Водородная экономика умерла, да здравствует аммиак? Мнение

За последние полтора десятка лет западные страны выдвинули ряд идей и прожектов, призванных ответить на вопрос о том, на чем будет основана энергетика, экономика и даже общество будущего. Сменяли они друг друга с калейдоскопической скоростью.

Вначале много говорили о солнечных электростанциях. Однако после того, как Китай к 2010 году освоил массовое и дешевое производство фотоэлементов, количество разговоров о солнечной энергетике резко снизилось. И самой обсуждаемой темой стала ветровая энергетика. Это веяние не оставило в стороне и Россию. Государство начало массово спонсировать работы в данной области.

За выданные в качестве научных грантов деньги нужно отчитываться — выступлениями на научных конференциях и статьями в журналах. В результате на российских конференциях ученых-механиков было прочитано гигантское количество скучных докладов об оптимизации формы лопасти ветряков. Пик этой тенденции пришелся, наверное, на 2017 — 2018 годы. Хорошо это или плохо, но дальше теоретических изысканий в России работа над ветряками, как правило, не продвигалась.

К 2018 — 2019 году Китай с большим отрывом обогнал западные страны и в области ветровой энергетики — как по производимой электрической мощности, так и в сфере производства ветряков. Когда это произошло, западные СМИ вдруг заметили, что «король-то голый». А именно: ветроэнергетика обладает большим количеством недостатков. Главные из них — непредсказуемость выработки электроэнергии и невозможность управления этим процессом, а также невозможность хранения выработанной энергии.

Для хранения энергии на промежутке суточного цикла возможно использовать электроаккумуляторы. В частности, Илон Маск продвигает программу создания хранилищ энергии путем использования аккумуляторов утилизируемых электромобилей — расчетный срок службы аккумулятора в полтора-два раза превышает срок службы механизма и корпуса электромобиля. Но как в статистически заметных количествах хранить выработанную летом энергию для использования зимой — пока что никто не придумал. При том что, как правило, зимой выработка энергии ветряками резко снижается.

Другие «внезапно» обнаруженные крупные недостатки ветряков — необходимость перестройки всей системы линий электропередач, без которой невозможно их массовое внедрение. А также необходимость создания резервных мощностей традиционной энергетики для использования в безветренное время (как правило, для этих задач используют газотурбинные электростанции, работающие на природном газе). Отдельно и очень эмоционально экоактивистами обсуждалась тема птиц, убитых лопастями «зеленых» ветряков.

Обо всех этих очевидных недостатках ветряков всегда знали все специалисты. Но ключевые западные СМИ долгое время игнорировали эти проблемы. Громко говорить о них начали (с демонстрацией по телевидению ужасов Техасского энергокризиса зимы 2020–2021 года) только в тот момент, когда было принято решение о том, кто займет место энергетического зеленого всецаря.

Новизну ветряков сменила новизна «водородной энергетики». Ее также называют «водородной экономикой», имея в виду, что ее внедрение потребует коренной перестройки всей энергетической инфраструктуры. Необходимость этого объясняется тем, что свойства водорода сильно отличаются от свойств, например, природного газа. В частности, из-за высокой растворимости в металлах, водород достаточно легко просачивается (диффундирует) сквозь металлические стенки. Этот процесс сопровождается разрушением металлов, их охрупчиванием, ухудшением их механических свойств. Из-за этого происходит быстрое разрушение конструктивных элементов, взаимодействующих с водородом. То есть при попытке транспортировать водород по существующим газопроводам не только потеряется значительная часть энергоносителя, но и произойдет разрушение газопровода.

Для массового внедрения водорода необходима перестройка всей энергетической инфраструктуры, а также сталелитейной и др. промышленностей — для массового выпуска водородоустойчивых изделий.

Во многом ради такой трансформации мировой производственной и экономической системы и затевался переход к водородной энергетике. Западные технические специалисты прямо об этом говорят. Такие страны, как Германия или Япония, не могут играть на поле «классической» энергетики из-за отсутствия крупных нефтегазовых месторождений. «Зеленая» ветрогенерация или солнечная генерация электроэнергии уже технологически освоены Китаем. А вот водородные технологии в Китае пока что массово не освоены. Поэтому потенциально можно заработать на разработке и внедрении нового водородного оборудования, а также на продаже технологий его производства тому же Китаю.

Если существуют большие технические и экономические трудности, то как сторонники «водородной экономики» обосновывают необходимость ее внедрения? Делать это можно только основываясь на идеологических аргументах, сдобренных приправой манипуляции.

Разберемся с манипуляциями. Одна из них — постоянные рассказы о преимуществах водородной энергетики, о том, что «энергоемкость водорода в три раза превышает газ, бензин и дизельное топливо». Действительно, это так. Но только если рассчитывать энергоемкость на единицу массы. А вот если считать энергоемкость по объему — то ситуация меняется. Из-за низкой плотности один килограмм водорода занимает гораздо больше места, чем килограмм бензина. Из-за этого, если сравнивать с бензином при одинаковом объеме топливного бака, автомобиль, заправленный бензином, проедет в разы больше, чем автомобиль, заправленный водородом.

По-крупному, единственное обоснование необходимости внедрения «водородной экономики» — это «зеленая» идеология.

Действительно, при сжигании водорода не образуются парниковые газы и вредные вещества. Кроме того, в сравнении с ветряками водородная энергетика гораздо более стабильная и управляемая. Но какие есть современные способы получения водорода?

В настоящее время около 70% водорода получают из природного газа. Проповедники «водородной экономики» называют такой водород «голубым» — из-за того, что при его производстве выделяется много углекислого газа.

Придумана специальная шкала классификации водорода, основанная на количестве вырабатываемого «углеродного следа». Есть голубой водород, желтый, бирюзовый, зеленый и т. д. Интересно, появится ли серо-буро-малиновый водород?

Но если вся идея основывается на создании «зеленой энергетики», то в чем смысл использовать такой «голубой водород»?

В ряде стран, в том числе в России, ведутся работы по исследованию возможностей создания «зеленого» водорода из природного газа. Делать это предполагается путем сбора и утилизации углекислого газа, возникающего при производстве водорода. Но чудес не бывает. За то, чтобы водород из «голубого» стал «зеленым», приходится платить кратным увеличением его и без того немалой стоимости. То есть вначале вы должны купить газ. Дальше — заплатить за выделение из него водорода. Затем — еще раз заплатить за сбор углекислого газа. Еще раз заплатить за утилизацию углекислого газа. И вновь заплатить за транспортировку водорода.

А с доставкой водорода есть очень большие проблемы. Трубопроводы «Северного потока» были уничтожены не для того, чтобы на смену им пришли трубопроводы «зелено-водородного потока». Возить в Европу или в страны Юго-восточной Азии водород будут на кораблях. Японская IHI Corporation и американская General Electric, проведя совместное изучение вопроса, предлагают делать это следующим образом. Охлаждать водород до тех пор, пока он не станет жидким (около –250 градусов по Цельсию) и перевозить его в жидком состоянии.

Джеффри Голдмер, директор по новым технологиям GE Power, в недавнем информационном бюллетене General Electric, рассказал: «Сегодня в мире есть один корабль, который может перевозить жидкий водород. По сути, это корабль, построенный для демонстрации концепции».

Предположим, что водород будут перевозить через океан в жидком состоянии. Но как его загружать в корабль, как его забирать из корабля в пункте доставки? Конечно, есть криогенные насосы для водорода, разработанные, в том числе, для ракетной техники. Но эти насосы не предназначены для длительного (десятки лет) функционирования; и даже при этом стоят они очень и очень дорого. В итоге стоимость водородной энергии может в десятки раз превышать стоимость энергии, полученной из газа (стоимость зависит от степени «зелености»).

Обо всем этом можно фантазировать в момент, когда нефть на бирже стоит минус сорок долларов. Но в 2022 году разразился глобальный энергетический кризис. Кроме того, Китай продемонстрировал свои успехи в сфере водородной экономики. В том числе — водородный автотранспорт — на Зимней олимпиаде 2022 года. В этих условиях на Западе начались поиски чего-то нового, чего еще нет у Китая, и чего-то более адекватного существующей мировой энергетической инфраструктуре.

Судя по всему, на роль нового короля «зеленой энергетики» оказался выбран аммиак. Теме аммиачной экономики посвящены многочисленные статьи в западных научных журналах. А такие компании, как IHI Corporation и General Electric начали распространять рекламные буклеты с предложением своих услуг в данной области.

В одном из них, от 23 февраля 2023 года, сообщаются следующее:

«Одни из старейших японских энергетических компаний — IHI Corp и GE — будут сотрудничать в разработке технологии использования аммиака в качестве топлива. Цель состоит в том, чтобы к 2030 году некоторые из существующих газотурбинных установок GE могли безопасно сжигать 100% аммиака для сокращения выбросов углекислого газа. Это может в конечном итоге привести к реализации того, что IHI называет «общество аммиака». Аммиак, содержащий водород, станет способом хранения и доставки импортируемой энергии — или тем, что IHI называет «доставкой солнечного света».

GE работает с IHI уже два года, изучая экономику использования аммиака в качестве топлива. GE и IHI, лидер в области технологий сжигания аммиака, договорились разработать программу модернизации оборудования для мощных газовых турбин GE 6F.03, 7F и 9F, которая позволит сжигать в них аммиак.

Переход на новое топливо выходит за рамки реконфигурации турбин на природном газе и влияет на всю энергетическую экосистему. „В General Electric мы продаем клиенту целую систему, электростанцию целиком. И мы должны убедиться, что все системы электростанции работают с аммиаком», — говорит Джеффри Голдмер, директор по новым технологиям GE Power.

Конечно, эта идея сталкивается со многими проблемами. Однако перевозить аммиак легче, чем водород, потому что для превращения его из газа в жидкость требуется охлаждение до температуры всего минус 30 градусов по Цельсию.

Большая проблема — производство аммиака без выделения углекислого газа. Производство аммиака вносит значительный вклад в выбросы углекислого газа в атмосферу. На его долю приходится около 1,3% всех выбросов в энергетическом секторе. Однако можно получать аммиак с помощью электролиза или пиролиза метана, о чем сообщает Международное энергетическое агентство (МЭА). Хотя МЭА заявляет, что эти альтернативные методы могут стоить на 10-100% дороже, то же самое можно сказать и о других технологиях.

„Япония, Сингапур, Южная Корея. Внезапно у нас появилось множество стран, которые задумались о потенциальной важности источников топлива с низким содержанием углерода. И аммиак, основываясь на анализе, проведенном нами и МЭА, кажется рациональным выбором», — отмечает Голдмер».

Что мы видим из проведенного краткого обзора западных «зеленых» энергетических инициатив? Тема солнечной зеленой энергетики доминировала в западных СМИ с 1970-х до 2010 года. Ветряки продержались десять лет. Водород — три года. Сколько продержится новый король «зеленой» энергетики — аммиак?

При ответе на этот вопрос предлагаем учесть выдающиеся коррозионные свойства аммиака. Из-за которых для транспортировки аммиака приходится использовать специальные материалы. Специальным образом формировать из этих материалов изделия — так, чтобы не оставались остаточные растягивающие напряжения. Для ослабления коррозионных свойств в аммиак при транспортировке приходится добавлять такие присадки, как гидразин (крайне токсичное вещество). Всё это приводит к тому, что для транспортировки аммиака невозможно использовать существующие газопроводы природного газа, что подтверждают эксперименты и теоретические исследования западных ученых. Вдобавок при сжигании аммиака выделяются горячие водород и азот, негативно влияющие на металлы, что является дополнительной и достаточно крупной проблемой, стоящей на пути создания «общества аммиака».

В конце концов, сам аммиак — это токсичное вещество, при контакте с которым человек умирает или получает тяжелые увечья. Да, люди научились решать эти проблемы. Но одно дело — перевозить небольшие объемы аммиака для химического производства. Готовить под транспортировку этих объем персонал и оборудование. И совершенно другое — гигантские объемы аммиака, используемого в качестве энергоносителя.

Как на происходящее реагирует Россия? Реагирует она на это в рамках методов и подходов, развитых за последние 30 лет. Летом 2022 года, когда уже полгода шла спецоперация на Украине, а Запад уже начал говорить об отказе от «водородной экономики», в России в рамках «Энергетической стратегии РФ на период до 2035 года», как сообщает «Российская газета», были прописаны следующие целевые параметры. Занять 20% мирового рынка водорода. К 2035 году нарастить потенциальный объем экспорта водорода до 12 миллионов тонн, а к 2050 — до 50 миллионов тонн. На осуществление этих программ выделяются деньги. Ведутся научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы и т. д., которые уже морально устарели.

Одновременно с этим в 2022 году несколько раз «всплывала» тема покупки Россией газовых турбин, произведенных Ираном, страной, сорок лет живущей под санкциями. Вначале СМИ сообщали о том, что будут закуплены 40 турбин (а это очень крупный заказ). Затем опровергали. Затем вновь сообщали о том, что эти турбины будут куплены. Из этих новостей логически следует, что в России газовые турбины не производятся. Как не производятся и мощные турбины для газопроводов — что ярко показала история с турбинами Siemens.

Может быть, хоть на этот раз вместо того, чтобы гоняться за очередным западным призраком «аммиачного общества», профильные ведомства займутся реальным обеспечением импортозамещения, хотя бы в сфере энергетики? Например, производством мощных газовых турбин.