Полтора месяца назад губернатор Сахалинской области во время мероприятия «Архипелаг» запустил на площадке у здания СКБ САМИ производство водорода, которым тут же заправили грузовик.
Сахалинская область сегодня – первый российский регион, который построил водородный полигон. Это безусловная заслуга главы области Валерия Лимаренко, считают специалисты – у него получилось включить в работу над сахалинским водородом не только областные структуры, но и федеральные Минобразования и Минпромторг, фонд «Национальная технологическая инициатива», МГУ, МФТИ, Институт химии твердого тела и механохимии, «Сахалинскую энергию», «Росатом», «Газпром-нефть», «Трансмашхолдинг», РЖД и «Русгидро».
Строил спутники в Сибири, теперь производит водород
Горбунов встретил нас у входа в здание специального конструкторского бюро средств автоматизации морских исследований (СКБ САМИ) Дальневосточного отделения Российской академии наук, стоящее на улице Горького в областной столице. Префикс в его телефонном номере указывал на сибирское происхождение абонента, это радовало: с сибиряком общий язык мы найдем запросто. Но все оказалось еще проще.
– Я уже сахалинец, хотя два года тому назад приехал из Железногорска – города атомщиков в Красноярском крае, – представился Андрей Горбунов, – и семью на остров перевез.
«Восточным водородным кластером» руководит инженер-конструктор летальных аппаратов, выпускник университета имени академика Решетнева – сибирской кузницы кадров для авиации и космонавтики. После вуза он работал в научно-производственном объединении, разрабатывающем спутники «Молния», «ГЛОНАСС», «Галс» и др. Затем несколько лет развивал системы сотовой связи.
Когда островное министерство цифрового и технологического развития взялось за водородную энергетику, сибирского инженера позвали на остров. Горбунову на Сахалине понравилось настолько, что он тут же перевез сюда семью и обзавелся жильем в областной столице.
Зона пилотирования на улице Горького
Водородный проект первое время не выходил за пределы островного университета. Но когда дошло до производства водорода, нужное оборудование разместили прямо под сопками на улице Горького. Андрей Горбунов провел нас во внутренний двор СКБ САМИ, на просторную площадка кластера, где расставлены цистерны и контейнеры, окрашенные в сиреневый цвет. На некоторых нанесены белой краской четыре буквы – МФТИ –аббревиатура Московского физико-технического института. Этот вуз формировал первый островной парк оборудования.
– Это одна из площадок кластера, – предупреждает руководитель водородного проекта, – сколько их будет, покажет будущее. Здесь создана зона «пилотирования» новых отечественных установок, производящих водород, и гибридных энергетических систем.
Под кластером нужно понимать совокупность промышленных предприятий разных форм, масштабов и сфер деятельности, собранных по соседству для решения единой задачи –похоже на целую отрасль экономики, ограниченную местом. Глаголом «пилотировать» специалисты используют, чтобы обозначить длительный процесс доведение опытно-экспериментального оборудования до промышленной готовности.
– Есть такой термин, – улыбнулся Горбунов, – «долина смерти»…
Через «долину смерти» при помощи государства
– Это образное выражение, – успокаивает нас руководитель кластера. – Когда университеты разрабатывают новые технологии или оборудование, их финансируют до получения патента или создания макета. Индустриальные партнеры готовы покупать оборудование и запускать в производство. Но научные учреждения не могут довести продукцию до промышленной готовности. Потому государству, как в нашем случае, приходится создавать площадку, где устройства пройдут испытания, специалисты выявят все косяки или технологические тупики, найдут возможные проблемы в компонентах. Обнаруженные проблемы будут решены. И продукция пойдет в серийное производство.
Андрей Горбунов признает: «долина смерти» может быть не самый благозвучный термин, зато четко обозначает период трудностей, которые часто не дают взлетать прорывным проектам – и в России, и за рубежом.
– Весь мир живет по такому принципу: опытные образцы доводятся до серийного производства при помощи государства, потому что частный инвестор не всегда готов вложиться в этот процесс, – объяснил Горбунов.
Нажми на кнопку – получишь водород
На территории СКБ САМИ в Южно-Сахалинске будут отрабатываться технологии:
1) получения водорода;
2) сжатия его для хранения;
3) заправки этим топливом автомобилей. Для таких опытов у двух заправочных терминалов на краю площадки стоит грузовик с надписью «Урал».
– 16 июля на образовательном мероприятии «Архипелаг» губернатор Валерий Лимаренко нажал кнопку, после чего электролизер начал производить водород, – Андрей Горбунов показывает контейнер, в котором прячется от любопытных глаз оборудование, разлагающее воду на водород и кислород. – За этим наблюдали сто пятьдесят участников мероприятия. Они специально приехали убедиться, что у нас есть полигон с производством.
Сахалинская область оказалась первым российским регионом, который построил водородный полигон. Это безусловная заслуга главы области Валерия Лимаренко: у него получилось включить в работу над сахалинским водородом не только областные структуры, но и федеральные Минобразования и Минпромторг, фонд «Национальная технологическая инициатива», МГУ, МФТИ, Институт химии твердого тела и механохимии, «Сахалинскую энергию», «Росатом», «Газпром-нефть», «Трансмашхолдинг», РЖД и «Русгидро».
Водород поедет в Огоньки и на мыс Анастасии
По словам Андрея Горбунова теперь вся островная область становится полигоном по отработке производства и использования нового топлива. Оборудование скоро поедет в анивское село Огоньки и Новиково Корсаковского района, где находится площадка энергоснабжения «Сахалинэнерго» с ветряными электростанциями.
– Генерация электроэнергии на таких площадках идет по синусоиде, – говорит руководитель проекта. – Если дует сильный ветер, образуется переизбыток энергии, ее нужно куда-то девать. Когда ветра нет – возникает дефицит. Избыток энергии путем электролиза переходит в водород и хранится там до тех пор, пока не приходит время ликвидировать дефицит. И никаких вредных выбросов: вода распадется на водород и кислород, а при производстве энергии образуется водяной пар.
Подобные энергоустановки пригодятся в отдаленных частях Сахалина и Курил, они позволят обойтись там без дизеля.
– Мы готовим отработку гибридной энергосистемы для биостанции, которую на мысе Анастасии островной университет построит вместе с МГУ, – раскрыл смелые планы Андрей Горбунов. – Там можно развернуть солнечные батареи или ветряки. И поставить водородную установку – это избавит от необходимости привозить топливо.
Водород поднимет беспилотники
На улице Горького водород будут производить за счет энергии возобновляемых источников энергии – зеркала солнечной электростанции развернуты возле СКБ САМИ. Осталось провести 300 кВт, которые произведет объект, пойдут на производство водорода – в этом случае он будет считаться «зеленым» – горячо одобряемым экологами.
– После разработки и доведения оборудования до готовности, будем формировать промышленные технологические цепочки, которые будут формировать производство продукции, связанной с водородом, – рассказал Андрей Горбунов. – Сейчас готовим беспилотники, летающие на водороде. Кроме того, на Сахалине откроется производство композитных судов, двигатели которых будет питать водород.
Руководитель кластера рассказал, что область планирует строить с «Росатомом» завод крупнотоннажного (больших объемов) водорода. По технологии паровой конверсии завод будет производить из природного газа 36 тысяч тонн жидкого водорода в год. Пока же мощность сахалинского оборудования, производившего водород на полигоне, не превышает 30 кубометров в час.
– «Архипелаг» показал: российские университеты и индустриальные компании заинтересованы в сотрудничестве, – объяснил Андрей Горбунов. – Каждый из этих участников рынка решает задачи, часто не понимая, куда двигаться в будущем. Теперь у них появилась точка входа – для одних это возможность реализовать изобретения и разработки, другие могут заказать здесь кадры технологии. Важно, что это повышает технологический суверенитет России в области энергетики – особенно водородной.
Не станет ли соседство опасным?
Начинку сиреневых контейнеров нам не показали – это составляет коммерческую тайну. Но глядя на стоящие контейнеры и баллоны, мы обеспокоились: не создает ли производство опасность для ближайшего микрорайона?
– Во-первых, вокруг части оборудования мы поставили взрывозащитные стены, – успокоил нас Андрей Горбунов. – Во-вторых, все емкости, в которых будет создаваться большое давление, проходят проверку в Ростехнадзоре. По сути, объект опасен настолько же, как и любая заправка в городе. По примеру «Росатома» на водородном полигоне щепетильно относимся к технике безопасности и охране труда.
Как объяснил руководитель кластера, на каждом электролизере, производящем водород на полигоне в СКБ САМИ, установлен датчик утечки водорода.
– Если концентрация газе растет, оборудование глушится и производится выхлоп, – рассказал Андрей Горбунов. – Водород очень летучий, он не накапливается.
Кто найдет работу в новой отрасли?
Водородный кластер включит в себя не только ядро, где научные разработки будут преодолевать «долину смерти», чтобы добраться до промышленного производства оборудования. Сюда же войдут образовательные учреждения, так как водородные энергетика и транспорт потребуют подготовленных специалистов, понимающих технологию.
– Отрасли потребуются энергетики, электрики, химики, материаловеды, программисты, – Горбунов обрисовал кадровую структуру будущего. – Их будут готовить несколько факультетов СахГУ. В этом году островной вуз и московский университет имени Баумана открывают магистратуру по водородной энергетике.
Профильная кафедра будет работать рядом с полигоном в здании СКБ САМИ. В учебный план войдет знакомство студентов с оборудованием – в том числе и с водородным «Уралом».
Пользуясь возможностью, мы осмотрели загадочную машину. По словам руководителя проекта, водород поможет таким электромобиля бегать дольше, чем обычному гибриду.
– За кабиной у него четыре больших водородных баллона из углепластика, – показал отличие «Урала» Андрей Горбунов. – Россия пока только осваивает производство таких баллонов, но у «Росатома» есть профильные компании, которые занимаются композитными материалами. Так что скоро и углепластик будет отечественным.
Николай Шелепов, Анастасия Карамушкина.
Воду расщепляют на границах России
В 2022 году водород получили на другом конце России, в Мурманской области. Электролизная установка отечественной сборки на Кольской атомной электростанции произвела газ для охлаждения турбогенераторов.
Водород на станции прежде производили с помощью щелочных электролизеров. Новая установка, производительность которой составляет десять кубометров водорода в час, безопаснее и экологичнее. Она потребляет 9,5 литров воды в час. Чистота полученного газа – 99,999 %.
Молекула воды расщепляется в электролизере на протоны, электроны и кислород. Все это подается на мембрану, пропускающую лишь протоны и электроны, объединяющиеся затем в водород. Кислород же просто выходит из системы.
Кольская АЭС – крупнейшее энергопредприятие на Кольском полуострове, расположенное в 200 км от Мурманска. Четыре ее энергоблока с реакторами, каждый из которых мощностью до 440 МВт, вырабатывает 60 % электроэнергии для области, кроме этого, светом обеспечивается часть соседней Карелии.
Кроме площадки в Мурманской области, корпорация «Росатом» намерена производить водород в Калининградской, Мурманской и Сахалинской областях.
Газ бесцветный и разноцветный
Производители водорода присваивает определенный цвет полученному газу в зависимости от способа выработки и количества вредных выбросов.
• «Зеленый» водород производится помощью энергии из возобновляемых источников (солнечного света, водных потоков, ветра, приливов геотермальной теплоты, дерева, растительного масла и этанола) методом электролиза воды.
• «Голубой» или «синий» водород производят из природного газа, углекислый газ при этом отводят в специальные хранилища.
• Атомная энергия помогает выделять «желтый» водород.
• Если же при производстве водорода все вредные выбросы уходят в атмосферу, его зовут «серым».
Да кому он нужен – этот ваш водород?
• 80 % общего объема потребления водорода приходятся на производство аммиака и метанола. Химическая промышленность использует водород для производства мочевины, мыла и пластмасс.
• Нефтеперерабатывающей промышленности водород нужен для переработки нефти, лучшей очистки нефтепродуктов от сернистых загрязнений.
• Отдельный сектор применения водорода – топливные элементы для производства электрической и тепловой энергии. Они имеют сравнительно высокие КПД, способны изменять нагрузку в зависимости от запроса потребителя. Как солнечные и ветровые электростанции, водородные топливные элементы являются экологически чистыми источниками энергии. Есть и серьезный минус: высокая стоимость топливных элементов. Но когда-то Дмитрий Иванович Менделеев заявлял, что сжигать нефть – все равно, что топить печь ассигнациями. Сегодня мы запросто сжигаем нефтепродукты, к тому же эксперты полагают, что при массовом производстве цены на топливные водородные элементы снизятся.
Японские автомобильные концерны начали серийный выпуск автомобилей, работающих на водородных элементах. Этот рынок развивается в Южной Корее, США и Германии. Америка, Китай, Япония, Евросоюз утвердили стратегии развития водородного транспорта. При достижении целей, заявленных в них, только транспорт будет потреблять примерно 14 миллионов тонн водорода к 2030 году. Некоторые страны готовят водородные двигатели для локомотивов и кораблей.
Прогнозные объемы потребления водородного топлива к 2030 году, в миллионах тонн:
1. Япония – 3,1;
2. Южная Корея – 1,9;
3. Китай – 30,2;
4. Германия – 3,9;
5. Польша – 1,8;
6. Франция – 2,5;
7. Великобритания – 2,1;
8. Северная Америка – 1,7;
9. Италия – 2,3;
10. Испания – 1,9;
11. Индия – 0,6;
12. Остальная Азия – 0,5;
13. Прочие страны мира – 8.
Водород применяется в портативных приборах и аккумуляторах, резервных генераторах, системах энергообеспечения небольших энергоустановок, беспилотных аппаратах, генераторах тепла и электричества частных домов и общественных здания.
Объем мирового рынка в долларовом эквиваленте в 2020 году достиг суммы 130 миллиардов долларов.
Что водород России принесет?
Ведущий научный сотрудник Института проблем химической физики РАН (ИПХФ РАН) Ирэн Макарян и заведующий химико-технологическим отделом этого института Игорь Седов подготовили записку о состоянии и перспективах развития мировой водородной энергетики.
Согласно документу:
• Россия способна предложить водородное топливо по цене 3,38 долларов США за кг, что позволит в 2030 году претендовать на 10 – 15 % мирового рынка.
• Экспортная выручка к 2035 году может составить 1,7 – 3,1 млрд долларов США в год.
• Развитие водородной энергетики повысит эффективность использования российских генерирующих мощностей на 5 – 7% в сравнении с показателями 2017 года.
• С использованием энергии водорода затраты на энергоснабжение удаленных территорий могут быть снижены на 27 – 30%.
• Позитивными эффектами также станут спрос на электроэнергию из возобновляемых источников и новые высокотехнологичные рабочие места в российских регионах.