«Ведомости» 03.04.2006
Проблема использования альтернативные источники энергии
Важнейшее значение для развития мировой экономики имеет состояние энергетической отрасли. По оценкам экспертов, в ближайшее десятилетие развитие энергетики будет определяться равнодействующей трех основных разнонаправленных тенденций:
- расширение энергопотребления пропорционально темпам экономического роста и увеличению численности населения в различных странах;
- истощение доступных природных запасов традиционных источников энергоресурсов (в первую очередь нефти и газа);
- обострение проблем окружающей среды в связи с увеличением объемов мировой добычи, переработки и использования энергоресурсов.
Итоговая картина будет во многом зависеть от масштабов внедрения и использования новых технологий, связанных с повышением эффективности использования энергии, снижением энергоемкости промышленного производства, уменьшением энергопотребления домашними хозяйствами. Большие надежды связываются здесь с применением новых интегрированных информационных технологий с энергосберегающими функциями, в том числе элементов и систем искусственного интеллекта. По прогнозу World Energy Outlook 2006 к 2030 году спрос только на топливные энергоносители будет увеличиваться на 1,6% в год1 .
Ожидается, что к 2016г., благодаря технологическим нововведениям в промышленности и на транспорте, а также ужесточению контроля за состоянием окружающей среды, эффективность использования энергии может возрасти до 50%.
Согласно прогнозам экспертов, значительные изменения в мировой энергетике будут происходить в обозримом будущем под давлением экологических проблем (усиление парникового эффекта, сильного загрязнения воздуха от автомобильного транспорта в городах и т.д.).
Россия только в самом начале пути активного использования возобновляемых источников энергии: если Западная Европа планирует к 2020 году вырабатывать до 20% электроэнергии за счет возобновляемых источников (на данные момент эта доля составляет около 6%), то в России этот вклад намного скромнее – 0,5% (что, тем не менее, позволяет ежегодно экономить 1млн тонн органического топлива).
В числе наиболее перспективных направлений «новой» энергетики – разработка новых видов моторного топлива и использование энергии ветра и солнца.
Моторное топливо из метанола
На данный момент в мире существует два вида растительного топлива: из масличных культур получают биодизель (метиловый эфир, добавка к дизельному топливу)2 , а из всего, что содержит целлюлозу, - биоэтанол (жидкое спиртовое топливо, добавляемое к бензину)3.
Бензин в качестве моторного топлива будет постепенно вытесняться синтетическим жидким топливом - СЖТ (произведенное на основе метанола), первые заводы, по производству которого были построены еще в 30-е годы в Германии. Интерес к технологиям производства СЖТ, по международной технологии именуемым GTL (gas-to-liquids) периодически усиливается в период подъема цен на нефть. Однако в последние годы он не ослабевал даже тогда, когда нефтяные котировки снижались до предельно низкого уровня 10-12 долл/барр. ( конец 1997г.- середина 1999г.). В настоящее время, когда цены на нефть установились на очень высоком уровне, проблема производства СЖТ от дискуссий перешла к стадии практической реализации крупных проектов. Резкое увеличение интереса ряда стран к технологиям СЖТ объясняется следующими причинами:
Во-первых, технологии СЖТ позволяют газодобывающим странам осуществлять монетизацию запасов, т.е. превращать в востребованный продукт большие запасы газа, которые раньше считались экономически невыгодными.
Во-вторых, резко выросли требования к экологическим характеристикам моторных топлив. Технология СЖТ позволяет получать моторные топлива, отвечающие самым жестким стандартам, поскольку они практически не содержат серы и имеют незначительные содержания ароматики.
В настоящее время объявлено несколько проектов сооружения крупных промышленных установок по производству СЖТ в Катаре, Нигерии, ЮАР, Австралии, Чили, Малайзии, Иране и на Аляске. По прогнозам консалтинговой компании «Chem Systems», международные масштабы производства СЖТ уже в 2010г. составят 15 млн. тонн, 2015г. - 32-75 млн., 2020г. – 32-90 млн. тонн. Хотя это всего несколько процентов от мирового спроса на моторные топлива, но экологические чистые СЖТ можно будет использовать не только непосредственно, но и для смешивания с традиционными нефтяными топливами с целью улучшения экологических характеристик последних. К сожалению, в России, на данный момент, большинство разработок в этой области находятся на лабораторных стадиях. Отдельные проекты уже прошли испытания, но пока не были реализованы в промышленном масштабе.
Водородная энергетика
На данный момент большинство построенных долгосрочных прогнозных сценариев развития энергетики опирается на гипотезу об эволюционном характере развития технологических изменений. Такая модель предполагает постепенное вытеснение традиционных энергоресурсов по мере исчерпания их запасов, роста мировых цен или обострения ситуации с загрязнением окружающей среды. Однако нельзя исключать возникновения прорывных сценариев в результате освоения принципиально новых источников энергии на основе базисных технологических инноваций. Сегодня в качестве одного из наиболее вероятных направлений, способных качественно изменить служившуюся ситуацию в энергетике, рассматривается переход на водородное топливо.
Технология получения этого вида топлива очень проста: в результате соединения водорода с кислородом выделяется большое количество энергии, при этом единственным продуктом реакции является вода, что сразу делает неактуальной проблему загрязнения окружающей среды традиционными продуктами сгорания. Однако проблема состоит в получении водорода в чистом виде, т.к. в природе он встречается в основном в форме соединений с кислородом (Н2О) или углеродом, и для его выделения требуется достаточно большое количество энергии. На данный момент водород добывается методом электролиза, который весьма дорог. Кроме этого, необходимо обеспечить его хранение и доставку конечным потребителям для последующего преобразования тепловой энергии в электрическую или механическую. Многие страны мира считают, что водород является перспективным энергоносителем для применения в транспорте.
Внимание к использованию водорода в качестве альтернативного вида топлива проявляется уже не одно десятилетие. Массовые продажи автомобилей, работающих на альтернативном топливе, начались в 2002 году. Недавно концерн BMW выпустил свой автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, который работает на водороде.
В 2003г. президент США Дж. Буш провозгласил «Инициативу в области водородного топлива», задачей которой является ускорение исследований и разработок по созданию и демонстрации возможностей новых технологий. Следом министерство энергетики США опубликовало интегрированный план проведения НИОКР в области водородной энергетики. Он предполагает полный переход к водородной энергетике к 2030-2040 гг. Согласно этому плану, федеральное правительство будет играть ключевую роль в освоении новых технологий в краткосрочный перспективе. Однако роль промышленности в освоении новых водородных технологий на более поздних этапах начнет постепенно становиться доминирующей. Для обеспечения скорейшего получения необходимых результатов ведется работа по формированию партнерств промышленности, в частности, министерства энергетики с промышленностью: по созданию автомобилей на водородном топливе («FreedomCAR») и по созданию твердоокисных топливных элементов («SECA»).
Япония, которая не имеет собственных запасов нефти и газа, поддерживает работы в области водородной энергетики с начала 80-х гг., а свою первую крупную национальную программу провозгласила еще в 1993г. В 2003г. началась реализация нового национального водородного проекта, в задачи которого, в частности, входят отработка вопросов безопасности применения технологий, подготовка к коммерциализации транспортных средств на основе водородных топливных элементов и формирование необходимой для этого инфраструктуры. Например, на территории Японии уже открыто около 10 заправочных станций, использующих различные способы получения водорода. Участниками этого проекта являются такие крупнейшие японские и иностранные производители как «Тойота», «Хонда», «Нисан», «Дженерал Моторс» и т.д.
Значительный интерес к развитию водородной энергетики проявляют в последние годы и страны ЕС, что во многом обусловлено отсутствием у них собственных значительных запасов энергоресурсов, необходимых для обеспечения экономического роста. По словам экс-президента Европейской Комиссии Романа Проди, зависимость региона от импорта нефти на данный момент составляет около 50%, а к 2025г. увеличится до 70%. В этой связи стратегической задачей региона является построение к 2050г. полностью интегрированной водородной экономики, основанной на использовании возобновляемых источников энергии. В частности, в связи с этим комиссия по атомной энергии Франции (CEA) уже много лет совместно с научными и промышленными партнерами занимается программой научно-технических исследований с целью продвижения использования водорода. Программа включает такие направления, как производство водорода (высокотемпературный электролиз, термохимическое производство и газификация биомассы); транспортировка и хранение (сжатый газ в композитном корпусе и хранение в твердом виде), технология топливных элементов, оценка безопасности и технико-экономическая оценка.
На данный момент активные исследования в области водородной энергетики ведутся и в России, примером чего может служить совместная программа Норильского Никеля, Газпрома и институтов РАН. Первыми итогами данной программы можно считать создание новых, относительно дешевых, активных и химически стабильных катализаторов, а также недорогих и эффективных твердых электролитов, пригодных для использования в портативных аккумуляторах или автономных электрогенераторах – как стационарных, так и для транспортных средств. По словам вице-президента «Норникеля» Владимира Пивнюка, 2/3 разработок являются экономически выгодными. 4
Несмотря на то, что рынок водородных технологий только формируется, многие страны уже готовятся к массовому выпуску продукции на основе водородных топливных элементов через 2-3 года. По некоторым оценкам, к 2010г. годовой оборот этого сектора рынка достигнет 1,2 трлн. долл., и даже может превысить размеры рынка информационных технологий (915 млрд. долл.), а к 2020 г. доходы от водородной промышленности достигнут $1,7 триллиона. По расчетам экспертов компании Shell, постройка водородных заводов и заправочных станций в США обойдется в $19 млрд, в Великобритании – в $1,5 млрд, в Японии – в $6 миллиардов.5 По некоторым прогнозам, водородная революция начнется с портативных источников тока, которые в ближайшие годы заменят привычные аккумуляторы, например, мобильных телефонов. Кроме того, успешная реализация намеченных водородных проектов может заметно перекроить существующую сейчас энергетическую карту мира после 2020г., что будет иметь серьезные последствия, как для стран-импортеров, так и для стран – экспортеров исчерпаемых энергоресурсов.