Новая энергетика

Под знаком «H»: водородная энергетика

Новая энергетика - Водородная энергетика

В последнее время в США активно обсуждается возможность широкой, хотя и не стопроцентной замены углеводородных энергетических ресурсов (нефть, уголь, природный газ) на чистый водород.

С самого начала индустриальной революции (18 век) основным источником энергии служило и служит до сих пор углеводородное ископаемое сырье. Станции на угле, газе и жидком топливе в мировом масштабе генерируют 64% электричества; эти виды топлива почти стопроцентно доминируют на транспорте. Первые промышленные гидроэлектростанции появились в Германии и в Англии в 1876–81 годах, в то время как электростанции на ядерном горючем стали строиться только в 1950-е годы. В настоящее время в 31 стране действуют 440 АЭС, на долю которых приходится 16% мирового производства электроэнергии; вклад гидростанций в мировую энергетику составляет 19%. В ряде стран действуют приливные, ветровые, солнечные и геотермальные электростанции; кроме того, наблюдается заметный рост темпов использования биомассы растительного происхождения для производства моторного топлива. Тем не менее, в общемировом балансе энергоснабжения доля всех этих возобновляемых источников энергии пока что незначительна.

Однако ориентация на ископаемые источники углеводородов не имеет долговременной перспективы. К 2050 году мировая потребность в энергии, как минимум, удвоится по сравнению с современным уровнем. Ресурсы невозобновляемых источников по определению ограничены; ожидается, что мировое производство нефти в следующем десятилетии достигнет пиковых показателей, а затем начнет снижаться. Кроме того, нефтяные и газовые поля (и в меньшей степени угольные месторождения) сосредоточены лишь в отдельных регионах земного шара, в силу чего бесперебойное поступление этих видов топлива в другие районы само по себе требует значительных усилий и затрат даже в условиях политической и военной стабильности, которая отнюдь не гарантирована.

При утилизации всех видов топлива, кроме природного или синтетического горючего газа, в воздушный бассейн попадают твердые минеральные частицы, многие из которых токсичны для человека, животных и растений. Уже сейчас в атмосферу ежегодно выбрасывается 25 млрд. тонн двуокиси углерода (углекислого газа), который служит основной причиной парникового эффекта, вызывающего всемирное потепление. Все это означает, что поиск реальных альтернатив углеводородным топливам является исключительно актуальной проблемой.

Сегодня многие специалисты-энергетики, политики, журналисты и активисты общественных движений в защиту среды обитания отдают предпочтение водороду. Мы предлагаем обзор статей на эту тему, которые появились в журналах Physics Today и Science. Первая работа написана сотрудником Аргоннской Национальной Лаборатории\\\\Argonne National Laboratory Джорджем Крэбтри\\\\George Crabtree в соавторстве с профессором физики Массачусетского Технологического Института\\\\Massachusetts Institute of Technology Милдред Дрессенхауз\\\\Mildred Dressenhouse и заместителем директораОк-Риджской Национальной лаборатории\\\\Oak Ridge National Laboratory Мишель Бьюкенен\\\\Michelle Buchanan. Две статьи в Science принадлежат журналисту Роберту Сервису\\\\Robert Service и сотруднику Национальной Лаборатории Возобновляемых Источников Энергии\\\\National Renewable Energy Laboratory Джону Тернеру\\\\John A. Turner.

У водорода есть множество очевидных достоинств. Водород полностью сгорает в кислороде, выделяя большое количество энергии и оставляя после себя только водяной пар. Его легко транспортировать по трубопроводам практически на любые расстояния, тем более, что он не ядовит (хотя и взрывоопасен) и не обладает коррозирующим действием. Запасы водорода (как компонента воды) практически неограниченны и более или менее равномерно распределены по всем континентам. Водород представляется идеальным горючим для относительно маломощных и в то же время многочисленных силовых установок, размещенных на подвижных платформах — прежде всего для автомобильных и авиационных двигателей.

Однако при всех этих несомненных преимуществах водорода его массовое использование в качестве топлива будет сопряжено со множеством сложнейших проблем. Их решение потребует очень крупных средств, которые придется затратить как на разработку высокоэффективных технологий получения и утилизации водорода, так и на создание инфраструктуры для его промышленного производства, доставки, хранения и распределения. Эти средства неизбежно придется отбирать у других насущно важных проектов, что потребует немалой политической воли и готовности принимать рискованные решения. Авторы всех статей едины в том, что создание водородной экономики в принципе возможно, но легким делом оно не будет.