12 декабря 2015 года ведущие страны мира приняли соглашение в рамках Рамочной конвенции ООН об изменении климата, регулирующее меры по снижению содержания углекислого газа в атмосфере. В декабре 2020 года, накануне пятой годовщины принятия исторического Парижского соглашения Генеральный секретарь ООН Антониу Гутерриш опубликовал статью, в которой призвал международное сообщество добиться полной декарбонизации мировой экономики к 2050 году, ввести налог на выбросы углерода и укрепить меры по адаптации к последствиям изменения климата.
По оценкам Международного энергетического агентства, доля возобновляемых источников энергии в мировом электроснабжении вырастет с 27% в 2019 году до 60% в 2030 году
Парижское соглашение породило движение за углеродную нейтральность. Вопрос декарбонизации все чаще обсуждают правительства и научное сообщество. Ученые полагают, что для борьбы с глобальным потеплением и загрязнением атмосферы необходимо сокращать добычу угля, нефти и газа в среднем на 6% в год. Планы изменились после столкновения человечества с новой коронавирусной инфекцией, которая нанесла сильный удар по экономикам всех стран мира. Для стабилизации последствий многие страны планируют наоборот наращивать производство ископаемого топлива еще на несколько процентов. Пока правительства ищут выход из кризиса, ученые и инженеры создают уникальные установки, которые не только будут востребованы в будущем, но и, в теории, позволят решить проблемы выбросов парниковых газов.
Идеи использования водорода в энергетических целях высказывались давно, и интерес к ним проявлялся не один раз. И если в 1970‑е годы на развитие водородной энергетики уповали в связи с нефтяными кризисами, то сегодня — в связи с ростом озабоченности изменением климата. Проблема глобального масштаба стимулировала всплеск исследований и разработок (с акцентом на транспорт), но до серьезного практического внедрения водородных технологий не доходило. Ситуация стала стремительно меняться, когда ведущие страны мира начали путь к устойчивому развитию и к реализации концепции безуглеродной энергетики будущего. Именно поэтому на водород стали возлагать большие надежды.
Юрий Добровольский — руководитель Центра компетенций национальной технологической инициативы "Новые и мобильные источники энергии"
Между тем, водород не решит все наши проблемы разом. По словам руководителя Центра компетенций национальной технологической инициативы "Новые и мобильные источники энергии" Юрия Добровольского, водород не самое лучшее топливо для энергетики, но его можно использовать в другом качестве — накопителя энергии при использовании возобновляемых источников энергии. Например — солнечной и ветряной. "Цикл производства у возобновляемых источников энергии всегда прерывистый. Поэтому избыток необходимо где-то накапливать, и это можно делать, получая водород при помощи электролиза воды. Пока существующие технологии достаточно дорогие, но тем не менее полученный водород можно хранить бесконечно, а в рамках "зеленой" энергетики использовать как топливо для транспорта. Над этим мы сегодня активно работаем".
Центр компетенций НТИ, созданный на базе Института проблем химической физики в Черноголовке, работает сразу по нескольким направлениям водородной энергетики, в том числе по созданию специализированных установок для получения водорода из воды с помощью электричества. Так, совсем недавно в наукограде появилась первая в России автономная водородная заправочная станция. Надо сказать, что станцию построили коллеги ученых из Германии по российскому техническому заданию. При этом, изначально в ней использовался дорогой баллонный водород, но сейчас ситуация меняется. Благодаря многолетним исследованиям сотрудников компании "Поликом" удалось создать электролизный генератор сверхчистого водорода, который удешевляет процесс производства водородного топлива для транспорта будущего.
Электролизер для получения водорода
Комментирует Евгений Волков, руководитель компании "Поликом" — партнера ЦК НТИ:
"Мы создали первый отечественный генератор водорода производительностью до 6 кубометров водорода в час, работающий на основе бесщелочного электролиза. Установка вырабатывает водород из воды с помощью электричества. Ее можно использовать в различных отраслях, например, для охлаждения электрогенераторов на электростанциях, в полупроводниковой и пищевой промышленности, металлургии, и, конечно, в области водородной энергетики.
Это оборудование мы разрабатывали в течение пяти лет. Совсем скоро мы перейдем к серийному производству установок для получения сверхчистого водорода.
Наша установка отличается от устаревших щелочных электролизеров. Мы не используем щелочной электролит. Вместо щелочи применяется протонообменная мембрана. При этом, единственная жидкость в системе — это сверхчистая (деионизованная) вода. Ее получают из обычной водопроводной воды путем обратного осмоса — универсальной технологии очистки. Отказ от использования щелочи дает ряд важных преимуществ. В первую очередь это позволяет полностью избежать коррозии узлов системы. Кроме того, наш генератор водорода очень прост в обслуживании. В отличие от раствора щелочи, при необходимости вода просто сливается в канализацию, и любую деталь можно легко заменить.
В процессе работы установки вода поступает в электролизный модуль, где под действием электрического тока она разлагается на водород и кислород. Кислород для нас — побочный продукт, поэтому он выбрасывается в атмосферу. А водород проходит двухступенчатую стадию очистки от паров воды, и на выходе мы получаем сверхчистый водород.
Когда мы наладим серийное производство, то сможем производить порядка 60 установок в год".
Евгений Волков — руководитель компании "Поликом"
Испытания заправки с электролизным модулем будут проходить на разных видах транспорта — беспилотниках, водородных автобусах, грузовиках и легковых автомобилях, в том числе на беспилотной транспортной платформе, водородный топливный элемент для которой также создан в Центре компетенций.
"Когда речь идет о транспорте — самолете, автомобиле, поезде, необходимо создавать и заправочные системы, желательно дешевые, иначе идея не получит прикладной реализации. С помощью электролизного блока мы пытаемся получить водород. Правда, пока о его исключительной экологической чистоте речи не идет, поскольку электричество мы все равно получаем от розетки. Сейчас наша цель — создать установку для промышленности, на которой можно получать дешевый водород разными способами в зависимости от сырья", — отметил Юрий Добровольский.
Борис Тарасов — заведующий лабораторией материалов для водородного аккумулирования энергии Института проблем химической физики РАН в Черноголовке
Водородная инфраструктура для нашей страны — значимый элемент национальной программы по развитию водородной энергетики в России. В планах специалистов из Черноголовки — перевод коммунального хозяйства и транспорта города на водород. Именно отсюда начнется "водородный" путь развития. "Я убежден, что мы выбрали правильное направление. Когда я только начал заниматься водородной энергетикой 40 лет назад, то столкнулся с недопониманием и недоверием к этой сфере", — говорит Борис Тарасов, заведующий лабораторией материалов для водородного аккумулирования энергии Института проблем химической физики РАН в Черноголовке. — "А сегодня уже разработана государственная политика в этой области. Уверен, что в настоящее время в рамках поддержанной государством программы научная молодежь приложит все свое умение и задор для стремительного, целеустремленного и продуктивного развития водородной энергетики".
Беспилотная электрическая автомобильная платформа, созданная для испытаний топливных элементов
Электрический самолет с водородными топливными элементами
