В октябре правительство РФ утвердило план мероприятий по развитию водородной энергетики в Российской Федерации до 2024 года. В число задач программы входят увеличение производства и расширение сферы применения водорода в качестве экологически чистого энергоносителя, а также вхождение страны в число мировых лидеров по его производству и экспорту. О том, какие конкурентные преимущества могут помочь России добиться поставленных целей, а что способно помешать их достижению – в материале Института развития технологий ТЭК (ИРТТЭК) специально для «НГ».
В настоящий момент большинство экспертов рассматривают водород как оптимальный энергоноситель для накопления и передачи на расстояние энергии, полученной из возобновляемых источников. В отличие от аккумуляторов для производства водорода не требуются огромные заводы и так называемые металлы энергетического перехода, добыча которых сама по себе наносит ущерб окружающей среде. Его можно долго хранить, а для транспортировки предлагается использовать уже существующую трубопроводную инфраструктуру (хотя есть своя специфика, о которой будет сказано ниже). В каком-то смысле водород тоже можно назвать возобновляемым источником энергии – ведь его можно использовать бесконечно в замкнутом цикле «электролиз воды – сжигание водорода – электролиз воды». Наконец, теплота сгорания водорода втрое выше, чем условного углеводородного топлива (143 МДж/кг против 29 МДж/кг).
Неидеальный газ
Рассмотрим основные варианты применения водорода в качестве источника энергии и ограничения, существующие в каждом из них.
Все известные способы превратить водород в энергию основаны на реакции его окисления и превращения в водяной пар:
2Н2 + О2 => 2Н2О.
Как ни парадоксально, но дольше всего инженеры работают над самым сложным способом трансформации энергии окисления водорода в электричество – электрохимическим топливным элементом. Первые промышленные образцы появились еще в 1950–1960-е годы. На сегодняшний день существует множество разновидностей топливных элементов, позволяющих производить как промышленные энергоустановки мегаваттной мощности (в разработке агрегаты мощностью до 100 МВт), так и малогабаритные источники питания.
