5 июня закрылся Петербургский экономический форум. Тот самый, развеселый тиктокер Даня Милохин уложил на пол пиджаков, выдал феерическую лекцию про финансовую грамотность про нулевые накопления и наверняка плотно покушал в местной столовке с шокирующими ценами.
За информационным шумом мало кто заметил новости про новый курс России в энергетике, заданный совместно Анатолием Чубайсом и Михауилом Мишустиным – они решили, что Россия сохранит статус энергетической державы, мно к 2050 году перестанет качать углеводороды, а по существующим трубам пустит водород.
Угорелая энергетика и голубой водород
Общая идея понятна. Суета властей связана с истощением запасов ископаемых углеводородных видов топлива и возрастающими потребностями в альтернативных источниках энергии, и необходима для выполнения постановления председателя Правительства РФ от 12.10.2020г. № 2634-р в части выполнения плана мероприятий «Развитие водородной энергетики Российской Федерации до 2024 года.
Что, собственно, можно считать частью выполнения мер Парижское соглашения по снижению содержания углекислого газа в атмосфере и выхода на нулевые выбросы, климатическую нейтральность и другую красоту.
Озвученные чиновниками идеи сомнительны: трубопроводы для метана (природного газа) и нефти не предназначены для водорода, что понятно и лосю – водород плохо сжимается и требует совсем иных условий транспортировки. До вопросов транспортировки, водород еще нужно получить: электролизом/пиролизом/частичным окислением.
Два самых популярных способа предполагают газификацию угля или получение водорода из метана (CH4) и угарного газа (CO). Оба метода не соответствует нормам международного климатического соглашения, если нет вместе с ними не предусмотрено дополнительного способа утилизировать выбросы.
Совсем радостный план предполагает получение «зеленого» водорода на предприятиях атомной энергетики (тогда это уже водородно-атомная энергетика). Но реалисты останавливаются на самом реалистичном варианте – пиролиз водорода из природного газа с максимальным уменьшением вредных выбросов. Такой водород называют голубым.
Как и когда все произойдет? Никто не знает, но чиновники уже запланировали зарабатывать на экспорте водорода до $100 млрд в год к 2050 году.
Серая реальность
Реальность куда хуже планов на развитие от Чубайса – российские специалисты совершенно не подготовлены к водородной энергетике. Ее не уважают из-за проблем с внедрением нужных инфраструктур, ее боятся из-за самого вещества или даже считают навязанной капиталистами.
Несмотря на предубеждения и стереотипы, зерно рациональности в идеях Чубайса и Мишустина есть. Некоторые российские отрасли последние несколько лет активно направляют усилия на развитие альтернативных источников энергии, от самых безумных до вполне адекватных методов использования водорода или СПГ. И среди них можно найти если не идею продажи водорода кому-то на сторону, то хотя бы использования его на месте.
Почему? Потому что мир насильно слезает с иглы углеводородов на альтернативные источники энергии. Единственный реальный спаситель – управляемый термоядерный синтез, но к нему человечество придет уже во второй половине века. Да и представьте – разогретая до 10^8 кельвинов плазма требуется для унылой раскрутки турбины и получения электричества, аналогично пару на своих жалких 500 цельсиях. Даже не она, а другое вещество, получившее снятую с этой плазмы тепловую энергию.
В ближайшей перспективе у человечества не так много альтернатив. Основные: солнечная энергия, энергия от ветра, гидроэлектростанции/приливные станции и то самое водородное топливо. Ничего из описанного не может быть единственным и удобным всем без исключения, поэтому приходится комбинировать.
У здравомыслящих людей все больше сомнений про ветряки и солнечные батареи. Например, в РФ ощущается нехватка территорий, где ярко светит солнце и дует ветер с нужной скоростью (4+ м/с). Остаются мини-ГЭС, различные приливные системы с буями и другие неудобные решения, которые посшибают рыбаки и прочие любители активного отдыха, а также животные и их защитники, которым не нравятся сетки посреди заливов и рек. Что остается? Водородное топливо.
Энергичный водород
Водород – это 92% всего вещества во вселенной. С точки зрения ученого, он бесконечен и прекрасен, его доля от всех соединений на Земле огромна.
С точки зрения энергетика, водород в 8 раз эффективнее большинства топливных газов, сжигаемых где попало на нашем шарике, и в ~5.6 раз выгоднее бензина. Поэтому не прекращались и не прекращаются попытки продвинуть его в любую промышленность в качестве топлива на базе реакции окисления H2+O2, например. Естественно, в реальном двигателе показатели падают, но тепловой КПД двигателя на таком водородном в 1.5 раза выше чем у движка на дизеле, например.
Все его прелести нивелируются проектировщиками и инженерами, которые считают, что водородные движки дорогие в создании и обслуживании, а водород сложно, даже опасно хранить и транспортировать. Соответственно, пустить по трубам мы его не можем, а возить жижу пока экономически невыгодно. Хотя лет через 10 станет.
Победа альтернативной энергетики неотвратима и предсказуема
В будущем все население «жигулей» и поездов дальнего следования обязательно пересядет на пропан/метан на водород благодаря все более жестким ограничениям на выбросы. Они перестану портить нам легкие выбросами свинца, сажи и прочего убийственного выхлопа.
Через 5, 10 или 15 лет энергетические компании окончательно решат, что традиционные способы добычи нефть, уголь и природный газ уже экономически невыгодны – все благодаря тем же ограничениям и растущему потреблению углеводородов после пандемии. Чем их меньше, тем сложнее добыть – скорее всего, сперва голову поднимет голубой СПГ, а через некоторое время – не менее голубой водород.
Главные преимущества водорода как энергоносителя
- неограниченные запасы сырья, если в качестве источника водорода рассматривать воду. Россия стоит на втором месте в мире по запасам пресной воды - 4500 куб. км;
- экологическая безопасность, поскольку продуктом сгорания водорода является вода;
- высокий кпд водородных топливных элементов - от 60 до 70% энергии топлива;
- непосредственно превращается в электроэнергию;
- уникальные экологическая чистота источников энергии, использующих в качестве топлива водород.
И все же мы не можем рассчитывать, что КЭС, ТЭС, ТЭЦ и остальное советское наследие вокруг нас перейдет исключительно на водород – российское правительство активно переводит энергетические объекты на газ, в том числе СПГ, но не на водород. Однако можно рассчитывать, что вскорости вокруг нас найдут свою место автомобили на водородном топливе, общественный транспорт, поезда, даже самолеты. То есть на водородных топливных элементах.
Водород – наш голубой вагон в светлое будущее и спасение мира от большинства энергетических проблем.
Где стать частью водородного будущего, специалистом по энергетике, получить актуальные знания?
В новой реальности главные технические вузы страны стали лихорадочно искать специалистов и в срочном порядке открывать водородные направления, хотя в кулуарах многих не то чтобы не уважали, но скорее считали ребятами с причудами, начитавшимися советской фантастики или имеющими нездоровые цели.
Но теперь у нас есть план от правительства «Развитие водородной энергетики Российской Федерации до 2024 года», и кафедра «Электротехника и теплоэнергетика» Петербургского государственного университета путей сообщения Императора Александра I осуществляет подготовку бакалавров в области водородных технологий на транспорте и в энергетике (направление 13.03.01 «Теплотехника и теплоэнергетика», профиль «Промышленная теплоэнергетика»). В России задача по развитию водородной энергетики закреплена в ключевом отраслевом документе стратегического планирования – актуализированной Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2035 года.
Выпускники кафедры являются специалистами в области разработки, проектирования и эксплуатации не только в сфере традиционной теплоэнергетики, систем отопления, вентиляции и кондиционирования воздуха (напомним, что Россия лежит в арктическом и субарктическом поясах. В субтропическом поясе расположено Черноморское побережье Кавказа. Климат нашей страны характеризуется наличием четырёх сезонов года.), но и в области инновационных и перспективных (с использованием водородных технологий) транспортных и энергетических систем. В связи с большой потребностью в данных специалистах не только для энергетической отрасли, но для зарубежных фирм набор студентов в 2021 г. осуществляется только на платную форму обучения.
Относительно высокая стоимость обучения (212 тыс. руб.) компенсируется высоким качеством учебного процесса и возможностью после окончания университета получить интересную и высокооплачиваемую работу (в том числе и за рубежом). Желающие могут продолжить обучение по направлению 13.04.02 «Электротехника и электроэнергетика», магистерская программа «Современные технологии, менеджмент, аудит и аналитика в промышленной энергетике». В настоящее время ведется работа по открытию на кафедре второй магистерской подготовки направлению «Водородные технологии на транспорте и в энергетике».
Руководителем данных подготовок является член Общественного совета Росжелдора при Общественной Палате РФ, член-корреспондент Академии Электротехнических Наук РФ, член IEEE (США), действительный член Нью-йоркской Академии наук, лауреат премии Правительства СанктПетербурга за выдающиеся достижения в области высшего образования и среднего профессионального образования в 2016 году, доктор технических наук, профессор Константин Константинович Ким.
Академическая деятельность ведется не на пустом месте, она взялась не щелчку после постановлений правительства, а на базе уже существующих исследований
Подробнее про направления можно узнать на сайте вуза или кафедры.