Ожидается, что в будущем водородная промышленность составит основу глобальной экономики. Эту мысль высказывает большинство ученых и специалистов.

Водород может заменить нынешние уголь, нефть и природный газ. По различным прогнозам, это начнет происходить с 2040 года.

В ХХ веке одной из причин, препятствовавших развитию водородных технологий, была дороговизна ее производства. Однако в результате применения высоких технологий сейчас удается значительно снизить расходы на производство водорода. Одним из важнейших аспектов водорода является то, что это – экологически чистый продукт.

Сегодня водород играет важную роль и в выполнении государствами своих обязательств по борьбе с изменением климата. В условиях стремительного роста численности населения земного шара водород рассматривается в качестве решения проблемы обеспечения энергией жилых помещений, транспортной инфраструктуры, промышленности.

Основной задачей на ближайшие десять лет является формирование совершенно новой промышленности и рынка водородных технологий. Для этого требуются производство экологически чистого, «зеленого» водорода, его хранение в больших объемах и транспортировка на тысячи километров через трубы и танкеры, создание системы его применения в энергетике, транспорте, промышленности и домашних хозяйствах.

Водород как химический элемент был открыт в 1766 году британским ученым Генри Кавендишем. В 1800 году был изобретен метод получения водорода из воды при помощи электроэнергии. В середине XIX века была создана электрохимическая установка для получения электроэнергии с помощью водорода без процесса сжигания. В первой половине ХХ века были запущены экспериментальные установки по получению водорода из метана.

На сегодняшний день в основном за счет углеводородов в год вырабатывается около 55-65 миллионов тонн водорода. Он в основном используется при переработке нефти, а также в химической промышленности при производстве аммиака и метанола. В целом в настоящее время используется только 1-2 процента водорода от его общего объема.

В мировой энергетике происходят процессы глобальной трансформации, связанные с сокращением вредных выбросов в атмосферу. В рамках борьбы с изменением климата ведущие развитые страны в своих стратегиях развития, среди которых и Парижское соглашение по климату, ставят цель уменьшить количество парниковых выбросов. Для ее достижения важное значение имеют источники возобновляемой энергии.

По прогнозам Международного энергетического агентства, к 2040 году в мире 20-35 процентов вырабатываемой электроэнергии будет приходиться на долю солнечных и ветряных электростанций. При таком развитии будет расти спрос на технологии сохранения и быстрой компенсации энергии. Водородная энергетика является эффективным средством, создающим возможности для долгосрочного хранения энергии. При этом излишнюю энергию, выработанную солнечными и ветряными электростанциями, можно будет использовать в технологиях производства водорода из воды.

Более 50 корпораций и 20 стран мира приняли свои долгосрочные стратегии по развитию водородных технологий, которые ускоренно реализуются за счет применения различных льгот.

К примеру, Япония своей основной целью ставит формирование «общества, основанного на водороде». Эта страна осуществляет межконтинентальный импорт водорода из Австралии, Норвегии и других стран и начала реализовать проекты по применению водорода в домашних хозяйствах. Кроме того, в рамках своей «дорожной карты» The Strategic Road Map for Hydrogen and Fuel Cells Япония нацелена использовать к 2050 году 10 миллионов тонн водорода.

В США водородная программа под различными названиями реализуется с 1970 года. В XXI веке она переживает эпоху возрождения – программе US DOE Hydrogen and Fuel Cells Program ежегодно выделяется 120 миллионов долларов США.

В Европейском Союзе с 2017 года реализуется программа The Fuel Cells and Hydrogen Joint Undertaking (FCH JU), согласно которой до 2023 года на развитие водородных технологий будет направлено 1,8 миллиарда евро.

В Узбекистане большой потенциал имеют солнечная и ветряная энергетика, но препятствием для их развития является то, что данные направления энергетики связаны с изменениями погодных условий, сменой дня и ночи. Ветряные электрогенераторы работают только тогда, когда скорость ветра превышает 5-6 м/с. В регионах Узбекистана с высоким потенциалом скорости ветра энергия вырабатывается в среднем 3200-4300 часов в год, тогда как продолжительность года составляет 8760 часов. Солнечные фотоэлектрические станции работают только днем в безоблачные и малооблачные дни. В самых солнечных регионах Узбекистана энергия вырабатывается в среднем 1500-2200 часов.

Ночью в безветренное и облачное время суток количество энергии, вырабатываемой за счет переменных возобновляемых источников энергии, резко снижается, что требует компенсации за счет других источников. Использование в этих целях блоков тепловых электростанций, химических аккумуляторов значительно повышает себестоимость используемого каждого кВт поставляемой электроэнергии.

За счет излишек от большого объема энергии, получаемой за счет переменных возобновляемых источников энергии, можно получать водород, хранить его какое-то время и использовать в качестве компенсации в условиях дефицита энергии.

Водород в нашей стране может быть использован в следующих направлениях:

а) в качестве экологически чистого топлива. В процессе горения водорода выделяется водяной пар и вырабатывается тепловая и электрическая энергия;

б) в качестве топливных элементов. В этом случае электричество получают непосредственно из водорода без процесса горения, в результате образуется только чистая вода. Эти элементы используются и в водородных автомобилях.

С точки зрения «зеленой» энергетики коэффициент полезного действия (КПД) элементов водородного топлива очень высокий – 70-90 процентов.

Для сравнения: КПД лучших двигателей внутреннего сгорания составляет 35-40 процентов, КПД солнечных фотоэлектростанций – всего 15-20 процентов, поскольку они очень зависимы от погодных условий. КПД самых лучших ветряных электростанций доходит до 40 процентов, однако для них также требуются благоприятные погодные условия и дорогостоящее сервисное обслуживание.

В целях развития сферы водородной энергетики в нашей стране Министерство инновационного развития разработало предложения по созданию Научно-практического инновационного центра технологий водородной энергетики. В этом центре планируется проведение исследований в области получения, хранения и использования водорода.

Азимжон НАЗАРОВ,

заместитель министра инновационного развития Республики Узбекистан.

УзА