Новый газ
Весь мир ускоренными темпами внедряет электромобили, солнечные и ветряные электростанции. Но очень вероятно, что все эти технологии – лишь переходный этап на пути к новой энергетике, основанной на водороде
Автомобильный мир готовится к отказу от двигателя внутреннего сгорания (ДВС). С 2025 года Audi прекращает разработку бензиновых машин. Volvo и MercedesBenz завершат их производство в 2030 году. Volkswagen – к 2035-му. А Норвегия объявила, что уже с 2025 года в стране запрещается продажа новых машин с ДВС.
У электромобилей много преимуществ: они проще в обслуживании, быстрее разгоняются, меньше шумят, а главное, не выбрасывают в атмосферу углекислый газ, вызывающий глобальное потепление климата. И все же сами электромобили не гарантируют перехода к устойчивому развитию нашей технологической цивилизации. Вероятно, это лишь промежуточная, переходная технология, на смену которой вскоре придет другая – водородная.
Запасы электричества
Сегодня электричество, которым заряжают электромобили, по большей части вырабатывается на тепловых электростанциях. Так что выбросы CO2 не прекращаются, а лишь снижаются, поскольку у современных парогазовых установок КПД раза в два выше, чем у автомобильного двигателя.
Для полного избавления от выбросов CO2 надо повсеместно отказаться от сжигания ископаемого топлива. Такую возможность дает атомная энергетика, но доверие к ней упало после аварий в Чернобыле и на АЭС «Фукусима-1». Поэтому упор делается на развитие возобновляемых источников энергии.
Совокупная мощность солнечных и ветряных электростанций растет в мире на 15–20% в год. Они уже дают 8% глобального производства электричества, а в некоторых европейских странах – более 30%. Однако солнце и ветер – нестабильные источники энергии, зависящие от погоды и времени суток. Чтобы уйти от ископаемого топлива, надо энергию сохранять про запас, а с этим пока проблемы.
Типичная батарея электромобиля весом полтонны хранит около 100 киловатт-часов энергии – примерно как 10 литров бензина. Понадобилось бы 20 млн таких батарей, чтобы держать месячный запас электроэнергии для Москвы, – по две штуки на каждого жителя. Их бы хватило, чтобы сложить пирамиду Хеопса. И стоила бы такая батарейка как все российские атомные электростанции, вместе взятые.
Подсмотрено у природы
Подход к решению этой проблемы подсказывает сама природа. За счет фотосинтеза растения запасают солнечную энергию в химической форме, и потом она расходуется по мере необходимости. Кстати, наше ископаемое топливо – это тоже древняя органика, захороненная в осадочных породах. Биохимики давно пытаются реализовать искусственный фотосинтез. А естественный тем временем используется для производства биотоплива. И не страшно, что при сгорании этанола, биодизеля и биогаза выделятся CO2, ведь он не добыт из-под земли, а захвачен растениями из воздуха, куда и возвращается. Вот только справиться с нестабильностью солнечно-ветровой энергетики биотопливо не особо помогает: в нем не получается аккумулировать электроэнергию.
Однако не обязательно во всем повторять природу и запасать энергию в форме органики. Технологически удобнее использовать для этого чистый водород, получая его электролизом воды, то есть ее разложением на элементы под действием электрического тока. Обратную задачу решают топливные элементы, в которых водород, окисляясь, сразу дает электроэнергию, причем без горения и подвижных механических деталей. При этом в атмосферу выделяется лишь безвредный водяной пар.
Производить водород из воды можно там, где есть избыток чистой энергии – возле крупных ГЭС, офшорных ветропарков или в пустынных районах и на южных склонах гор, где максимально эффективны солнечные батареи. К месту использования его можно доставлять как обычное топливо. При этом водород универсален: можно не только получать из него электроэнергию, но и использовать его для отопления, в двигателях, в химической промышленности. Все это выглядит очень элегантно, но на практике оказывается несколько сложнее.