На пути к водороду

Внедрение новых видов энергии давно является одной из основных проблем энергетической области в России и во всем мире. Круглый стол по проблемам водородной энергетики, предлагаемый сегодня Вашему вниманию, составлен по материалам ряда мероприятий, посвященных этому вопросу, – заседания Совета по водородной энергетике РАН, Междисциплинарной дискуссии по проблемам водородной энергетики и пресс-конференции, посвященных результатам выполнения проектов Комплексной программы поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по водородной энергетике и топливным элементам. В упомянутых мероприятиях приняли участие вице-президент РАН академик Г.А. Месяц, генеральный директор национальной инновационной компании «Новые энергетические проекты» член-корреспондент РАН Б.Н. Кузык, вице-президент ОАО «ГМК «Норильский никель» В.А. Пивнюк, генеральный директор Института экономических стратегий, академик РАЕН А.И. Агеев, академик РАЕН, президент Международного института Питирима Сорокина – Николая Кондратьева Ю.В. Яковец, профессор МГУ им. М.В. Ломоносова, академик РАЕН Л.В. Лесков и руководители головных научных организаций РАН, участвующих в реализации программы.

На пути к водороду
"Экономические стратегии", №4-2005, стр. 06-13

Внедрение новых видов энергии давно является одной из основных проблем энергетической отрасли в России и во всем мире. Круглый стол "Экономических стратегий" по проблемам водородной энергетики составлен по материалам ряда мероприятий 2005 г. по этому вопросу – заседания Совета по водородной энергетике РАН, Междисциплинарной дискуссии по проблемам водородной энергетики и пресс-конференции по результатам выполнения проектов Комплексной программы поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по водородной энергетике и топливным элементам. В упомянутых мероприятиях приняли участие вице-президент РАН академик Г.А. Месяц, генеральный директор Национальной инновационной компании "Новые энергетические проекты" член-корреспондент РАН Б.Н. Кузык, вице-президент ОАО "ГМК "Норильский никель"" В.А. Пивнюк, генеральный директор Института экономических стратегий, академик РАЕН А.И. Агеев, президент Международного института Питирима Сорокина – Николая Кондратьева, академик РАЕН Ю.В. Яковец, профессор МГУ им. М.В. Ломоносова, академик РАЕН Л.В. Лесков, руководители головных научных организаций РАН, участвующих в реализации программы.

Месяц Геннадий Андреевич,
вице-президент РАН, академик

Сегодня мы подводим итоги первого этапа работы в рамках водородного проекта. Участие в нем принимают Российская академия наук – 44 академических научных организации, а всего 118 научных институтов, – компания "Норильский никель" и новая компания, которую возглавляет Борис Николаевич Кузык. Российская академия наук и "Норильский никель" создали совместный научный совет. На сегодняшний день мы вместе с субподрядчиками выполнили 85 проектов. Все эти разработки, как и предполагалось, основаны на новых технологиях – нанопорошках, нанопленках, методе имплантации и т.д. Эта работа строилась таким образом, что было пять головных организаций – это академические институты – и первый год у нас изначально считался годом экспериментальным. Сейчас, когда первый этап пройден, некоторые работы будут продолжаться в режиме фундаментальных исследований. Уже есть наработки, которые должны быть коммерциализированы, но, поскольку у Академии наук нет своих заводов, своих конструкторских бюро, они не могут выполняться в рамках РАН.

Кузык Борис Николаевич,
генеральный директор национальной инновационной компании "Новые энергетические проекты"

Впервые в истории России мы переходим к реализации масштабного национально-инновационного проекта. Всего в масштабах страны подобных приоритетных проектов может быть несколько: в Соединенных Штатах их четыре, в Европе три, в Японии четыре. Полагаю, что в России в инновационной сфере будет от силы три-четыре таких проекта. Наш проект имеет шанс стать национальным приоритетом номер один. Почему? Несколько лет назад Президент России четко сформулировал национальные приоритеты в сфере науки. Это возобновляемые и нетрадиционные источники энергии, нанотехнологии и материаловедение, технологии живых систем, биотехнологии, информационные технологии, технологии безопасности и экотехнологии. Дело в том, что водородный проект включает в себя и материаловедение, и нанотехнологии, и технологии живых систем, и информационные технологии, и, безусловно, экотехнологии, технологии безопасности. Это тот приоритет, о котором говорилось, но он не назывался напрямую, его надо смоделировать, создать под руководством РАН.

Российская академия наук в водородном проекте играет роль интегрирующего начала. Научный совет, который возглавляет вице-президент РАН, академик Г.А. Месяц, вырабатывает стратегию и механизм его реализации. Сегодня на всех уровнях одобрено создание национальной инновационной компании. Перед нами стоят три проблемы. Первая – оперативное управление процессом реализации стратегии национальной программы по схеме, которую я назвал: совет, компания, институты РАН, промышленные предприятия. В будущем возможен выход на международные технологические альянсы и глубокое проникновение в двенадцать отраслей промышленности.

Вторая – задача, которую еще не решали в России, а в Советском Союзе она просто не стояла. Это формирование национальной программы водородной энергетики с последующим превращением ее в национальную программу водородной экономики. Национальная программа водородной энергетики, которую предстоит разработать РАН, национальной инновационной компании совместно с Администрацией Президента и Правительством России, скорее всего, будет рассчитана до 2050 г. Сегодня практически готова концепция и идеология программы, идет ее серьезная методологическая, теоретическая, практическая проработка. Думаю, что в течение этого года будет создан первый макет национальной программы.

Третья проблема, о которой я хотел сегодня сказать, вытекает из послания Президента РФ. Это развитие партнерства государства и частных предприятий. Два с половиной года назад Ю.С. Осипов и Г.А. Месяц выдвинули идею создания такого партнерства. Она была одобрена Президентом России, и сегодня сотрудничество "Норильского никеля" и Российской академии наук уже приносит свои плоды.

Конечно же, предстоит еще многое сделать. По сути, необходима модель инновационной экономики России, но ее нельзя создавать абстрактно в отрыве от конкретных проектов – водородного, проекта инновационных технологий министра Л.Д. Реймана, а также тех направлений, которыми занимается академик Ж.И. Алферов. Я полагаю, что на базе таких прорывных программ и будет формироваться новая, инновационная среда развития государства Российского. И у государства, и у бизнеса достаточно для этого средств. Принципиально важно создать адекватный механизм использования этих ресурсов, которые в основном должны быть российскими.

Пивнюк Владимир Алексеевич, вице-президент
ОАО "ГМК "Норильский никель""
Комплексная программа по водородным технологиям ориентирована на создание прорывных технологий – топливных элементов, возобновляемых источников энергии, критических элементов будущей водородной инфраструктуры. Как сказал Геннадий Андреевич, эта работа проводилась в основном силами академических институтов, которые имеют серьезный научно-технический и технологический задел в этой области. Кроме того, в этих работах участвовали государственные научные центры, а также ряд научных частных центров, конструкторских бюро и несколько вузов – МГУ, Химический университет имени Менделеева, Санкт-Петербургский университет и другие. Мы с удовлетворением подвели итоги первого этапа: порядка 70% идей и новых научных разработок имеют перспективу рыночной коммерциализации. Уже сейчас можно создавать опытно-промышленное производство. Поскольку академические институты не занимаются этими вопросами, было принято решение о создании специальной инновационной компании, которую возглавит, уже было сказано, Борис Николаевич Кузык, имеющий значительный опыт организации разработки инновационных проектов, особенно в сфере создания систем вооружения, а это наиболее сложные и емкие проекты. По сравнению с ними проекты в рамках водородной технологии не очень сложны. Сложность состоит в другом: за последние десять лет наша промышленность превратилась в инновационно невосприимчивую. Поэтому придется создавать несколько принципиально новых производств, связанных с такими составляющими водородных технологий, как газодиффузионные слои, низко- и высокотемпературные твердополимерные мембраны и твердооксидные топливные элементы. Задачей новой кампании является создание уже в этом году нескольких демонстрационных образцов электрохимических стационарных энергетических установок и нескольких вариантов портативных топливных элементов.

Агеев Александр Иванович, генеральный директор
Института экономических стратегий РАН

Для успеха водородного проекта сегодня важны не только новые инженерные, но и управленческие решения. Поскольку проект имеет очевидно общенациональный размах, есть смысл обратиться к опыту реализации подобных программ в ядерной сфере.

В частности, любопытен круг вопросов, обсуждавшихся в 1940 – начале 1941 г. Прежде всего озабоченность вызывала стоимость проекта. Правда, академик А.Е. Ферсман резонно заметил, что в советском государстве вопрос стоимости не является главным. Вторая проблема касалась форм государственной поддержки.

Понятно, что государство в лице наркомата цветных металлов и геологической комиссии занималось ураном, но у этих субъектов были абсолютно другие приоритеты. Ситуация типична и для нашего времени! И еще одна особо важная проблема, которой было посвящено не одно заседание, – организационная неразбериха: кто за что отвечает, кто кому предоставляет уран, кто выделяет деньги, кто собирает отчеты и т.д. Подобная обстановка сохранялась до конца 1942 г. Впрочем, стоит вспомнить, что в дни, когда завершалась подготовка к контрнаступлению под Сталинградом, был создан учебный центр для будущей ядерной индустрии – знаменитый МИФИ. Так или иначе, только в конце войны в управлении ядерным проектом был наведен порядок. Ему был придан высший управленческий статус, куратором назначен Берия. Через четыре года был осуществлен взрыв советского атомного изделия – РДС. В обиходе эта аббревиатура расшифровывалась как "русские делают сами".
Таким образом, можно сказать, что в состоянии водородного проекта нет ничего нового. То же самое у нас происходило практически со всеми крупномасштабными прорывными программами ХХ в. – и с планом ГОЭЛРО, и с созданием уральской военно-промышленной базы, и с ракетно-космическим проектом. Мы обречены на то, что неразбериха, неясность с государственным участием, с координацией деятельности, с финансированием будет сопровождать стартовую фазу.

Второе: что делают в мире, прежде всего в США, в рамках водородной темы? Дискуссии по водородной проблематике в Соединенных Штатах приобрели острейший политический подтекст, очень эмоциональны, сугубо геополитичны и рассматриваются как в высшей степени важные. В чем их смысл? В том, что американское общество в принципе не желает зависеть от нефти, но американские автомобильные производители и нефтяные корпорации, конечно же, не пойдут на какую-то радикальную смену инфраструктуры источников питания, топлива, пока нефть не станет чрезмерно дорогой. Пятьдесят долларов за баррель – это не тот уровень, который заставит испугаться компании. Хотя они, в свою очередь, ведут перспективные научные разработки, создают стратегические планы на 50 лет вперед, пока ценовой коллапс не ударит по мировой экономике, никакого серьезного сдвига в структуре источников энергоснабжения не будет. Не случайно проведенный американцами анализ попыток заниматься водородным проектом, имевших место после известного кризиса 1973 г., показал весьма любопытную картину. Так, во всех ведущих ведомствах США были образованы специальные комиссии. Нефтяным шоком вплотную занимался бизнес, шумела общественность и т.д. Однако запала хватило на пару лет. Как только цены поползли вниз, тут же в конгрессе, в бюджетных комитетах стали раздаваться голоса, требовавшие прекратить транжирить деньги на сомнительные водородные забавы, и энтузиазм сошел на нет.

Второй нефтяной кризис, начала 1980-х гг., возродил интерес к водороду. И снова на два года, и снова все это погасло. Таким образом, водородный проект уже 30 лет разрабатывается в США, но как системная, макроэкономическая программа изменения технологического и энергетического уклада решается наскоками. В настоящее время можно видеть новое обострение интереса. Коллизия сводится к следующему: либо американцам придется увеличить импортные поставки нефти, что невозможно при нынешнем раскладе, либо надо сокращать потребности, что тоже невозможно, потому что американское общество не приемлет резкого падения благосостояния. Предложения сводятся к тому, чтобы, во-первых, законсервировать имеющиеся внутренние запасы нефти на случай глобальной катастрофы, приготовить их к разработке. И второе – это альтернативные источники. Однако водород в лучшем случае лет через сорок достигнет процентов 30 в топливном балансе.

Это огромная величина, это и есть суть революции, но в ближайшие 100 лет он не заменит полностью другие источники энергии. Тем не менее 30% – это серьезный аргумент. Кроме того, в основе геополитической устремленности США на Россию лежит то, что с нашими сравнительно небольшими удельными весами в мировом нефтяном балансе мы критически важны на случай катастрофы, когда цена на нефть сравняется с ценой за водородное топливо.

У России совершенно другие проблемы. Во-первых, в ближайшие десять лет наше нефтяное лобби вряд ли станет активным участником этой водородной игры, потому что ценовая конъюнктура благоприятна для нас, и надеяться на то, что нефтяные корпорации добровольно согласятся заменить бензин водородным топливом, трудно. Проблема вторая – автомобилестроители. Понятно, что для них производство нового поколения автомобилей – задачка не очень простая, капитальных усилий с их стороны ожидать не приходится. Общественность же еще не настолько изнурена высокими ценами на бензин, чтобы думать об этом всерьез. Поэтому остается лишь один субъект, который может принять стратегическое решение и сделать принципиальный выбор. Это государство.

У нас все еще есть время на то, чтобы спокойно, без истерик и напряжения создать водородную программу и привлечь в проект пока живые организации, занимавшиеся теми или иными аспектами водородной тематики. Для этого требуется всего-навсего три вещи. Вещь первая – консолидация всех, кто этим занимался. А при условии творческого подхода со стороны государства все можно решить достаточно быстро даже без стимулов имени Берии.

Второй принципиальный момент связан с пониманием природы управления проектом. Очевидно, что управляющий игрок должен быть на уровне государства, но, учитывая глобальные тенденции, понятно, что это может быть игрок квазигосударственный, то есть некая корпорация, скажем с государственным участием, которая взяла бы на себя задачу организации проекта. Целевых установок в проекте много: производство топливных элементов, стимулирование производства автомобилей с водородными элементами для питания, создание инфраструктуры и другие. В США, например, около двухсот тысяч автозаправочных станций, и сейчас американцы размышляют над тем, каким образом заставить их владельцев создать параллельные установки для заправки водородным топливом. Ставится задача: через определенный срок 30% заправок должны иметь такие установки.

Третий блок вопросов – где изыскать деньги. Есть решения, которые лежат на поверхности и которые нас почему-то пугают. Например, американцы говорят о том, что можно совершенно спокойно сформировать государственный заказ на закупку двигателей для вооруженных сил в рамках федеральной контрактной системы. Есть еще пожарная служба, скорая медицинская помощь, и все это в рамках муниципального или федерального заказа.

Через сугубо административные решения, через квоты можно влиять на структуру государственного спроса на водород. Отдельно обсуждается тема водородных облигаций. Речь идет о том, чтобы граждане могли участвовать в финансировании проекта. Сегодня для нас очень важно, чтобы российские лидеры проявили решимость в реализации этой программы, чтобы они наконец поняли: риски неучастия государства в этом проекте выше, чем риски от любых ошибок в процессе его развития.

Яковец Юрий Владимирович, президент
Международного института Питирима Сорокина – Николая Кондратьева

С начала XXI в. в авангардных странах развертывается крупнейший научно-технологический переворот, связанный с переходом к постиндустриальному технологическому способу производства, становлением шестого технологического уклада, который будет определять конкурентоспособность товаров и услуг на мировых рынках в 20-50-е гг. XXI в. (рис. 1).

Рисунок 1. Долгосрочный прогноз динамики структуры глобального потребления первичных энергоресурсов

Источник: Международное энергетическое агентство.

Одним из базисных направлений шестого уклада является переход от ископаемого (нефтегазового для пятого уклада) топлива к возобновляемым источникам энергии, и прежде всего к водородному топливу и топливным элементам (рис. 2).

Рисунок 2. Сценарий интенсивного использования возобновляемых источников энергии

Источник: Geni. San Diego.USA//Global energy Neturesle International. 2001. № 4.

В 2002 г. я был на Всемирном саммите по устойчивому развитию в Йоханнесбурге, участвовал в пленарном заседании по энергетике. Там центральной проблемой был переход на альтернативные источники энергии, но тема водородной энергетики особенно не звучала. Буквально за последние два года эта проблема заняла центральное место в энергетической политике ведущих стран мира. В научном плане проблему перехода к водородному топливу начали разрабатывать с 1974 г., сразу после энергетического кризиса. Тогда была создана Международная ассоциация по водородной энергетике. Сегодня издается журнал, каждые два года проводятся мировые конгрессы.

СССР активно участвовал в этом проекте. Им занимались академики М.А. Старикович, В.В. Струминский, В.А. Легасов, Институт атомной энергии им. И.В. Курчатова; в Донецке была создана проблемная лаборатория. Однако в 1990-е гг. работа прекратилась, и лишь с 2003 г., после того как ГМК "Норильский никель" заключил с Российской академией наук соглашение, предусматривающее выделение 40 млн долл. на развитие этих исследований, они вновь развертываются. Прошел ряд научных конференций по этой проблеме. Выяснилось, что первый в мире автомобиль с водородным двигателем был создан в блокадном Ленинграде воентехником Б.И. Шелищем. Сейчас его сын в Государственной думе возглавляет Российскую национальную ассоциацию по водородной энергетике.

Пришло время сделать стратегический выбор. Либо Россия окажется на периферии глобального технологического переворота, будет пользоваться тем, что сделано за рубежом, либо выберет водородную энергетику в качестве ядра долгосрочной энергетической стратегии. По сути дела, сейчас идет речь о водородной экономике и даже о водородной цивилизации. Я думаю, с цивилизацией немножко увлеклись, а что касается экономики, то она действительно зависит от структуры энергосектора. Это не только разведка, добыча, переработка и транспортировка первичных энергоресурсов, но и потребление энергии, как в сфере производства, так и в жилищно-коммунальном хозяйстве.

Это действительно глубокий переворот. Подобно тому как в свое время электрификация была сердцевиной третьего технологического уклада и долгосрочной экономической политики, водородная энергетика станет ядром, сердцевиной технологического переворота, который сейчас происходит в авангардных странах, а затем охватит всю мировую экономику. Вопрос в том, окажется ли Россия в третьем эшелоне этого инновационного прорыва или сумеет войти в число его лидеров.
Президент США Джордж Буш поставил задачу перехода к водородной энергетике. На эту национальную программу выделяется 1,7 млрд долл. из госбюджета, в еще больших масштабах будет привлечен частный капитал. Создана система управления программой. Наибольшее впечатление на меня произвела программа Европейского союза – европейская платформа в области водородного топлива и водородных топливных элементов. Она во многом напоминает план ГОЭЛРО: все этапы на этом пути расписаны на 50 лет вперед, выделяются бюджетные средства – порядка 2 млрд евро, – планируется обучение и пропаганда. Очень серьезные программы в Японии и в Германии. Исландия собирается к 2020 г. целиком перейти на водородную энергетику. Стремительно развертывается глобальный переворот. Или мы его проспим и опять окажемся где-то в хвосте, или должны принять в нем активное участие.

Положение в российском энергосекторе критическое (рис. 3). Хотя по производству первичной энергии на душу населения Россия превышает среднемировой уровень в 5 раз, по потреблению – в 2,6 раза, а доля топлива в экспорте в 8 раз больше среднемировой, но энергоэффективность у нас составляет всего 38% от мирового уровня, а выбросы СО в 2,6 раза выше мирового уровня. Следует учитывать, что мы быстро отрабатываем разведанные запасы нефти и газа и медленно их пополняем: в прошлом году добыли 400 млн т нефти, а разведанных запасов восполнили только 300. По сути, страна сидит на нефтегазовой игле. Нужно радикально перестраивать структуру энергосектора, разрабатывать программу по водородной энергетике.

Рисунок 3. Прогноз динамики роста ВВП и энергопотребления России на период до 2020 г. и по отношению к уровню 2000 г.

Источник: Экономические стратегии. 2003. № 6. С. 47.

Какая это должна быть программа? Возможны два варианта. Один – очередная федеральная целевая программа, каких в Минэкономразвития более полусотни. Но участь таких программ печальна: ни одна из них серьезного прорыва обеспечить не смогла, да и ответственности за их выполнение никто не несет. Поэтому мы за другой вариант – за разработку и реализацию национальной научно-инновационной программы на период до 2050 г.

Лесков Леонид Васильевич, академик РАЕН

Среди разных определений современной цивилизации есть и такое – автомобильная цивилизация. Но автомобили – это колоссальное загрязнение окружающей среды. Вторая проблема – близкое исчерпание запасов углеводородного топлива, прежде всего нефти. По оценкам специалистов, 2030 г. – это тот рубеж, когда мир почувствует острую нехватку нефти, которая, кроме прочего, является сырьем для химической промышленности. Не будет нефти – остановится производство многих продуктов, без которых нам придется плохо.

Чем же можно заменить нефть? Лауреат Нобелевской премии академик Ж.И. Алферов утверждает, что будущее энергетики – это фотоэлектрические преобразователи солнечной энергии. Они действительно хороши там, где много солнца, но в нашей холодной северной стране от них мало пользы. Кто будет зимой очищать от снежных заносов солнечные батареи большой площади? Кроме того, они дают постоянный ток очень низкого напряжения. Для его промышленного использования потребуются дорогостоящие преобразователи. Да и сами солнечные преобразователи пока очень дороги. И, пожалуй, главное – на российских дорогах на автомобиль их не поставишь.

Остается ядерная и термоядерная энергетика. Но АЭС дает только электроэнергию, к транспорту это имеет мало отношения. Кроме того, атомная энергетика опасна. Ситуация может измениться, когда освоят реакторы на быстрых нейтронах, но это пока дело будущего. Что касается термояда, то его время не наступит ранее второй половины XXI в.

На что же нам надеяться? Приоритетным направлением должна стать водородная энергетика. Здесь много преимуществ. Во-первых, экологическая чистота: отходы – это вода. Исходное сырье – опять же вода. Второе: запасы воды у нас практически ничем не ограничены. Но, разумеется, есть и проблемы. Прежде всего – дороговизна производства водорода. Правда, для этого можно использовать ночное время на АЭС и ГЭС, когда потребление электроэнергии падает. Второе – хранение водорода. Но и здесь имеется хороший технологический задел. Есть немало ценных идей и технических предложений, реализация которых позволит успешно решить эту проблему. Третье – безопасность: в смеси с кислородом водород образует гремучий газ, который взрывается от малейшей искры. Значит, потребуется разработать строгие правила безопасной эксплуатации водородных двигателей.

И, наконец, еще одна проблема – создание самого двигателя. Но вряд ли здесь будут принципиальные сложности, да и сделано в этой области уже много. На космических кораблях давно используются такие двигатели. На нашем "Буране" в качестве источника электрической энергии служили топливные батареи, а сырьем в них был водород. На Западе развернуты работы по освоению автотранспорта с водородным двигателем. Капитаны западной промышленности поняли: будущее – за водородной энергетикой.

А что происходит у нас? В правительственных кругах бытует точка зрения: чего нет, того и не надо. У нас, слава тебе господи, есть нефтяная игла, которая надежно дает треть вложений в бюджет. Но эта игла не будет существовать вечно. Я уже называл death line для нефти – 2030 г. Наши нефтяники называют более ранний срок – 2015-2020 гг. Что нужно сделать, чтобы еще ненадолго продлить нынешнее псевдоблагополучие? Надо проводить разведку новых месторождений, осваивать их, обновлять технику, строить нефтепроводы. Чтобы сохранить конкурентоспособность на мировом рынке нефти, нам потребуется до 2015 г. вложить в нефтяную отрасль 150 млрд долл., то есть 1,5 млрд ежегодно. А что будет после 2015 г., когда нефть все равно начнет иссякать? Ничего хорошего.

Умные люди, определяющие инвестиционную стратегию на Западе, давно усвоили эти азы и ориентировали свою технологическую политику на освоение водорода. По техническому заделу Россия от них не отстала. Она отстает в другом: в мудрости и ответственности тех, от кого зависит принятие стратегически верных решений. Видимо, кого-то устраивает окончательное превращение России в сырьевой придаток развитых стран. Но те, кому дорога судьба страны, думают иначе. Нужен пресс общественного мнения, который заставит наших уважаемых decision makers – принимающих решения – делать это точно и правильно.