Водородное будущее. Академик Н.Н. Пономарев-Степной об атомно-водородной энергетике

Николай Николаевич Пономарев-Степной — человек с удивительной судьбой. Из Камышина  в Москву, для поступления в вуз, он добирался на крыше поезда — в кассах не оказалось билетов. Был в числе создателей и летчиков-испытателей самолета Ту с ядерным реактором на борту. Прошел путь от старшего лаборанта Курчатовского института до вице-президента. Заложил ключевые направления развития атомной энергетики в нашей стране.

Сегодня академик отмечает день рождения! Ученый родился в Саратовской области (г. Пугачев) 3 декабря 1928 года. В свои 92 Пономарев-Степной прекрасно выглядит и ясно мыслит, а его чувству юмора позавидовал бы любой. Коллеги ласково называют ученого Ник Ник и всегда с особым вниманием слушают то, что он говорит.

В нашем интервью, записанном накануне праздника, академик РАН, доктор технических наук и научный консультант гендиректора концерна «Росэнергоатом»‬ Николай Николаевич Пономарев-Степной рассказал об атомно-водородной энергетике, мечтах о Марсе и секретах долголетия. 

— Вы в своих выступлениях часто поднимаете вопрос водородной энергетики. Почему вы считаете это направление перспективным?

— Еще в 1950-е-60-е годы были разработаны атомные электростанции с водяными реакторами. И эти электростанции уже входили в обиход, давали электроэнергию и показывали, что атомная энергетика будет развиваться и дальше. Мы в Курчатовском институте оценивали масштабы развития атомной энергетики и видели, что она действительно очень хорошо приспособлена для производства электроэнергии. Но было понятно, что доля электроэнергетики в Советском Союзе, да и во всем мире, ограничивается примерно одной третью от общего энергобаланса. То есть даже если атомная энергетика хорошо войдет в электроэнергетику, мы все равно поможем, с точки зрения энергетических ресурсов, лишь небольшой части этой энергетической системы. Поэтому мы задумались: а нельзя ли атомную энергетику и атомную энергию использовать в других сферах, которые являются крупными потребителями энергии и потребляют энергоресурсы?

Очень большие энергоресурсы требуются для нефтехимической промышленности, ведь когда производится высококачественный бензин например, то нефтепродукты необходимо осветлять, а для этого нужен водород и его производные. Для химической промышленности в целом, и для азотной в частности, тоже нужен водород. Практически вся продукция химической промышленности, такая, к примеру, как полимеры различного рода, тоже требует водорода. Причем он необходим не только для производства этих сложных элементов и сложных материалов, но и для получения энергии, с помощью которой это было бы возможно осуществить. То же самое касается и металлургической промышленности: чтобы производить качественные сорта железа, нужен водород.

Мы задались вопросом: а что требуется, чтобы внедрить во все вышеперечисленные производства атомную энергетику? Самое главное — нужно иметь высокие температуры ректоров, которые будут использованы для проведения химических процессов, а именно для превращения различного рода органики в другие вещества, и в частности в водород. Подобный опыт у нас уже был: в 60-х годах российские ученые создали уникальный высокотемпературный реактор для ядерного ракетного двигателя, в котором водород нагревался до температуры примерно около трех тысяч градусов Кельвина – это очень высокая температура. Она до сих пор в обычных технологиях нигде в мире не освоена. Из этого позже родилась идея разрабатывать высокотемпературные ядерные реакторы — для того, чтобы с их помощью получать высокотемпературное тепло, необходимое для отраслей промышленности, и использовать его для производства водорода.

— Какие на сегодняшний день существуют способы получения водорода?

— Водород, как ни странно, самый распространенный элемент на Земле, но существует он только в связанном виде, то есть в химических соединениях с другими элементами. Водород, как все мы знаем, содержится в воде — и это практически неисчерпаемый источник его получения. Второй источник водорода, который тоже на Земле образовался в большом количестве, — это органика; например, природный газ — метан.  Но чтобы разорвать существующие химические связи в воде и получить чистый водород, нужно затратить определенное количество электроэнергии, и не всегда это выгодно и целесообразно.

Какие еще есть варианты? Можно получать водород из органики, используя тепловую энергию, которая дешевле электричества. Возможно, в моем изложении все звучит очень просто, но на самом деле это сложнейшие химические и технологические процессы. Поэтому одна из ключевых проблем в водородной энергетике – это собственно производство водорода. Задача усложняется и тем, что нужно развивать такое водородное производство, которое бы не увеличивало количество выбросов углекислого газа в атмосферу. В этом плане самым оптимальным вариантом является атомная энергия, которую можно использовать для производства водорода без загрязнения атмосферы. Мы можем напрямую использовать тепловую энергию ядерного реактора для получения водорода. Это направление сулит получить действительно крупномасштабное производство водорода, используя экологически чистую атомную энергию в больших масштабах. Причем концентрированную энергию, а не рассредоточенную, как энергия ветра и энергия Солнца.

—  Есть ли какие-то международные нормы выработки водорода?

— Конечно, ведь человечество накопило большой опыт в этом вопросе. Такие производства есть и в нашей стране. Получать водород мы научились давно, причем разными способами; например, с помощью того же электролиза. Но все-таки электролиз – это скорее локальное производство. А вот крупномасштабное производство водорода – сложнейший технологический процесс, в котором нужно использовать различные химические процессы, химические превращения.

По моим оценкам, сегодня в мире производится  около 70 миллионов тонн водорода в год. Это большое количество. Один из перспективных путей получения водорода – так называемая паровая конверсия метана.  Вы берете природный газ, а также пары воды, соединяете их друг с другом в присутствии катализатора при высоких температурах (требуется около тысячи градусов Цельсия), и на выходе получаете чистый водород. Мировая химическая промышленность успешно освоила крупномасштабное производство водорода с помощью этого метода.

— А такой метод можно назвать экологически чистым?

— Не совсем, в том-то все и дело. Для того чтобы провести этот процесс, как я уже сказал, нужна энергия: необходимо подвести туда энергию, чтобы нагреть этот пар, нагреть эту смесь до высоких температур в присутствии катализатора. Откуда взять эту энергию? До последнего времени вопрос решался просто: берем природный газ, тот же самый метан, сжигаем его – вот вам и энергия. То есть приблизительно половину природного газа, который идет для химико-технологического процесса паровой конверсии метана, вы используете для сжигания. А когда вы его сжигаете, то  получаете СО2 и выбрасываете его в трубу. Что очень плохо, ведь перед человечеством сегодня стоит задача сократить выбросы углекислого газа. Что для этого тогда можно было бы сделать? Концерн “Росэнергоатом” предлагает проект для конкретной реализации. Вместо тепла, которое вы получаете от природного газа при его сжигании, поступает тепло от высокотемпературного реактора   и подводится к агрегатам паровой конверсии метана. Такие процессы мы лабораторно пробовали, и они вполне разумны. Cамое главное: мы видим, что сделать реактор, который будет давать это высокотемпературное тепло, вполне реально. Поэтому сейчас основная наша задача при развитии  водородной энергетики в мире — эту технологию создать. Такой технологии в мире нигде нет: точнее, на бумаге она, может, и есть, а вот в завершенном, оформленном виде ее нет. 

Россия, начиная еще с советских времен, активно экспортирует за рубеж нефть и газ.  Но это, как правило, сырая нефть и сырой природный газ. То есть мы поставляем другим странам продукт с очень маленькой добавочной стоимостью. И эта сырьевая зависимость для России катастрофически неприятна, потому что мы даем очень большой продукт, но с очень маленькой добавочной стоимостью. Так вот, если мы сумеем поставлять за рубеж не природный газ, а водород (который будем получать здесь на месте с использованием атомной энергии), то на выходе получится товар, имеющий добавочную стоимость в три-четыре раза выше. То есть мы переходим от сырьевой зависимости к высокотехнологичной продукции. Этим вопросом я сейчас активно занимаюсь. Думаю, что если эта программа будет одобрена и принята на высшем уровне нашего государства, то Россия получит новую возможность в плане экспорта высокотехнологичной продукции.

Я считаю, что Россия, располагая практически неограниченными сырьевыми ресурсами водорода и ядерного топлива и базой знаний по атомным и водородным технологиям, способна занять лидирующие позиции в глобальном безуглеродном, экологически чистом производстве водорода.

— В советские годы мы с США и Великобританией практически шли в ногу в работах по атомной энергии, отставая всего на несколько лет. А как дела обстоят сейчас? В чем наше конкурентное преимущество?

— Мне пришлось в конце 1980-х и в начале 90-х годов активно сотрудничать с американцами. Когда мы начали взаимодействовать, когда приезжали в США, они нас воспринимали как каких-то диковинных медведей из берлоги, то есть даже не представляли, что мы имеем фундаментальные знания, понимание и достижения в разработке высоких технологий. Но поработав с нами какое-то время, они убедились, что уровень наших технологических разработок очень высок.

Я не хочу сказать, мы по всем технологиям имеем такой же высокий уровень, но в атомной энергетике мы точно находимся на одинаковом уровне с передовыми странами. А по некоторым технологическим работам даже опережаем США.

Как пример: я упоминал выше наш реактор с температурой в три тысячи градусов Кельвина. Американцам ведь так и не удалось достичь температур такого уровня в своих ядерных ракетных двигателях. Они имели всего две тысячи семьсот пятьдесят градусов Кельвина нагрева водорода в таких реакторах. Поэтому я горжусь, что Россия обладает технологиями высокого уровня, которые равны по своему развитию американским, а в некоторых случаях даже превышают их. То же касается и  космических ядерных установок, которые позволяют получать в космических аппаратах достаточно высокий уровень энергетической мощности. В этой области нам тоже практически нет равных. Кстати, Россия здесь оказалась уникальным поставщиком плутония-238, который применяется в качестве энергетического материала в радиоактивных источниках энергии для космических кораблей.

—  Какую роль в атомной отрасли играет цифровизация?

— Это очень хороший вопрос. Цифровизация – важнейший элемент в такой технологически сложной области, как освоение и использование атомной энергии. Без цифровизации абсолютно невозможно сделать не только установки для мирных целей, но и для военных целей тоже.

Когда я пришел на работу в начале 1950-х годов, то уже тогда возникло четкое понимание: чтобы посчитать атомный реактор, чтобы он был полезен и безопасен, нужны очень хорошие методики расчета. Это не тот случай, когда можно на логарифмической линеечке что-то посчитать, обязательно должны быть цифровые машины. И я на своем опыте прошел весь путь от простейших цифровых машин к сложнейшим, начиная от элементарного арифмометра, где надо крутить ручку, до настоящих цифровых машин  типа БЭСМ.  

Наиболее передовые цифровые машины, которые используются для цифровизации, компьютерные программы, методики моделирования и так далее, зарождаются и развиваются именно в атомной отрасли. То есть к атомному направлению, можно сказать, приклеено слово "цифровизация". Однако в области электронных систем, необходимых для цифровизации наша страна пока отстает от передовых стран мира.

— Николай Николаевич, ваш опыт действительно впечатляет. Поделитесь секретом: как вам удается оставаться в столь прекрасной форме?

— Первое. Как вы видите, я увлечен работой: она у меня действительно интересная и позволяет все время искать новое, думать о новом. А когда ты думаешь не о прошлом, а о грядущем, это всегда заставляет тебя быть в хорошем состоянии. Важно думать о будущем, ставить цели. И я говорю не просто о каких-то “маниловских мечтах”, а о вполне достижимых проектах. Одним из таких волнующих проектов для меня является полет на Марс. Я верю, что рано или поздно человеческая нога ступит на поверхность этой планеты; все технологии для этого уже есть, и, думаю, ждать осталось недолго. Это станет сложнейшей технологической операцией для человечества. Такую работу можно осилить только сообща, только вместе с другими странами. Кстати, я сейчас в шутку предлагаю моим коллегам и знакомым полететь со мной на Марс.

Второй мой так называемый секрет долголетия – очень хорошая семья и близкие друзья. К сожалению, моя супруга Майя ушла из жизни, но с ней мы прожили очень счастливую и дружную жизнь. Она химик, занималась различными органическими веществами. Ее как-то попросили сделать хороший препарат для улучшения состояния человека, в том числе для людей, оказавшихся в экстремальных ситуациях. И такой препарат ею, совместно с коллегами из института, был создан. Первые испытания проводились с моим участием. Именно ему во многом, мне думается, я обязан моим хорошим самочувствием.

Сейчас основа семьи  –  наша дочка Маша, которая ведет всю семью, заботится обо мне, холит и лелеет меня. У нее, в свою очередь, есть супруг и четыре дочки. И у одной из дочерей еще и внучка София, для меня она, получается, правнучка уже. Вот в такой дружной атмосфере мы живем.

И, конечно, никуда без искусства. Моя дочь увлекается живописью: я живу "в цвете" и у нас весь дом завешан прекрасными работами ее авторства и наших знакомых художников. Я нахожу эти картины очень интересными. Начинала дочь, естественно, как и все художники, с реализма, а сейчас перешла к абстракциям, которые вызывают у зрителя самые хорошие и высокие чувства.

И, наконец, третий ключ к хорошему самочувствию – физкультура и четкий распорядок дня. Я встаю в пять часов утра, делаю часовую зарядку, люблю также поплавать в бассейне с противотоком. Затем – работа, а вечером снова физические упражнения. Все это помогает мне держать себя в тонусе. 

Все портреты Н.Н. Пономарева-Степного в материале: Николай Малахин / «Научная Россия»‬