераторы разработаны и изготовлены. Несколько лет назад многие компании заявляли, что ТЭ выйдут на широкий рынок к 2004 году. До настоящего времени сделать это никому не удалось, но попытки не прекращаются. Корпорация Toshiba в прошлом году сообщила о разработке нового топливного элемента для мобильных телефонов и портативных устройств. Casio и Samsung Electronics также продемонстрировали источники питания для ноутбуков.

Область применения топливных элементов не ограничивается мобильными устройствами. Они предназначены и для нужд стационарной энергетики - энергоснабжения зданий и других объектов.

Что выберет покупатель?

Главное препятствие для массового распространения топливных элементов - их высокая стоимость. Для стационарных систем, например, приемлемая цена - 1 тыс. долларов за 1 кВт установленной мощности, а реальная - в несколько раз больше. Применять ТЭ в качестве источников питания бытовой электроники или двигателей автомобилей пока тоже слишком дорого. Есть и еще одна проблема: срок службы ТЭ - всего 2-5 тыс. часов (тогда как для стационарных энергоустановок требуется 40-50 тыс. часов, для транспорта - 5 тыс.).

Скорее всего, ученые научатся делать дешевые, надежные и безопасные устройства, работающие на водороде. Означает ли это, что бензин и другие традиционные виды топлива будут немедленно вытеснены из обращения? Скорее всего, нет. После научной победы придется вступить в борьбу за потребителя. Многомиллиардные доходы от углеводородных ископаемых видов топлива окажутся под угрозой. Тем более что нефти достаточно еще лет на 50 - нынешнему поколению хватит. Причем это только доказанные запасы, а ведь есть еще практически незадействованный потенциал шельфовых месторождений. Так что, без сомнения, нефтяные магнаты приложат все усилия, чтобы не допустить на рынок конкурента.

Возможен и другой вариант - если сами игроки энергетического рынка решат развивать перспективное направление. Лишний довод в пользу такого хода событий - возможность выделять водород из бензина. На промежуточном этапе не потребуется радикальной смены инфраструктуры - можно будет использовать существующую.

Возможно, ученые найдут способ синтезировать аналоги ископаемых видов топлива в промышленных масштабах или будут открыты новые месторождения, превосходящие все известные на сегодня. Но даже если это произойдет, водород все равно останется востребован как наиболее экологичное топливо.

От частного к национальному

Во всем мире в разработки альтернативных источников энергии вкладываются фантастические суммы. В 2004 году США выделили на эти цели из федерального бюджета 275 млн долларов, Япония ежегодно инвестирует порядка 30 млрд иен (около 272 млн долларов), а европейский бюджет исследований альтернативных источников энергии превышает 2 млрд евро (на период 2002-2006 годов). Кроме того, мировые автопроизводители и крупные энергетические компании ежегодно вкладывают в финансирование исследований примерно по 100 млн долларов.

Рынок водородных технологий и топливных элементов сегодня развивается динамично. К 2010 году его годовой объем может достигнуть 1-1,2 трлн долларов, что превысит годовой объем рынка информационных технологий, который сейчас составляет 915 млрд долларов.

В России государственной программы по этой тематике нет. Но первая ласточка все же появилась. Горно-металлургическая компания " Норильский никель" и Российская академия наук (РАН) в декабре 2003 года заключили соглашение о совместной работе в сфере водородной энергетики и топливных элементов. "Норникель" готов вкладывать в научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки по этой тематике от 30 до 40 млн долларов в год.

В водородной программе принимают участие несколько десятков НИИ, а всего с субподрядчиками - более 100 государственных и частных научных центров, конструкторских бюро и предприятий промышленности. В ноябре 2004 года представители "Норильского никеля" и РАН подписали еще одно соглашение - о создании научного центра " Норильский палладий". Он появился на базе Объединенного института катализа Сибирского отделения РАН (Новосибирск). Финансирование берет на себя "Норникель".

Проект с академией наук - это не благотворительная поддержка ученых. Производство водородных ТЭ требует больших объемов палладия и других металлов платиновой группы. На "Норильский никель" приходится 40% их мирового выпуска. Компания сама планирует принимать участие в производстве топливных элементов. На каких условиях - пока не решено. В ноябрьском соглашении говорится, что "Норникель" и РАН будут совместно "отбирать наиболее привлекательные коммерческие проекты" и "создавать предприятия по производству ТЭ и энергетических установок на их основе". Если ученые оправдают ожидания "Норильского никеля", то вложения компании могут вернуться сторицей.

Всего в рамках водородной программы за полтора года выполнено более 85 проектов. "Мы удовлетворены итогами первого этапа работ, - подчеркнул вице-президент ГМК "Норильский никель" Владимир Пивнюк. - Достаточно сказать, что среди предложенных новых разработок и научных идей порядка 70% имеют приличную рыночную перспективу, и большинство из них может быть уже переведено на этап коммерциализации".

Среди самых перспективных разработок - дешевые, высокоактивные и химически стабильные электрокатализаторы и высокоэффективные твердые электролиты, предназначенные для различных энергетических установок: портативных источников тока, стационарных объектов и транспорта.

По мнению вице-президента Российской академии наук Геннадия Месяца, технологии, разработанные РАН, уже сегодня позволяют создать конкурентоспособный продукт и выйти с ним на рынок. Научные исследования прошлого года были направлены на значительное снижение стоимости ТЭ за счет уменьшения количества используемых в их конструкции металлов платиновой группы и удешевления твердополимерных мембран - электролитов.

Вторая проблема заключается в создании водородной инфраструктуры, в том числе для хранения, аккумулирования водорода. Без этого невозможно проникновение водородных технологий в экономику.

Внедрением технологий и созданием опытно-промышленного производства займется учрежденная для этих целей "Норникелем" Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" ("НЭП"). Ее возглавляет член-корреспондент РАН, доктор экономических наук Борис Кузык. Одна из приоритетных задач "НЭП" - формирование и реализация национальной программы водородной энергетики по схеме "совет - компания - институты РАН - предприятия промышленности".

Таким образом, частная компания берет на себя выполнение одной из государственных функций. Хотя, конечно, не может подменить его собой: только государство может решить вопросы законодательного, технического регулирования, создания водородной инфраструктуры и подготовки кадров. И чем быстрее это произойдет, тем лучше. В развитие техники уже сегодня необходимо закладывать водородные технологии, энергетические возможности генераторов завтрашнего дня.