Энергетический переход — это, в первую очередь, смена технологического уклада в отрасли. Именно при таком взгляде на процессы, происходящие сегодня в мировой энергетике, становится понятно, за счет чего энергетический переход может стать новым драйвером роста мировой экономики. Климатический вызов — важный контекст энергетического перехода, но ответ на этот вызов — далеко не единственный его смысл. Напротив, основная ценность смены энергетического уклада состоит в освоении технологий, позволяющих перейти к источникам энергии с большей плотностью, повысить интенсивность использования энергии, сделать ее более доступной. Это, в свою очередь, позволит как стимулировать новый виток экономического роста, так и сделать шаг вперед в решении проблемы энергетического неравенства.
Такой подход спорит с популярной сегодня идеей искусственного сокращения экономики (degrowth) в целях решения климатической проблемы, описанной, например, в бестселлере японского марксиста Сайто Кохе «Капитал при антропоцене» [1]. Вопрос о технологической политике энергетического перехода, таким образом, оказывается сопряжен сегодня с вопросом о том, каким будет следующая — пост-капиталистическая — формация: будет ли она связана с прорывом к новой интенсификации труда или с самоограничениями и искусственным сдерживанием экономики.
В первой части статьи мы обсудим экономические возможности, которые открывает энергетический переход, и на примере авиакосмической техники покажем, как переход к новым энергоносителям с существенно большей плотностью энергии, чем у привычных энергоносителей, позволяет сделать эффективными новые, ранее недоступные практики.
Экономический потенциал энергетического перехода
В последнее время на энергетический переход направляются колоссальные инвестиции. В прошлом году, по данным BNEF, их объем составил после устойчивого роста с 2014 года рекордные для отрасли $1,1 трлн [2]. Из технологических направлений лидируют ВИЭ и электрический транспорт, кроме того, в последние несколько лет растет доля электрификации теплоснабжения и атомной энергетики в структуре инвестиций в технологические и производственные активы энергетического перехода.
![Глобальные инвестиции в энергетические переход, $ млрд в год. Источник: [2]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/9736637/pub_647f319a6d418274f9584bc0_647f31cb5208a65c0456a05b/scale_1200)
Экономические и социальные эффекты энергетического перехода в традиционном подходе проанализированы в докладе бизнес-ассоциации «We Mean Business Coalition» на примере стран G7 и G20. Там показано, что ЕС — один из ключевых производителей и экспортеров новых энергетических технологий — получит в 2023–2036 годах прибавку к ВВП в размере €7,3 трлн за счет энергетического перехода [3]. В этом же докладе отмечается, что энергопереход обеспечит снижение расходов на энергию на душу населения на 45% к 2035 году в сравнении со сценарием сохранения существующего уклада, и при этом в странах G7 появятся почти 2 млн новых рабочих мест, еще больше новых рабочих мест получат некоторые развивающиеся страны, в частности, 15 млн — Индия и 5 млн — Индонезия.
Значительный объем инвестиций — более $80 млрд в год — идет сегодня на создание новых промышленных активов, выпускающих необходимое для энергетического перехода оборудование [4]. Существенная доля этих инвестиций приходится на предприятия по выпуску аккумуляторов и систем накопления энергии, растет доля инвестиций в производство электролизеров для водородной энергетики.
![Глобальные инвестиции в производственные активы, выпускающие оборудование, необходимые для энергетического перехода, $ млрд в год. Источник: [4]](https://avatars.dzeninfra.ru/get-zen_doc/4395091/pub_647f319a6d418274f9584bc0_647f31cb9506570f871d7cde/scale_1200)
Применительно к российской экономике потенциальный эффект от участия в формировании нового энергетического уклада можно проиллюстрировать на двух примерах. Создание новых промышленных активов для водородной энергетики, как мы отмечали в докладе «Водород: отдаляющиеся перспективы?» [5], позволит претендовать к 2050 году на 10–15% быстро растущего мирового рынка водородных технологий размером до $225 млрд в год [6]. Другой пример — изолированные и труднодоступные территории: за счет использования технологий из нового пакета расходы на энергоснабжение этих территорий могут быть снижены на 30% по сравнению с сегодняшними [7]. Реализация указанных амбиции также будет означать появление новых предприятий и новых рабочих мест в стране.
Однако все эти прогнозы рынков и экономические эффекты пока оцениваются без явного учета новых возможностей, которые открывают технологии следующего уклада. Мы имеем дело с объемами и эффектами замещения старых энергетических технологий на новые. И если все этим ограничится, то эффект экономического роста будет носить кратковременный характер, и его бенефициарами будет только небольшое количество стран, успевших поучаствовать в дележе «пирога» низко-углеродной модернизации энергетики. Чтобы получить долговременный экономический рост, доступный всем странам мира, необходимо открывать потенциал новых возможностей, возникающих в результате смены технологического уклада. Эти возможности связаны с кратным ростом плотности энергии новых источников и энергоносителей, а так же с ростом интенсивности использования энергии. Они оказываются технологическим драйвером появления новых типов промышленных практик, невозможных или слишком неэффективных в условиях технологий предыдущего уклада.
Водород в авиации и космонавтике
Эффект от кратного роста энергетических возможностей можно показать на примере новых транспортных средств, которые за счет перехода на новые энергоносители с большей плотностью энергии создают предпосылки для существенного наращивания скорости передвижения людей и грузов.
Показательно в этом контексте выглядит совместный проект стартапа Zero Avia и авиакомпании Alaska Airlines по установке двигателей на базе водородных топливных элементов на 76-местный региональный самолет Bombardier Q400 (De Havilland Canada DHC-8–400) вместо турбовинтовых двигателей Pratt & Whitney Canada PW150. Двигательная система Hyper Core в составе водородных топливных элементов и электродвигателей, помимо углеродной нейтральности, обещает плотность мощности на уровне 15 кВт/кг, тогда как у современных турбовинтовых и турбовентиляторных двигателей на авиакеросине этот показатель находится на уровне 6–8 кВт/кг [8]. Для сравнения, удельная мощность поршневых авиационных двигателей прошлого поколения достигала 1,5 кВт/кг, и именно с преодолением этого барьера была связана «реактивная революция» в авиации.
Значение водорода для сверхзвуковой пассажирской авиации — пока что несбыточной в экономическом плане мечты авиакомпаний — был исследован NASA еще в 1970-х. И тогда, и в последующих исследованиях в ЕС и Японии было обнаружено, что переход с авиакеросина на водородное топливо обеспечит снижение взлетной массы лайнера на 20–50% [9], тем самым создавая предпосылки для масштабного распространения авиаперевозок со сверхзвуковыми скоростями.
Таким образом, переход на технологии водородной энергетики — одну из важных частей технологического пакета нового уклада — в авиации связан с кратным увеличением плотности энергии её источников (топлива). Не случайно американский стартап Boom, занимающийся разработкой сверхзвукового пассажирского лайнера Overture, создает для него двигатели Symphony, рассчитанные на углеродно-нейтральное топливо (SAF) AirMade™, состоящее из синтетических спиртов и алканов, и рассматривает варианты последующего перехода на жидкий водород [10].
Швейцарский стартап Destinus, занимающийся сверхзвуковым пассажирским транспортом, тоже видит в качестве топлива для своих самолетов именно водород [11]. Нужно отметить, что у обоих стартапов есть готовые прототипы: Destinus поднял свой прототип Eiger в воздух в прошлом апреле [12], компания Boom намерена начать полеты XB-1 в этом году и уже заручилась поддержкой таких крупных авиакомпаний, как American Airlines, United и JAL [13].
Большой интерес к использованию водорода испытывает и космонавтика, рассматривая в качестве промежуточного этапа метановое топливо. И водород, и метан в сравнении с керосином позволяют улучшить значение числа Циолковского, отражающего долю топлива в общей массе ракеты. Поэтому современные двигатели Raptor от Space X, устанавливаемые на экспериментальный Starship [14], и BE-4 от Blue Origin используют метан [15]. BE-3 и BE-7 от Blue Origin, а также унаследованные от программы Space Shuttle двигатели RS-25, устанавливаемые на американскую лунную ракету SLS, используют жидкий водород [16].
Интересно, что в СССР еще в 80-е годы прошлого века в рамках программы «Энергия — Буран» были созданы ракетные двигатели типа РД-0120 на водороде для ракеты-носителя сверхтяжелого класса «Энергия». АО «Конструкторское Бюро Химавтоматики» (КБХА) вело работы по двигателю РД-0150 на жидком водороде для ракеты-носителя Ангара-А5В [17].
Во второй части статьи мы сделаем обзор передовых технологий из двух областей практики, связанных с энергетикой, которые демонстрируют описанный нами принцип перехода к новому технологическому укладу за счет более точного и точечного применения энергии к материалам и технологическим процессам.
Авторы: Игорь Чаусов, Дмитрий Холкин
Дата: 17.05.20223
Подготовлено АНО «Центр «Энерджинет» при поддержке Фонда НТИ и Минобрнауки России.
Источники:
[1] https://www.theguardian.com/environment/2023/feb/28/a-greener-marx-kohei-saito-on-connecting-communism-with-the-climate-crisis
[2] https://about.bnef.com/blog/global-low-carbon-energy-technology-investment-surges-past-1-trillion-for-the-first-time/
[3] https://www.wemeanbusinesscoalition.org/policy/the-economic-opportunities-of-the-clean-energy-transition/
[4] https://about.bnef.com/blog/energy-transitions-new-industrial-landscape/
[5] https://energynet.ru/library
[6] https://www.vedomosti.ru/business/articles/2023/04/07/969896-eksperti-predlozhili-novii-podhod-k-razvitiyu-vodorodnoi-otrasli-v-rossii
[7] https://energypolicy.ru/optimizacziya-sistem-energosnabzheniya-udalennyh-i-izolirovannyh-territorij-za-schet-upravleniya-energeticheskoj-gibkostyu/energetika/2023/17/25/
[8] https://www.zeroavia.com/alaska-airlines-zero-emission-q400
[9] Tatsunori Yuhara, Yoshikazu Makino, Kenichi Rinoie. Conceptual Design Study on Liquid Hydrogen-Fueled Supersonic Transport Considering Environmental Impacts. — Journal of Aircrafts, Vol. 53, №4, 2016.
[10] https://boomsupersonic.com/flyby/post/what-is-airmade-sustainable-aviation-fuel
[11] https://destinus.ch/hydrogen/
[12] https://destinus.ch/successful-flight-of-eiger-prototype/
[13] https://boomsupersonic.com/xb-1
[14] https://www.spacex.com/vehicles/starship/
[15] https://www.blueorigin.com/engines/
[16] https://www.nasa.gov/exploration/systems/sls/index.html