Большинство экспертов в сфере энергетики склоняется к мнению, что наиболее перспективным, инновационным и экологически чистым топливом постнефтяной эры станет водород. И когда в течение 50-60 лет порядка 95% разведанных источников нефти будут исчерпаны, ключевое место в экономике займет именно он.
Водород – не только наиболее распространенный элемент в Космосе и на Земле (74% вещества во Вселенной), но и потенциально самый эффективный источник энергии. Теплота сгорания элемента наиболее высока, а эффективность в двигателе внутреннего сгорания у водорода на 100-200% выше, чем у бензина, что позволяет увеличить КПД двигателя на 50-70%. А в процессе сгорания водорода образуется вода, безопасная для окружающей среды.
Сейчас большинство уважающих себя автомобильных компаний может похвастать прототипами автомобилей на водороде. Однако до появления массовой экологически чистой водородной модели, которая бы начала новую главу в истории автопрома, довольно далеко, хотя массовое использование технологии ближе, чем может показаться.
В настоящее время большинство водорода, используемого в промышленности и в качестве топлива для еще немногочисленных водородных прототипов автомобиля, получают химическим способом из метана, что примерно в 4 раза дороже, чем производство бензина – в пересчете на одинаковое количество выделяемой энергии. И это сводит на нет любую дискуссию об эффективности данного метода.
Однако главным драйвером водородной революции постиндустриального общества станет прорыв в технологии электролиза – расщепления воды на водород и кислород с помощью электрического тока. Сейчас данный метод крайне неэффективен, так как требует использования дорогостоящих катализаторов из платины и других драгоценных металлов. Часто процесс имеет отрицательный энергетический баланс, когда количество затрачиваемой энергии существенно превышает количество энергии, заключенной в самом водороде. Кроме этого, электролиз индустриального производства энергоемок и опасен. При проведении электролиза существует высокая вероятность смешивания водорода и кислорода в пропорциях, образующих взрывоопасный газ. Вследствие этого две трети затрат энергии идет на разделение и очистку водорода от остаточных следов кислорода.
Стратегический прорыв
В скором времени ситуация с водородным автопромом может кардинально измениться благодаря технологическому прорыву в области синтеза водорода, совершенного учеными из университета Глазго. Новый процесс электролиза экологичен и лишен недостатков традиционного метода. В этом процессе не используются дорогостоящие катализаторы на базе драгметаллов, на которые приходится 90% стоимости технологии. Вместо них эту роль выполняет жидкий окислительно-восстановительный посредник. Посредник (химический состав которого держится в тайне) полностью поглощает выделяющийся свободный водород и образует безопасное водородсодержащее неорганическое соединение. Оставшийся чистый свободный кислород сбрасывается в атмосферу. Главное, что новая технология не только значительно дешевле, но и в 30 раз эффективнее, нежели другие существующие на сегодня методы извлечения водорода.
Получаемый в результате описанного выше электролиза водород можно хранить и транспортировать в безопасном виде, что открывает новые технологические горизонты. Прежде всего, отрасль получила первые эффективные результаты дешевого и экологически чистого способа получения водорода из воды, хоть первый автомобиль на водороде компания BMW построила еще в 1979 г. Коммерчески доступным автомобиль на водородных топливных элементах станет с 2015 г., когда Toyota, Tesla и Honda собираются представить первые образцы, характеристики которых и позволят говорить о начале эры водородного автомобиля. Его стоимость будет находиться в диапазоне от $50 тыс. до $100 тыс., а автомобиль сможет на одной заправке водородом проехать 500 км.
Энергетические горизонты-2050
Использование водорода будет внедряться постепенно, уменьшая, а затем и полностью устраняя зависимость от нефти, ведь технология синтеза водорода подготавливает научно-технический фундамент для создания массового автомобиля, работающего на воде, к 2050 г. Однако водородную эволюцию сдерживает еще один важный фактор – отсутствие инфраструктуры АЗС для водородной экономики. В ближайшем будущем АЗС будут заправлять автомобили водородом, доставленным с крупных заводов, а рынок водородных топливных элементов для автопрома к 2025 г. достигнет $2,5 трлн. Пионером в этой области выступают США, которые планируют построить вдоль Калифорнийского побережья, вдоль главных автострад 12 тыс. водородных заправочных станций. А к 2050 г. в США и ЕС должна появиться сеть локальных автономных заводов, которые будут получать водород из воды с помощью электролиза.
Сейчас водородная энергия обходится дороже традиционной нефти, но тенденция показывает, что нефть будет дорожать (за минувший 41 год ее цена увеличилась с $3/барр. до $96), а водородная энергетика – стремительно дешеветь и становиться эффективнее на фоне развития информационных и нанотехнологий. Эту закономерность уловил и клан Рокфеллеров, сколотивший состояние благодаря нефти, а теперь выводящий активы из бизнеса по добыче углеводородов.
Если еще 10 лет назад стоимость автомобильных водородных топливных элементов составляла $275 за кВт мощности благодаря новой технологии электролиза и катализаторам из углеродных нанотрубок, которые в 650 раз дешевле, чем платина, цена одного кВт мощности для автомобиля к 2020 г. составит лишь $30.
Стремительное развитие и удешевление водородной технологии в первой половине XXI века обусловлено переходом к постиндустриальному технологическому способу производства, а удешевление энергии за счет применения нанотехнологий будет главным фактором конкурентоспособности товаров и услуг на мировых рынках в 2020-2050гг. Страны, которые не смогут закрепиться в новых энергетических реалиях, будут отброшены на периферию мирового научно-технического прогресса. И если Украина хочет быть конкурентоспособной и достичь глобальной субъектности, она должна консолидировать усилия для продвижения водородных технологий.
Подписанное и ратифицированное соглашение об ассоциации с Евросоюзом дает возможность приступить к развитию водородных технологий в Украине, так как соглашение предполагает научно-техническое сотрудничество в рамках крупнейшей научной программы современности ЕС Horizon-2020, где значительная часть исследований посвящена энергетике будущего. (Комментарии/Химия Украины и мира)