RUS ENG
 

ГЛАВНАЯ
ГОСУДАРСТВО
МИРОВАЯ ПОЛИТИКА
БЛИЖНЕЕ ЗАРУБЕЖЬЕ
ЭКОНОМИКА
ОБОРОНА
ИННОВАЦИИ
СОЦИУМ
КУЛЬТУРА
МИРОВОЗЗРЕНИЕ
ВЗГЛЯД В БУДУЩЕЕ
ПРОЕКТ «ПОБЕЖДАЙ»
ИЗ АРХИВОВ РП

Русский обозреватель


Новые хроники

10.03.2008

Михаил Масленков

МИФ О ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ. Часть 1

Можно ли рассчитывать на то, что водород заменит нефть?

Триумфальная поступь водородной энергетики продолжается не одно десятилетие. Ежегодно крупные ученые, руководители промышленных концернов и правительственные чиновники обещают нам: вот-вот, буквально завтра, в энергетике наступит «светлое будущее». Автомобилисты пересядут в машины с водородными двигателями, а потом и производство электроэнергии перейдет на экологически чистые водородные технологии.

Однако это далеко не так. Водородные технологии – очередной научно-технический миф. Дело в том, что водородная энергетика (во всяком случае, в том виде, в каком она сегодня вырисовывается) неэффективна. Известный отечественный изобретатель Виктор Петрик назвал ее «высочайшей бессмысленностью».

 

СТАРАЯ ПЕСНЯ

Еще в далекие 70-е годы в Ленинградской публичной библиотеке, помнится, организовали выставку публикаций, посвященных энергетике будущего – водородным технологиям. В двух десятках книг и научных статей раскрывались все преимущества этой идеи, находящейся на острие научно-технического прогресса. В то время будущее мировой энергетики виделось в двух прорывах: в области термоядерного синтеза и в водородной технологии. Понятно, почему научно-техническая мысль приняла такую ориентацию. Во-первых, неограниченные ресурсы топлива для этих методов – океанская вода. Во-вторых, минимальное экологическое давление на окружающую среду в том и другом случае.

Прошло несколько десятилетий. Можно уже подвести кое-какие итоги, и они оказываются неутешительными. Термоядерные энерготехнологии до сих пор не вышли за рамки лабораторных экспериментов. Международное строительство грандиозного «Токамака» во Франции подразумевает не что иное, как продолжение этих же опытов, но в более масштабных условиях.

С водородной технологией получения энергии вообще произошли удивительные метаморфозы. Из всеобъемлющей идеи о почти даровом возобновляемом топливе для производства тепла и электричества она выродилась в попытку создать автомобиль, двигатель которого вместо углеводородного топлива использовал бы горючий водород. Мотивировка здесь одна: экологическая чистота. Этот весьма спорный мотив на все лады склоняется до сих пор.

По данным Центра технологий и политики в области национальной безопасности США, первые американские исследования по использованию водорода были начаты в 1944 году, и их курировало Министерство обороны, заинтересованное в создании водородного топлива для ракет. В 1950-е годы предпринимались попытки построить реактивные самолеты на водородных двигателях. В 1970-е, после того как в мире разразился беспрецедентный нефтяной кризис, аналогичные исследования стал проводить военно-морской флот США. Все эти эксперименты закончились неудачей.

 

КАК ХОРОШАЯ НАУЧНАЯ ИДЕЯ ПРЕВРАТИЛАСЬ В БЛЕФ

Однако попытка создать новую энерготехнологию изначально была блефом, так как не опиралась на научно-технический задел по технологиям производства водорода. Этого задела не было ни десять лет назад, нет его и сегодня. До сих пор никто не знает, как произвести достаточно дешевый водород из возобновляемых источников. А такой источник на планете только один – это вода. Без такой технологии все разговоры о новой энергетике (в том числе о водородном автомобиле) попросту бессодержательны.

Кроме того, экологическая безупречность водородного двигателя, в любых вариантах его конструкции, также сомнительна.

Мы откроем некоторые секреты мифической водородной технологии.

Чтобы стало ясно, почему хорошая научная идея превратилась в блеф, который используют для получения разного рода дивидендов безответственные люди, остановимся на некоторых общеизвестных аспектах водородной технологии подробнее.

Решение общей проблемы использования водорода в автомобилях распадается на три самостоятельные проблемы:

- разработка технологии получения водорода;

- разработка автомобильного движителя;

- создание инфраструктуры заправочных станций и доставки к ним водорода.

На пути создания водородной инфраструктуры принципиальных технических препятствий нет. В США, в Калифорнии, такие заправочные станции уже существуют. Однако создание подобной сети, параллельной сети бензиновых автозаправок, в масштабах среднего по размерам государства потребует огромных финансовых затрат в сотни миллиардов долларов. Готовы ли мы выложить их из своего кармана? Насколько это удорожает пробег, скажем, одного километра? – никто не хочет отвечать на этот вопрос!

Модными идеями разработки собственного водородного автомобиля озабочены все солидные автопроизводители. Нет числа многочисленным водородным «концепт-карам», демонстрируемым на выставках. Некоторые их варианты уже выпускаются небольшими промышленными партиями. Существует несколько основных вариантов конструкции нового автомобиля:

- автомобиль с двигателем внутреннего сгорания, работающим на гибридном топливе (углеводороды или спирты плюс водород);

- автомобиль с гибридной схемой: с двигателем внутреннего сгорания и электромотором; возможно использование и гибридного топлива;

- автомобиль с электродвигателем и электрохимическим источником тока (топливным элементом), в котором непосредственно на борту автомобиля энергия окисления водорода преобразуется в электроэнергию.

Говорить о первых двух вариантах нет нужды: разного рода гибридные конструкции вряд ли будут сколько-нибудь экономически оправданы по сравнению с последним вариантом в его идеальном виде. Они являются своего рода переходной конструкцией к «чистому» водородному автомобилю. Однако только в том случае, если «чистому», идеальному варианту водородного двигателя будет найден источник водородного топлива, адекватный поставленной задаче. В противном случае гибридные движители намного опережают своего водородного собрата.В противном случае гибридные движители намного опережают своего водородного собрата.

Теперь несколько слов о последнем, самом, как нас пытаются уверить, «многообещающем», но на самом деле в сегодняшних реалиях – провальном варианте. Его создание подразумевает решение двух главных задач:

- разработку эффективного и приемлемого по цене топливного элемента;

- разработку эффективного и безопасного способа хранения водорода в автомобиле.

Решение этих задач представляет собой достаточно сложную научно-техническую проблему, на которую уже затрачены миллиарды долларов. Однако до сих пор они еще далеки от своего оптимального решения. Вместе с тем не приходится сомневаться, что, в конце концов, такие решения будут найдены. Вот только нужны ли они?

Задача разработки приемлемого по цене и эффективности преобразования энергии топливного элемента находится в более выигрышном положении, чем вторая задача. Топливные элементы разработаны несколько десятилетий назад и успели положительно зарекомендовать себя при их использовании в космических аппаратах. Вот только в космических исследованиях никто не считает деньги. Сегодня автомобильный топливный элемент должен быть во много раз дешевле, чем тот, который используется в космосе.

С задачей разработки технологии эффективного и безопасного хранения водорода дело обстоит много сложнее. Водород является горючим газом, который очень трудно удержать в герметическом резервуаре, например, в баллоне высокого давления. Это создает вполне реальную и постоянно присутствующую угрозу возгорания и взрыва водорода на борту автомобиля или на заправочной станции. Кроме того, для приемлемой величины пробега автомобиля между двумя заправками, в него должны загружаться не один, а несколько тяжелых резервуаров со сжатым водородом. Это отрицательно скажется на грузоподъемности вашего автомобиля: из пятиместного он превратится, например, в двухместную «пороховую бочку». Вам это понравится?

Однако здесь существует изящное техническое решение. Ученые нашли принципиально новый способ хранения водорода: нужно, чтобы он был сорбирован каким-либо веществом, то есть «прилепился» к другим молекулам или поверхностям и оказался бы связанным. В последние годы на роль таких сорбентов прочат различные виды нановеществ. Лабораторные эксперименты свидетельствуют о перспективности такого подхода.

Показателем эффективности хранения водорода в этом случае является показатель кратности веса (массы) сорбированного водорода относительно веса сорбента. Считается, что критический минимум этого показателя, при котором можно будет эффективно хранить водород для его использования в топливных элементах, равен 6%. Сегодня в США достигнут уровень 2,6%, в Японии – 0,8%. Наибольших успехов удалось достигнуть В. Петрику. На платинированных углеродных нанотрубках он экспериментально получил 4,3%!

Виктор Иванович Петрик в разговоре со мной вспоминает этот эпизод:

– Я покрыл своим газофазным методом нанотрубки платиной, они облетели весь мир… И я загнал в эти нанотрубки водород, больше чем 4,3%. Но я бросил это… Я бросил это, потому, что увидел высочайшую бессмысленность…

Какой же подвох увидел В. Петрик в этом «острие современного научно-технического прогресса»? В чем и по отношению к чему выражается «высочайшая бессмысленность»?»?

 

ГЛАВНАЯ ПРОБЛЕМА ВОДОРОДНОЙ ТЕХНОЛОГИИ – ПРОИЗВОДСТВО ВОДОРОДА

Сейчас мы вплотную приблизились к главной теме нашего разговора: к технологии получения водорода. Газообразный водород можно получать прямо из воздуха или из воды. Но он выходит в этом случае настолько дорогим, что ни о каком его использовании в качестве автомобильного топлива не может идти и речи.

Но это еще полбеды. Понимание настоящей беды приходит тогда, когда задумаешься о том, каким способом можно получить водород, например, из воды в заметных количествах. Для электролиза воды, в процессе которого выделяется водород, необходимо затратить огромное количество электроэнергии. Что же получается?

Мы должны добыть из-под земли невозобновляемое углеводородное сырье – газ, нефть, уголь, – сжечь его на тепловой электростанции, чтобы с помощью полученной электроэнергии добыть из воздуха или воды водород, чтобы, в свою очередь сжечь его либо в двигателе внутреннего сгорания, либо в новомодных топливных элементах! Но это же полный бред!

Даже технически неподготовленному человеку интуитивно ясно, что добыть что-то, чтобы сжечь для того, чтобы добыть нечто другое, предназначенное также к сжиганию, – это идиотизм! К сожалению именно в этом заключается сущность и содержание так называемой современной водородной технологии. Сам собой напрашивается вывод: такую дебильную технологическую схему использования углеводородного сырья придумали специально, чтобы сделать автомобильное топливо в 10-20 раз дороже углеводородного бензина!

Могут возразить: существуют способы получения электроэнергии не обязательно посредством сжигания углеводородов, а, например, на атомных электростанциях или с помощью солнечных батарей.

Все правильно, можно с помощью электроэнергии, выработанной на АЭС, а в будущем, вполне возможно, и в термоядерных реакторах, начать производство из воды водорода. Но зачем? Чтобы специально в несколько раз повысить стоимость автомобильного горючего? Почему нельзя использовать эту электроэнергию в автомобиле напрямую, запасая ее в аккумуляторах? Ведь аксиомой промышленно-инженерной экономики является создание технологий с минимальным количеством технологических операций или технологических переделов! Появление в технологической цепочке дополнительного передела обязательно приводит к значительному удорожанию конечной продукции. В случае с нелепым автомобильным водородом – в несколько раз!

 

НЕКОНКУРЕНТОСПОСОБЕН ПО ОПРЕДЕЛЕНИЮ

По энергетической эффективности и стоимости водород никогда не будет конкурентоспособным.

То, что я рассказал вам, можно пересказать на другом, более сухом языке, например, с помощью понятия «коэффициент полезного действия». Только этот КПД необходимо считать не лукавым способом, чтобы представить, например, водородный топливный элемент в выгодном свете, а с учетом всех технологических переделов, которые проходит топливо с момента его добычи из-под земли до момента сгорания в двигателе автомобиля. Подобный расчет проделан компанией «Тесла Моторс» (Tesla Motors).

Сотрудники компании, разработавшие серийный электроавтомобиль «Тесла», прекрасно работающий на аккумуляторах из обычного мобильного телефона, высчитали полный КПД автомобилей разных типов, проследив весь путь «энергии» от нефтяной или газовой скважины и до непосредственно ведущих колес машины.

В случае с бензиновыми и дизельными авто – это добыча и переработка нефти, КПД собственно двигателя внутреннего сгорания (ДВС) и трансмиссии машин, ну и в целом – их расход топлива на 100 километров.

В случае с электромобилем – опять-таки, добыча топлива (газа), сжигание его на тепловых станциях, выработка электроэнергии, передача ее по сети, зарядка автомобиля, полный КПД его электрических систем, включая электромотор, и снова «расход топлива», точнее – затраты электричества, выкачанного из розетки.

То же самое было сделано для водородного автомобиля, а также двигателя, использующего в качестве топлива метан: добыча газа из скважины (сегодня наиболее выгодно получать водород из природного газа), получение из газа водорода, транспортировка до заправочной станции, КПД сжигания водорода в топливном элементе и электропривода колес.

В качестве параметра сравнения была выбрана величина пробега автомобиля в расчете на величину исходной химической энергии углеводородов, добытых из недр.

Результаты такого сравнения оказались поразительными, хотя и вполне прогнозируемыми здравым умом.

На каждом мегаджоуле первоначальной химической энергии можно проехать:

- на электромобиле с литий-ионными аккумуляторами – 1,14 км;

- на гибридном автомобиле (ДВС плюс электромотор) – 0,56 км;

- на автомобиле с дизельным или бензиновым двигателем внутреннего сгорания – 0,48-0,52 км;

- на автомобиле с ДВС работающим на сжатом метане – 0,32-0,35 км;

- на автомобиле с водородом и топливными элементами – 0,32-0,35 км.

Вы видите, что по суммарной энергетической эффективности автомобили на водороде и метане оказываются неконкурентоспособными по сравнению с любым другим движителем! А если учесть чрезвычайную взрывоопасность водорода и энергетические затраты на ее снижение (которые в приведенном расчете не были учтены), то водородный движитель для автомобиля вообще окажется на последнем месте!

Нет технической идеи более глупой и неэффективной, чем водородный автомобиль, если топливо для него добывать из углеводородов или с помощью электричества! Эти сырьевые ресурсы выгоднее не перерабатывать еще в один вид топлива, а использовать в автомобиле напрямую. Особенно это разумно по отношению к электроэнергии.

Почему-то поборники водородной энергетики скрывают от общественности еще один важный аргумент, который превращает водородную идею в блеф.

Как пишет в своем критическом обзоре водородной технологии Г. Резник («Электричество», №9, 2003 г.), дело в том, что для генерирования одной энергии всегда необходим другой вид энергии. Целесообразность каждого из таких процессов оценивают по такому параметру как полезная энергия – то есть полученная в конечном итоге, за вычетом затрат на ее производство.

Например, у нефти полезная энергия колоссальна: при использовании этого топлива можно генерировать примерно в 200 раз больше энергии, чем расходуется на его поиск и добычу. Значительно меньшей полезной энергией обладают газ, уголь, ветер и солнце. Тем не менее, у всех этих источников она есть. Однако у водорода полезная энергия отрицательна – это означает, что затраты энергии на его получение превышают количество, которое этот носитель может генерировать. Именно этот факт представляет главнейшую проблему на пути создания водородной энергетики: каким бы образом ни окислять водород – прямым его сжиганием или в топливных элементах – все равно при этом выделяется меньше энергии, чем необходимо для его исходного получения.

Однако в природе «ничего не может быть из ничего». По сути дела нам предлагают компенсировать чрезвычайно низкую эффективность водорода как топлива увеличением объемов переработки тех же углеводородов: нефти, газа, угля... Но ведь это – жульнический прием, призванный выкачать из карманов потребителей гораздо больше денег, чем это можно сделать с помощью нефти или газа!

Вы теперь понимаете, в чем заключается петриковская «высочайшая бессмысленность» водородной технологии в том виде, в каком она навязывается политиками и учеными всему современному обществу!» водородной технологии в том виде, в каком она навязывается политиками и учеными всему современному обществу!

Именно в этом заключается сущность современной водородной мифологии.

Водородная энерготехнология самым естественным образом получит широкое распространение только в том случае, если произойдет научный прорыв в области производства водорода, если будут созданы революционные технологии его получения из воды без использования углеводородов или электроэнергии.

Однако как раз в этих актуальнейших областях научно-технического прогресса исследовательские работы практически не ведутся.

Михаил Масленков (Санкт-Петербург), изобретатель

(Окончание следует)

 

Максим Калашников

ПРОБЛЕМА «ДЕШЕВОГО ВОДОРОДА» РЕШАЕМА!

Автор этой интересной статьи, по большому счету, сводит проблему к одному главнейшему аспекту: как получить дешевый водород? Как сделать так, чтобы на получение топлива из водорода не тратилось больше энергии, чем можно затем из него извлечь? Все остальное, извините, походит на брюзжание.

Скажем одно: добывать водород без затрат углеводородов и электричества возможно!

Прочие аргументы автора оспорить особого труда не составляет. Автомобиль на топливных элементах (где водород и кислород, соединяясь на мембране, дают электричество) на самом деле экономичнее бензинового. Прежде всего потому, что такой машине не нужна громоздкая трансмиссия (современные электромоторы можно ставить на каждое колесо), кривошипо-шатунный механизм, коленвал, коробка передач, вентилятор, карбюратор и т.д. Электромоторы меньше и легче бензинового мотора, их КПД намного выше. То есть, налицо огромная экономия: в отличие от бензинового собрата, «водородомобилю» не нужно возить лишнего веса, внутри его высвобождается приличное пространство. Энергия его не теряется в трансмиссии и коробке передач. Кроме того, в РФ умеют делать сверхлегкие электромоторы на постоянных магнитах, и это – огромный прорыв в технике! Впрочем, можно пойти по более традиционной схеме: один электромотор – но с маховиком, аккумулятором энергии. Эффективность маховиковых автомобилей была блестяще доказана еще в 1970-е.

Топливные кислородо-водородные элементы (их еще называют ЭХГ – электрохимическими генераторами) уже известны. Они применяются не только на космических кораблях (где не взрываются), но и на экспериментальных подводных лодках. Да, сегодня топливные элементы-ЭХГ дороги. Но ведь это совсем не означает того, что их нельзя сделать в несколько раз дешевле, особенно с прогрессом нанотехнологий. Впрочем, об этом, ссылаясь на известного изобретателя Петрика, говорит сам Масленков. Напомним, что когда-то и алюминий выходил дороже золота, из него даже украшения в эпоху Наполеона Третьего делали. А теперь его вырабатывают в промышленных масштабах!

То же самое будет и с топливными элементами-ЭХГ. Запасать же водород можно не во взрывоопасных баллонах, а в абсорбирующих «наногубках», отдающих его постепенно. Этим полностью снимается проблема взрывоопасности нового транспорта. Более того, широкомасштабное производство дешевых ЭХГ – это ключ к созданию «домашних» электростанций и огромного флота скрытных подводных (и неатомных!) подводных лодок с повышенной автономностью плавания. Субмарин сравнительно недорогих. Это – ключ к созданию флота грузовых кораблей-электроходов с передним приводом (изобретение самого Михаила Масленкова).

Остается одна, корневая проблема – где взять много дешевого водорода? «Так она все ваши контраргументы перевешивает, полностью доказывая правоту Масленкова!» – воскликнет читатель.

И будет все-таки неправ. Способ получать легкий горючий газ без затрат нефти, газа, угля и электричества есть. Причем изобретен он русским гением. Но об этом – в окончании нашей полемики

(Окончание следует)


Количество показов: 9144
(Нет голосов)
 © GLOBOSCOPE.RU 2006 - 2024
 E-MAIL: GLOBOSCOPE@GMAIL.COM
Русская доктрина   Институт динамического консерватизма   Русский Обозреватель   Rambler's Top100