28 и 29 октября. Проблемы экологии в контексте цифровой трансформации общества... Архитектура. Инженерия. Цифровизация. Экология» пройдет в...


Водородная энергетика в России

Водородная энергетика в России


Нуждается в финансировании

Две недели назад ГМК «Норильский никель» и Российская академия наук подписали Комплексную программу поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по водородной энергетике и топливным элементам. "Норильский никель" готов вкладывать в программу 20-40 млн. долларов ежегодно: эти средства пойдут на развитие инфраструктуры рынка водородных топливных элементов в России и за рубежом.
Сколько тратят на экологию российские компании

В последнее время крупные сырьевые компании России стали вкладывать средства в экологические проекты. Так, затраты на охрану природы «Сургутнефтегаза» составили 5,5 млрд. рублей в этом году и 4,4 млрд. рублей в прошлом. ЛУКОЙЛ заявляет, что планирует в 2004-2008 годах потратить на экологию 34,5 млрд. рублей. По сообщениям ТНК-ВР, компания выделила на охрану природы 1 млрд. долларов на ближайшие десять лет.

За последние пять лет предприятия ОАО "ГМК «Норильский никель» достигли заметного прогресса на пути снижения техногенной нагрузки на природу. Так, по сравнению с 1997 годом на Кольской ГМК (Кольский полуостров) количество выбросов в атмосферу комбината "Североникель" уменьшилось более чем в три раза, а комбината "Печенганикель" - в два раза. Удельные выбросы в атмосферу на тонну продукции Заполярного филиала ГМК "Норильский никель" (Таймырский полуостров) сократились на 15%.

В соответствии со стратегией развития производства до 2015 года группа "Норильский никель" планирует в ближайшие годы значительно снизить выбросы в атмосферу промышленных предприятий, расположенных на Таймырском и Кольском полуостровах. Группа запланировала снизить выбросы в атмосферу по Заполярному филиалу к 2010 году на 70%, по Кольской ГМК (комбинат "Печенганикель") уже к 2008 году на 90%.

"Норильский никель" направляет на модернизацию производства 300-350 млн. долларов в год. Из них 200 миллионов расходуется на технологические усовершенствования, дающие экологический эффект.

Интересы группы "Норильский никель" не ограничиваются совершенствованием подходов к решению вопросов промышленной экологии. Компания развивает сотрудничество с Лапландским горно-таежным заповедником, заповедником "Путоранский" и поддерживает организации, деятельность которых направлена на сохранение биологического разнообразия Таймырского и Кольского полуостровов. В частности, при поддержке "Норильского никеля" осуществляется проект сохранения таймырской популяции самого маленького арктического гуся пискульки, занесенного в Международную Красную книгу и Красную книгу России. Именно гусь пискулька стал символом экологических программ ГМК "Норильский никель". Таким образом, общий объем ежегодных инвестиций компании в экологические программы составляет 350-400 млн. долларов.

Теперь "Норникель" будет заниматься и экологически чистым топливом: 9 декабря 2003 года в Москве состоялось совместное заседание президиума Российской академии наук и правления компании "Норильский никель", в ходе которого подписана Комплексная программа поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по водородной энергетике и топливным элементам.


Программу подписали президент РАН академик Юрий Осипов и генеральный директор - председатель правления ГМК "Норильский никель" Михаил Прохоров. "Это крупнейший национальный проект Российской академии наук с представителями российского бизнеса, - сказал президент РАН Юрий Осипов. - Подобное сотрудничество благоприятно отразится на общем развитии науки и экономики России в целом".

На совместном заседании был утвержден совет по реализации комплексной программы, который должен в первом квартале 2004 года подготовить предложение Совету по науке и высоким технологиям при президенте РФ о развитии исследований и разработок в области водородной энергетики.

Разработка комплексной программы проведена в соответствии с Генеральным соглашением о сотрудничестве между Российской академией наук и компанией "Норильский никель" в области водородной энергетики и топливных элементов, подписанным 10 ноября 2003 года. Соглашение предусматривает организацию кооперации академических институтов и промышленных предприятий для производства конкурентоспособных энергетических установок с использованием палладия и металлов платиновой группы, производимых "Норильским никелем".

Зачем нужна водородная энергетика

Особенность водородных топливных элементов в том, что они представляют собой электрохимический источник тока. В результате прямого превращения энергии водородных топливных элементов в электрическую энергию из технологической цепочки исключаются процессы горения. Из-за этого, как утверждают специалисты, КПД повышается до 90% и уменьшается степень вредного воздействия на природу. Отходы водородных двигателей считаются экологически чистыми, поскольку в их состав входят вода и углекислый газ.

На сегодняшний день на долю вредных выбросов от автомобилей в крупных городах России приходится от 70 до 90% от общего объема загрязняющих веществ. До сих пор выбросы от автотранспорта представляют собой недостаточно изученную смесь 200 различных химических веществ и соединений, основные из них - окиси азота, углерод, углеводороды, сажа, тяжелые металлы (свинец, кадмий), твердые взвешенные частицы, совокупность которых называется аэрозолями. Полосы отчуждения автомобильных дорог являются техногенными аномалиями. В почве и растениях накапливаются в том числе и тяжелые металлы.

Камера сгорания автомобильного двигателя - это своеобразный химический реактор, синтезирующий ядовитые вещества и выбрасывающий их в атмосферу. Даже невинный азот из атмосферы, попадая в камеру сгорания, превращается в ядовитые оксиды азота.

Дело в том, что топливо сгорает не полностью и неравномерно: всего 15% его расходуется на движение автомобиля, а 85% - вылетает в атмосферу.


Между тем при использовании водородного топлива из выхлопной трубы вместо вредных веществ капает обычная вода.

Кроме того, привычные бензиновые двигатели работают шумно, тогда как от водородных шум минимален. Ведь единственное шумное устройство в таком двигателе - вентилятор, прогоняющий газы по трубкам.

Разработка водородных двигателей и запуск их серийного производства позволит автопроизводителям и владельцам машин отказаться от бензина и перейти на экологически чистое топливо. Это может стать реальностью уже через три года: по словам вице-президента РАН Геннадия Месяца, на базе того, что уже разработано, первых коммерческих результатов можно ждать к 2006 году.


Топливные элементы будут работать и в домах, заменяя длинные электрические сети и гигантские электростанции автономными. Но до водородных источников питания для бытовых приборов очередь дойдет не раньше чем через десять лет.

Западный опыт

В мире за последние 10 лет создано несколько десятков экспериментальных моделей, работающих на водородном топливе. В их числе автомобили, самолеты, подводные лодки, источники питания для бытовых приборов, мини-электростанции и компактные системы для питания компьютеров, телефонов.

По словам председателя Еврокомиссии Романо Проди, "водородная технология и топливные элементы - стратегический выбор Европы". На научные исследования и разработки в области водородной энергетики Европа планирует потратить 5 млрд. долларов.

В частности, концерн DaimlerChrysler уже приступил к производству водородных автобусов, Airbus работает над созданием самолетов на водородном топливе. BMW планирует испытать фургон, работающий на водороде. Корпорация General Motors уже получила лицензию на продажу автомобилей Hydrogen 3 (созданных на базе минивэна Opel Zafira), работающих на водороде. На сегодня существует 30 автомобилей Mercedes с водородными топливными элементами.

Правительство Японии выделило 4 млрд. долларов до 2020 года на приобретение водородных энергетических технологий. Японские автоконцерны Honda и Toyota сдают в долгосрочную аренду автомобили на водородных топливных элементах, при этом Toyota приступила к серийному выпуску автомобилей с гибридными (бензиново-водородными) двигателями. Премьер-министр Японии Дзюнъитиро Коидзуми ездит на подобном автомобиле, несмотря на то что обходится он очень дорого: прокат автомобиля на месяц стоит 5 тысяч долларов.

Президент США Джордж Буш настаивает на переводе всех автомобилей на новые двигатели к 2020 году, а в Калифорнии обычные автомобили будут запрещены еще раньше этого срока. На реализацию этой программы ежегодно из бюджета США выделяется 3 млрд. долларов, но в 3-4 раза больше в разработки вкладывают частные инвесторы. Интерес к водородной энергетике проявляют также Канада, Китай, Австралия и Индия.

Российские разработки

Российские ученые также разрабатывают способы получения электроэнергии из водорода.

Кстати, один из первых в мире водородных автомобилей на топливных элементах был создан в российском НПО "Квант". РКК "Энергия" создала генератор на низкотемпературных щелочных топливных элементах для децентрализованного энергообеспечения. В России уже созданы автомобили «Лада» и «ГАЗ», работающие на водородных топливных элементах. В багажном отделении автомобиля "Лада-Антэл" располагается электрохимический генератор, топливо подается из трех водородных баллонов емкостью 20,2 литра и трех кислородных баллонов емкостью 12 литров. Пока автомобиль не умеет производить химическую реакцию, используя кислород из воздуха, но специалисты "АвтоВАЗа" намерены продолжать разработки до создания электромобиля, не уступающего обычному. Правда, максимальная скорость созданного на базе водородных топливных элементов электромобиля "Лада-Антэл" пока не превышает 80 километров в час, а запас хода при мощности 25 киловатт составляет 200 километров.

Кроме того, были проведены полеты на самолете фирмы Туполева, оснащенном водородным топливным элементом. Разработки российских ученых в сфере получения водорода как в стационарных условиях, так и на борту автомобиля, а также систем безопасного хранения водорода превосходят мировые.

Однако на поддержку всех программ по водородной энергетике государство выделяет около 80 млн. рублей в год.

Поэтому инициатива «Норильского никеля» по финансированию работ по водородной энергетике очень важна.

"Совместная работа с Российской академией наук в области водородной энергетики и топливных элементов - это уникальная возможность для нашей страны вернуться в число ведущих экономически развитых держав мира", - отметил Михаил Прохоров.

Догнать и перегнать

Чтобы создать топливные элементы, необходимые для развития водородной энергетики, требуется большое количество палладия и металлов платиновой группы. ГМК «Норильский никель» на сегодняшний день является одним из крупнейших производителей палладия в мире - на долю этой компании приходится около 50% мирового производства. Что же касается научного потенциала, то подобные разработки еще в доперестроечные годы финансировались правительством, тогда над ними работало около 20 научных институтов РАН. Теперь их нужно только возродить. Именно поэтому ГМК готова участвовать в высокотехнологичных проектах, целью которых является создание конкурентоспособного импортозамещающего оборудования и материалов в области водородной энергетики.

Сейчас российские ученые и инженеры бьются над увеличением срока службы водородных топливных элементов и уменьшением их цены (пока это порядка 3-10 тыс. долларов за 1 кВт мощности). При этом электромобилю компакт-класса необходим двигатель мощностью 40-50 кВт, а городскому электробусу - 200 кВт.

Для достижения конкурентоспособности в области водородной энергетики и топливных элементов нужно, чтобы стоимость российского топливного элемента для автомобиля не превышала 100-200 долларов, а работали они еще дольше.

Конкурентоспособной ценой для мини-электростанций, которые будут поставлять «новую» энергию в дома, считается 5000 долларов.

Компания «Норильский никель», давая деньги на разработки, будет, в свою очередь, развивать инфраструктуру для функционирования рынка водородных топливных элементов в России и за рубежом. Хотя, по словам председателя правления ГМК «Норильский никель» Михаила Прохорова, в начале российская продукция будет реализовываться в основном на западных рынках.

По словам Геннадия Месяца, в результате заключения соглашения о сотрудничестве между РАН и "Норникелем" российские ученые смогут получать до 10% от будущей прибыли.

Если государство и крупный бизнес окажут финансовую поддержку "чистому" автомобилю и водородным технологиям, Россия через два-три года сможет наверстать упущенное и войти в пятерку лидеров.

СПРАВКА

Водородный топливный элемент


Водородный топливный элемент представляет собой устройство, преобразующее химическую энергию реакции соединения водорода с кислородом в электричество. Схема такова: водород поступает на анод топливного элемента, где атомы разлагаются на электроны и протоны. Для ускорения процесса используют катализатор. Электроны поступают в электрическую цепь, создавая ток. Протоны проходят через полимерную электролитическую мембрану. Кислород из окружающего воздуха поступает на катод и соединяется с протонами и электронами водорода, образуя воду.

Побочными продуктами реакции являются тепло и водяной пар.

22.12.2003 / Татьяна Сейранян
http://www.gzt.ru/business/2003/12/22/123200.html