Водородная энергетика: воспоминания о будущем

Статья посвящена истории создания Национальной инвестиционной компании «Новые энергетические проекты», а также области ее деятельности в настоящее время — в частности реализации водородного проекта.

Елена Моргунова
Водородная энергетика: воспоминания о будущем
"Экономические стратегии", №07-2006, стр. 26-35

Моргунова Елена Валериевна — журналист.

Сколько стоят инновации?

Инвестиции ведущих мировых компаний в исследования и разработки (Research & Development) повышают их капитализацию и в перспективе обеспечивают конкурентоспособность. Опираясь на данные еженедельника Business Week, российские ученые просчитали среднее отношение расходов американских компаний на R&D к их прибыли в 1993 г. В отчет попали компании с ежегодными продажами, превышающими 75 млн долл. и расходами на R&D не менее чем 1 млн долл. Исследование показало, что компании хотят тратить на приобретение плодов своих собственных R&D- отделов где-то в диапазоне от 25 до 33% прибыли. Почему же российский бизнес, в отличие от западного, так несмело инвестирует в собственное будущее?

Дело тут не в дефиците средств. С одной стороны, компании пока не имеют такого опыта, с другой – российская наука не всегда способна предложить своевременное и эффективное решение всего комплекса вопросов, связанных с инновациями. Государство, заинтересованное в формировании новой экономики, остается в стороне, видимо надеясь, что рынок сам подскажет эффективные решения и подтолкнет успешный бизнес к созданию высоких технологий. Крупные процветающие компании ищут пути развития производств, но в этих условиях им удобнее покупать готовые западные технологии. Внедрение собственных инновационных продуктов – процесс трудоемкий и затратный; он требует талантливых, нетривиальных решений.

Одним из ярчайших примеров поиска таких решений является водородный проект, инициированный в декабре 2003 г. горно-металлургической компанией "Норильский никель". "Россия потеряла статус ведущей экономической державы, – сказал тогда гендиректор "Норникеля" М.Д. Прохоров. – Сегодня мы находимся во второй десятке развитых стран и при этом серьезно зависим от экспорта. Я считаю, что в этих условиях перспектива дальнейшего развития связана именно с высокими технологиями".

Предыстория

Все началось в феврале 1999 г. Гендиректор "Норильского никеля" Д.Т. Хагажиев и управляющий делами В.А. Пивнюк обсудили с руководством РКК "Энергия" вопрос о возможности использования в Норильске автономных энергоустановок с электрохимическим генератором (ЭХГ) в связи с большими потерями тепла (до 30-40%) при передаче его от ГРЭС потребителям над землей. Бригада, в состав которой вошли технические специалисты и руководители ряда подразделений РКК "Энергия", отправилась в Норильск, чтобы познакомиться с условиями работы энергетических систем. Были подготовлены предложения, состоялось несколько встреч технических специалистов обеих компаний. Однако переговорный процесс не был доведен до конца. Причиной, видимо, было то, что в 2001 г. топ-менеджеры "Норильского никеля" не были готовы вкладывать деньги, они занимались сбором информации, систематикой, изучением рынка. Но расставаться с привлекательной идеей руководство "Норникеля" не собиралось. Являясь крупнейшим в мире производителем палладия и металлов платиновой группы, "Норникель" искал им наиболее эффективное применение. Использовать эти металлы в качестве основных катализаторов для химического производства слишком дорого, рынок ювелирных изделий тоже вызывал сомнения, остановились на технологиях добычи энергии из водорода. Водород любит платину и палладий, они обладают свойствами адсорбировать водород в достаточных количествах, а потом позволяют проводить электрохимические реакции преобразования его в электричество. В отличие от теплового горения, эта реакция упорядочена с точностью до электронов, протонов и ионов, а потому обладает высоким КПД. Кроме прочего, она экологически чистая, ведь продуктом реакции является обыкновенная вода. "Норникель" начал изучать российский научно-технический потенциал в этой сфере.

От космических кораблей и подводных лодок…

Со школьной скамьи все помнят крылатую фразу Д.И. Менделеева о том, что сжигать нефть – все равно что растапливать печь ассигнациями. Прошло около ста лет, но человечество до сих пор по-варварски неэффективно использует природные богатства, загрязняя продуктами сгорания атмосферу и нарушая экологическое равновесие Земли. Поэтому поиск альтернативных источников энергии – естественная потребность человека.

Поразительно много времени требуется цивилизации, чтобы накопить достаточно информации и перейти к более совершенным методам получения энергии. Природный газ и нефть – углеводороды, а значит, водород можно отщеплять от углеродного скелета электрохимическим способом непосредственно перед входом в топливный элемент. Однако углеводородное топливо имеет некий предел запаса в природе. Поэтому следующий наиболее перспективный вариант, который позволит человечеству обеспечить себя энергией на тысячи лет, – это атомная энергетика. Сейчас она используется не так широко, на атомных электростанциях производится примерно 5-7% энергии. Но в перспективе процентное соотношение будет меняться. Летом этого года на Совете по научному руководству и координации НИОКР по водородной энергетике и топливным элементам обсуждался вопрос о строительстве атомных станций, на которых предусмотрено крупномасштабное производство не только электроэнергии, но и водорода. Высокотемпературные электролизные установки атомных станций будут разлагать воду на водород и кислород, которые затем можно будет доставлять потребителям удаленных от реактора районов практически без потерь.

Если говорить о других возобновляемых источниках энергии, то оказывается, что проблема солнечной и ветровой энергетики – в создании эффективных энергоносителей для накопления энергии. В Институте высоких температур РАН в 2004-2005 гг. был разработан программный продукт, позволяющий рассчитать оптимальную энергоустановку на основе солнечно-ветровой энергетики с водородным циклом для каждой точки земного шара. Электролизер, работающий от солнечной или ветровой энергии, превращает воду в водород и кислород, которые накапливаются в соответствующих системах, а далее, когда нет солнца и ветра, их можно использовать в электрохимических генераторах, чтобы обеспечить непрерывную подачу энергии. Получается, что хотя водород и не является первичным источником энергии, но может стать универсальным энергоносителем, позволяющим наиболее эффективным способом построить системы энергоснабжения и объединить в единый комплекс производство, транспортировку, аккумулирование и использование энергии различными потребителями.

Интенсивное развитие водородной технологии в России началось в середине 1970-х гг. Две отраслевые школы, которые возглавляли Ю.Л. Голин (Завод электрохимических преобразователей Уральского электрохимического комбината) и член-корреспондент РАН Н.С. Лидоренко (основатель и руководитель головного научного центра страны ВНИИТ-НПП "Квант" по системам космической электроэнергетики), соперничали между собой. Чтобы они не теснили друг друга на узком рынке топливных элементов (ТЭ), руководство страны приняло решение разделить эти направления. Екатеринбуржцы стали заниматься космосом, а "Квант" – энергоустановками для подводных кораблей. Первые топливные элементы, которые удалось применить в техническом устройстве, были сделаны с жидким щелочным электролитом. Работали два завода по производству топливных элементов – Уральский электрохимический комбинат под Екатеринбургом и Научно-производственное объединение "Квант" в Краснодаре. Задел по топливным элементам, существовавший в России в 1980-е гг., был значительно выше мирового уровня. Но начались перестроечные процессы, многие производства были ликвидированы. Из полутора тысяч специалистов, работавших в сфере водородных технологий, осталось чуть более ста. Поэтому, когда руководители "Норникеля" начали искать людей, которые справятся с задачей создания топливных процессоров и топливных элементов, отраслевой науки уже практически не существовало. Решили обратиться к ученым РАН.

5 декабря 2003 г. состоялось совещание, на которое были приглашены представители академических институтов, отраслевых производств (типа РКК "Энергия"), Центра Келдыша, Курчатовского института, Физико-энергетического института и других, из всех уголков России. В декабре же была подписана Комплексная программа поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ в области водородной энергетики и ТЭ.

По сусекам

Вообще говоря, уже на первом этапе сотрудничества ГМК "Норильский никель" и РАН была поставлена задача: базируясь на отечественных материалах, добиться прорывных решений в области создания водородных технологий.

Однако результат отличался от того, чего ожидал инвестор. Кто допустил просчет и в чем он заключался? Видимо, каждый участник проекта понял его цели и задачи по-своему. Не было проведено подготовительной работы, инвентаризации потенциальных возможностей. Романтики-ученые восприняли олигархов как меценатов, готовых финансировать "прикосновение к тайнам". Академические ученые от реального железа находились, находятся и будут находиться весьма далеко. Это не их зона. Они сотворят идею, откроют закон, изучат его фундаментальные основы, а реальное производство им неинтересно. Другой менталитет. Ученые залезли в корзинки, выпустили привычные для них отчеты.
Если покопаться в этих документах – а они все сохранились, – то можно обнаружить, что на первом этапе работы по проекту "Водородная энергетика и топливные элементы" возникало немало проблем. Многие из анализировавших причины произошедшего указывали на слабое управление проектом. "В ходе программы выстроились длинные цепочки: "Норникель" – Президиум РАН – головная организация (у нас в Питере – Президиум СПб. НЦ РАН) – организация-исполнитель (скажем, Физтех) – организации-соисполнители, – комментирует ситуацию директор Физико-технического института им. А.Ф. Иоффе РАН д.ф.-м.н. А.Г. Забродский. – Сбои в организации финансирования и отчетности в таких длинных схемах привели к тому, что продвижение денег, равно как и возникающих вопросов, происходило крайне медленно, обратная связь была затруднена. Например, мы сталкиваемся с проблемой на месте, обращаемся в СПб. НЦ РАН, он – в Президиум РАН, те пытаются решить проблему с руководством компании "Норникель". В итоге на многочисленные согласования ушло много рабочего времени. Ситуацию усугубляло то, что организации, заказавшие необходимое для выполнения своих проектов оборудование, не смогли вовремя получить его (иногда оно приходило уже после окончания работ). Причина этого – в налогообложении закупаемого для институтов оборудования, которое, согласно Налоговому кодексу РФ, считается их прибылью. На приобретение техники были запланированы значительные средства, и, соответственно, размер налога, который должен был заплатить "Норникель", исчислялся серьезной суммой. Попытки "отбиться" от налога не увенчались успехом, но потребовали известного времени. Тем не менее компания хотя и с задержкой, но выполнила взятые обязательства по закупке и поставке оборудования".

В итоге на "притирку" в творческом союзе РАН и "Норникеля" потребовался год и 30 млн долл. Несмотря на это, сотрудничество "Норникеля" и РАН было продолжено. Свести к минимуму издержки первого года должна была новая бизнес-структура, взявшая на себя функцию управления проектом.

Дочка управляет

Так весной 2005 г. появилась на свет дочерняя компания "Норникеля" – Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" (НИК НЭП), которую возглавил энергичный, стратегически мыслящий человек, член-корреспондент РАН Б.Н. Кузык, а его первым заместителем назначен вице-президент "Норникеля" В.А. Пивнюк, имеющий огромный опыт работы в области применения водородных технологий в космических аппаратах, человек системно мыслящий и работоспособный.

Сразу же после создания компании НИК НЭП ее руководство занялось своего рода "инвентаризацией": весной – осенью 2005 г. посетило ведущие профильные академические институты и предприятия в Москве и Подмосковье, в Санкт-Петербурге, на Урале и в Сибири, непосредственно ознакомилось с состоянием работ, оборудованием и специалистами, провело с ними десятки рабочих встреч и совещаний. Разработанная компанией новая управленческая и инвестиционная схема позволила упростить работу со сложным государственным аппаратом; оборудование, закупленное в собственность НИК НЭП с последующей передачей его институтам во временное пользование, не облагалось дополнительным налогом. "Выполнение проекта стало возможным благодаря четкой и принципиальной позиции научно-технического Совета и менеджеров компании НИК НЭП, – говорит заведующий лабораторией физической химии полимеров в Институте элементоорганических соединений РАН, заведующий кафедрой физики полимеров и кристаллов физического факультета МГУ академик РАН А.Р. Хохлов. – Были полностью удовлетворены наши потребности в оборудовании и материалах. Перечисление денег проходило практически всегда в срок, сразу после приемки отчета, причем при необходимости сдвигались сроки выполнения этапов работы и закупались дополнительные материалы".
По направлениям научно-технического поиска также была выстроена хорошо продуманная вертикаль принятия решений. Стратегические вопросы обсуждаются на Совете по научному руководству и координации НИОКР по водородной энергетике и топливным элементам Российской академии наук и "Норильского никеля". Совет собирается раз в полгода для обсуждения итогов и определения общего направления работ по проекту "Водородная энергетика и топливные элементы".

Вторым уровнем принятия решений занимается Научно-техниче-ский совет компании НИК НЭП, куда входят эксперты – представители институтов, предприятий, конструкторских организаций. Собираясь раз в месяц, они обсуждают развитие перспективных направлений по проектам.

Следующий уровень еще только выстраивается. Это будет система координационных советов по узким направлениям. Сейчас функционирует только один координационный совет по мембранным электронным блокам, который возглавляет академик РАН А.Р. Хохлов. На заседаниях этих советов специалисты будут обсуждать технические решения по ключевым элементам водородной техники.

С созданием НИК НЭП изменилось и само осознание задач. "На втором этапе программы они носили принципиально отличный, более конкретный и прикладной характер, – рассказывает А.Р. Хохлов. – В течение года нам было предложено создать технологию сборки мембранно-электродных блоков (МЭБ) для среднетемпературных топливных элементов, причем исключительно на основании отечественных материалов. Проблема весьма сложная. Оптимизм внушал тот факт, что в нашем распоряжении имелась мембрана, обладающая заданными свойствами, а также колоссальный опыт сотрудников нашего института и Института физической химии и электрохимии, наших соисполнителей по проекту. Сейчас, по истечении года, можно сказать, что выполнение проекта нам удалось, поскольку изготовленные нами МЭБ показывают характеристики, отвечающие требуемым параметрам".

Результаты второго этапа работ в виде конкретных работающих моделей регулярно демонстрируются на выставках.

Здесь, видимо, уместно сказать о позиции руководства в области стратегических приоритетов развития и страны, и бизнеса. Генеральный директор НИК НЭП Б.Н. Кузык: "Направление развития России может быть только одно – в русле высоких технологий, в сторону интеллектуального бизнеса. Перераспределять ренту внутри страны – занятие нехитрое, это задача на сегодня. Наша цель – вывести Россию на перераспределение интеллектуальной ренты в мире".

И эти слова подтверждаются делом. Весной 2006 г. руководство НИК НЭП совместно с инвестором приняло решение создать инжиниринговый Центр водородной энергетики. А осенью здесь уже расположилась постоянная экспозиция. "Вкладывая деньги в развитие серьезных исследований в области водородной техники, мы (НИК НЭП) поставили перед всеми нашими партнерами условия по патентной чистоте и защите, – рассказывает руководитель проекта В.Л. Туманов. – По результатам работы 2005-2006 гг. мы сформировали базу данных примерно из 40 патентоспособных решений. Часть из них будем защищать патентом РФ, некоторые планируем патентовать по международным системам, а что-то – оформлять в виде заявок на полезные модели и ноу-хау, чтобы тоже поставить на баланс наших нематериальных активов, увеличивая капитализацию нашей компании".

Точность – вежливость королей

Идеальная чистота в лабораториях, новейшее оборудование, огромные офисные помещения, где места для сотрудников, оснащенные самыми современными компьютерами, отделены стеклянными перегородками, круглый стол для переговоров, светлые просторные коридоры. Центр водородной энергетики НИК НЭП расположился в великолепном здании в стиле hi tech на Ленинском проспекте совсем недавно. Техническое руководство центром будет осуществлять топ-менеджмент НИК НЭП во главе с первым заместителем гендиректора НИК НЭП, вице-президентом компании "Норникель" В.А. Пивнюком. Важной инфраструктурной составляющей водородного центра станет научно-исследовательская часть, включающая три лаборатории – мембранных электронных блоков, топливных процессоров, электрокатализа. Они обеспечат независимость от внешнего мира в разработке важнейших элементов, агрегатов и систем водородной техники.

Ключевым элементом центра будет проектно-конструктор-ский отдел. Именно ему предстоит формировать технические задания лабораториям, институтам и другим организациям, выполнять проектно-конструкторские работы. Зачем потребовался НИК НЭПу свой инжиниринговый центр, есть же системные интеграторы для воплощения разработок в виде опытных образцов – РКК "Энергия", центр Келдыша? По словам В.Л. Туманова, эти мощные предприятия занимаются в основном своей традиционной тематикой, аэрокосмической, и процесс реализации водородного проекта несколько заторможен, поэтому важнейшие функции возьмет на себя водородный центр НИК НЭП. Однако директор программ "Энергетические установки" РКК "Энергия", исполнитель проекта "Создание энергоустановок с твердополимерными и щелочными топливными элементами мощностью 5 кВт" Б.А. Соколов все еще видит ракетно-космическую корпорацию в роли "интегратора научно-технических решений при создании установок различного функционального назначения, их изготовлении, испытаниях на собственной производственно-испытательной базе, проведении ресурсных и демонстрационных испытаний, накоплении опыта эксплуатации, отработки документации для опытного и серийного производства". Он рассказывает о причинах снижения темпов работы в 2005-2006 гг.: "Договор с НИК НЭП был подписан только в июле 2005 г. Соответственно, договоры с субисполнителями мы подписали в августе – сентябре. При отсутствии финансирования в первой половине 2005 г. дирекция по энергоустановкам РКК "Энергия" вынуждена была во избежание полного прекращения работ изыскивать внебюджетные средства с последующим их возвратом заказчикам".

В любом случае уже 9 декабря 2003 г. на первом совместном заседании президиума РАН и ГМК "Норильский никель" М.Д. Прохоров говорил о необходимости создания водородного центра, который позволил бы форсировать разработки по применению палладия. Так что разделить права и обязанности рано или поздно все равно пришлось бы. По-видимому, какая-то часть работ по-преж-нему останется в ведении крупных предприятий, но центр тяжести все же переместится на Ленинский проспект.

Knowledge itself is a Power… Plug Power

Создать новую технологию непросто, но завоевать рынок еще сложнее. На этапе коммерциализации технологий компания столкнулась с двумя серьезными проблемами. Во-первых, в нашей стране полностью отсутствует инновационный механизм, позволяющий довести технологию до высокотехнологичного продукта и организовать его производство. Во-вторых, наша промышленность практически невосприимчива к инновациям. В этой ситуации завоевать российский рынок оказалось даже сложнее, чем зарубежный. "Сначала там, потом здесь", – решили идеологи проекта и начали искать серьезного зарубежного партнера. Мониторинг зарубежных фирм, работающих в области водородных технологий, вывел аналитиков компании на ведущего американского разработчика и производителя оборудования для водородной энергетики, компанию Plug Power Inc. Эта фирма уже поставила более 650 установок на топливных элементах потребителям во всем мире. Холдинговая компания "Интеррос" на паритетной основе с "Норильским никелем" приобрела 35% акций Plug Power Inc., сделав ее первым стратегическим партнером России. По-видимому, в перспективе он будет не единственным. Plug Power не занимается разработкой ключевых элементов энергетических установок и вынуждена многие компоненты покупать у монополистов, диктующих цены и провоцирующих их рост. В какой-то мере это оказалось на руку российским партнерам, которые по итогам второго этапа работы в рамках проекта уже вышли на прорывные материаловедческие и технологические решения. Использование российских технологий позволит компании освободиться от монополизма фирм-поставщиков, поднять уровень своих разработок и понизить стоимость изготовления изделий. "С Plug Power мы нашли общий язык, сейчас сверстывается программа о стратегическом партнерстве, мы уже получили от них около 10 технических заданий на разработки с улучшенными параметрами "цена – качество", – делится планами В.Л. Туманов. – По этому проекту мы приступили к работам и уже практически знаем решение".

За три года реализации водородного проекта компанией "Норильский никель" потрачено более 350 млн долл.: 250 млн – на покупку серьезного пакета функционирующей на международном рынке компании, более 100 млн (сумма, соотносимая со стоимостью фирмы!) вложено в собственные научно-исследовательские и опытно-конструкторские разработки.

Не игрушка

В лаборатории мембранных электронных блоков Центра нам разъяснили принцип работы топливного элемента. С помощью миниатюрной модели, помещающейся на краешке стола, продемонстрировали полный водородный цикл: электролизер, расщепляющий водород и кислород, работает от внешней сети, но может работать от ветра или других источников энергии. Сначала газы (водород и кислород) накапливаются в резервуарах, а при необходимости подаются в топливный элемент, где, соединяясь друг с другом, превращаются в воду. Высвободившаяся при этом энергия становится электроэнергией. Зачем такая наглядность? Ведь специалисты и так прекрасно ориентируются в тонкостях процесса. "Потребителя надо готовить со школьной скамьи", – считают здесь. На выставках изящная миниатюра привлекает внимание и приводит в восторг госчиновников, журналистов и даже бизнесменов.

Вот так ненавязчиво, почти играючи, шаг за шагом компания знакомит общество с водородом и как бы между прочим решает вполне серьезную и амбициозную задачу – сделать экономику страны не углеводородной, а водородной. "Россия не должна зависеть от потребности в существующих энергоносителях, поэтому надо заранее готовить технологии использования новых источников энергии, таких как водород. Это общенациональная задача, – сказал год назад в одном из интервью В.А. Пивнюк, – и, по сути, наши работы по водородным технологиям и топливным элементам направлены на обеспечение энергетической безопасности России… В какой-то степени мы работаем за органы власти в этой области".

Определение долгосрочной стратегии реализации инновационного прорыва в области водородной энергетики в России, формирование нормативной и законодательной базы и приведение ее в соответствие с соответствующими зарубежными документами, подготовка законов по стимулированию производителей и потребителей водородной техники, переговоры с естественными монополистами, первыми потребителями, которых можно заинтересовать объектами водородной техники, подготовка образовательных программ и программ ознакомления с водородной энергетикой широких масс населения через СМИ – всеми этими вопросами по-прежнему занимается НИК НЭП. Государство, высшее руководство страны пока выступает в роли активного наблюдателя.

Наша ниша

Водородный проект, словно локомотив, движется вперед. Всего только два с половиной года назад был подписан договор между "Норильским никелем" и РАН, полтора года назад – создана управляющая компания НИК НЭП, а в планах на ближайшие годы (2009-2012 гг.) уже есть строительство заводов и выпуск на рынок готовой продукции. Четко выверенные действия слаженной команды позволяют с видимой легкостью преодолевать трудности. Серьезный импульс развитию программы придало стратегически важное решение о взаимодействии с американской компанией Plug Power Inc. Первыми будут созданы совместные предприятия с иностранным капиталом. Это будут принципиально новые производства, оснащенные по пятому-шестому технологическому укладу с перспективой на ближайшие 10-20 лет. Подобный путь – сочетание собственных разработок с использованием готового зарубежного опыта – становится традиционным у руководителей российских инновационных предприятий. Он позволяет быстро сдвинуть проект с мертвой точки и снизить всевозможные риски при продвижении продукции на рынок. Сначала это будут в основном портативные топливные элементы, востребованные на рынке переносных зарядных устройств, и стационарные энергоустановки, в которых, в отличие от транспортных, нет серьезных ограничений по массогабаритным характеристикам для использования в отдаленных районах. Поисковые и прикладные научные исследования в сотрудничестве с академическими институтами будут продолжены, но основную ставку компания сделает на опытно-конструкторские работы с выходом на опытно-промышленное производство.