Водородные технологии вместо газа: белорусская реальность

Прежде чем начать разговор о перспективах использования водорода в качестве источника энергии и о научных разработках в этой области, мы договорились о терминах. Как выяснилось, выражение "водородная энергетика", которое я неосторожно употребил, сегодня учеными не используется, так как оно отражает представления вчерашнего дня. Когда-то, действительно, предполагалось сначала научиться получать дешевый водород, а потом элементарно сжигать его вместо газа, мазута и угля. Но жизнь показала, что самый распространенный во Вселенной элемент можно использовать гораздо эффективней. Словом, корректнее говорить не о водородной энергетике, а о водородной экономике, атомно-водородной технологии, открывающей новые перспективы для энергетики. Так считает мой собеседник — Сергей Филатов, работающий в Институте тепло- и массообмена Национальной академии наук Беларуси заведующим отделением... водородной энергетики.

— Сергей Александрович, а как быть с "реликтовым" названием вашего отделения? Оно вас не смущает?

— Смущает, но изменить его, как ни странно, сложнее, чем пересмотреть научную концепцию. Впрочем, мы готовы называться как угодно, лишь бы созданное нами было востребовано. Но пока экономика страны только готовится к использованию высоких технологий в новой сфере. Тем не менее отечественная наука уже сегодня может предложить разработки, которые ни в чем не уступают зарубежным. Например, топливные элементы.

— Поясните, в чем их суть.

— Это устройство прямой конверсии химического топлива в электрическую и тепловую энергию. Оно напоминает обычную электрохимическую батарею, с той лишь разницей, что в батарее находится запас реагентов, а в топливный элемент они постоянно подаются, например водород и кислород. Обычно эти два компонента разделяются протонно-обменной мембраной, на которую нанесен катализатор. Протоны водорода проникают через мембрану, и в результате возникает ток. Его используют либо для того, чтобы привести в движение автомобиль, либо для выработки тепловой энергии. При мощности в 3 киловатта современный топливный элемент имеет габариты автомобильного аккумулятора. Есть и так называемые высокотемпературные топливные элементы, не нуждающиеся в катализаторах. Они разрабатываются в Европе, в России, а также в Беларуси, причем в нескольких вариантах.

В некоторых странах топливные элементы уже производятся серийно, развивается сеть заправок и по улицам разъезжает все больше автомобилей, работающих на водороде. У нас же в области практического использования этих источников энергии прогресса пока нет. Хотя топливные элементы, созданные, например, в нашем отделении, обладают необходимой мощностью, не уступают лучшим зарубежным образцам и пригодны для использования в автотранспорте, а также для энергоснабжения коттеджей. Но для промышленного использования нужно развитие соответствующей инфраструктуры. Например, необходимо иметь предприятия, ориентированные на производство сложных химических агрегатов, а они традиционно строились в других регионах Советского Союза.

— А вам не говорили, что, мол, зачем тогда разрабатывать, если не сможем произвести?

— Говорили. И не только по этому поводу. У нас готовы к внедрению разработки, связанные с получением синтез-газа за счет новых технологий конверсии природного газа и построены экспериментальные реакторы, на базе которых можно создавать промышленные установки для нефтехимии. Выполнены разработки по совершенствованию электролизеров. Есть работы по бортовым конверторам дизельного топлива, что позволяет эффективно использовать водород в качестве добавок к солярке в двигателях внутреннего сгорания. Есть работы по катализаторам, технологии связанного хранения водорода. Эти и многие другие темы, выполняемые в Институте тепло- и массообмена, Белорусском государственном технологическом университете, Институте порошковой металлургии и других научных центрах, находятся в стадии завершенных проектов, хотя их производственные перспективы не всегда ясны. Тем не менее вести такие исследования необходимо для страны. Это работа на ближайшее будущее. Даже если довести до внедрения удастся не все замыслы, исследования в области водородных технологий принесут и уже приносят огромную пользу тем, что создают интеллектуальную среду, восприимчивую к передовым идеям в этой области. Ведь с материалами работ мы знакомим огромное количество студентов, специалистов, менеджеров, для которых современные водородные технологии перестают быть загадкой. Придет время и, принимая решения о закупке таких технологий, они смогут действовать со знанием дела, не допуская убыточных для страны контрактов, и, как мы надеемся, будут делать выбор в пользу отечественных разработок.

— Строительство АЭС выведет в число приоритетов белорусской науки атомно-водородные технологии. Вы к этому готовитесь?

— Безусловно, это станет одним из самых востребованных направлений, так как делает работу АЭС более экономичной. Атомный реактор лучше эксплуатировать с равномерной нагрузкой, но существует разница между ночным и дневным потреблением энергии, сезонные колебания. Поэтому при снижении потребления атомной электростанции выгодно производить водород в качестве промежуточного энергоносителя. Он может накапливаться и использоваться в часы высокого спроса. Для этого необходимо соответствующее оборудование. Остается только согласовать такие структурные изменения с энергетиками. Надеемся, что поможет в этом международный опыт. Например, опыт компании "Сименс" или Южной Кореи, где для систем децентрализованного тепло- и электроснабжения развивается производство очень выгодных в эксплуатации модульных установок на высокотемпературных топливных элементах.

Новые водородные технологии могут помочь и там, где водород и без того широко применяется. Наши нефтеперерабатывающие заводы получают его из природного газа и используют для того, чтобы увеличить выход легких фракций из нефти. Но последние научные разработки позволяют получать достаточно дешевый водород также из воды и тем самым сделать переработку нефти еще более глубокой. В целом же использование новых водородных технологий в промышленности Беларуси может привести к сокращению потребления природного газа на 15 процентов.

— Тем не менее эти технологии в стране сегодня не считаются приоритетными. Видимо в связи с тем, что надежды на моментальный результат не оправдались?

— Я полагаю, это решение носит временный характер и будет пересмотрено. Ведь в рамках выполненной в 2005 году государственной программы ориентированных фундаментальных исследований "Водород" и завершающейся в этом году государственной программы прикладных научных исследований с таким же названием создан мощный научный и конструкторский задел. Он позволяет стране самостоятельно развивать самые современные технологии, не зависеть от импорта и наращивать в этой области экспортный потенциал. Но чтобы это стало реальностью, необходима государственная поддержка нескольких ориентированных на экспорт пилотных проектов. Такими проектами могут стать генераторы синтез-газа, водородоаккумулирующая электростанция, производство электролизеров, наноразмерных катализаторов.

— А за рубежом эти разработки интерес вызовут?

— Уже вызывают. С целью создания отечественного производства нанокатализаторов для низкотемпературных топливных элементов подписано соглашение об организации совместной лаборатории с Институтом новых материалов Академии наук провинции Шаньдун КНР. После урегулирования лицензионных обязательств сторон будет организовано крупномасштабное производство этой продукции на территории Китая. Интенсивно развивается взаимодействие с учеными Болгарии, Литвы, Украины, России, которые заинтересованы в сотрудничестве с нами, так как видят возможность ускорить выполнение собственных проектов, используя высокий уровень белорусских разработок. Нам такое сотрудничество тоже выгодно, но хотелось бы, чтобы и у нас в стране практической реализации водородных технологий уделялось должное внимание.