Новый ключевой продукт

Об авторе:
Академик РАН
Николай Николаевич Пономарёв-Степной -советский и российский физик-ядерщик, лауреат Государственной (1980) и Ленинской (1985) премий.
В 2018 году Президиум РАН наградил академика РАН Пономарёва-Степного золотой медалью им. А. П. Александрова за выдающиеся работы, внесшие большой вклад в исследования и разработки в области двухкомпонентной атомной энергетики и атомно-водородной энергетики, а также за многолетнюю плодотворную деятельность. С 2012 года по настоящее время Николай Пономарёв-Степной работает научным консультантом генерального директора АО «Концерн Росэнергоатом».

Для отечественной атомной отрасли водородная тематика не является чужой. Ещё с 70-х годов в Советском Союзе проводились исследования и разработки по программе «Водородная энергетика». Координатором этих работ выступала Комиссия по водородной энергетике АН СССР, а выполняли их в Курчатовском институте, академических институтах и на предприятиях Министерства среднего машиностроения, министерств общего машиностроения, энергетики, химической промышленности, чёрной металлургии, авиационной промышленности. Сегодня водородная энергетика названа одним из приоритетных направлений научно-технологического развития Госкорпорации «Росатом». Для этого есть несколько весомых причин в виде современных энергетических вызовов. Одним из таких вызовов является постоянный рост энергопотребления в развивающихся странах, при необходимости существенного снижения выбросов CO2 генерирующими объектами и промышленностью в атмосферу Земли. Второй вызов можно сформулировать как необходимость опережающего технологического развития, и он остро стоит перед Россией. Третий вызов –задача, поставленная руководителем атомной отрасли Алексеем Лихачёвым: «Росатом должен стать ведущей технологической компанией нашей планеты и войти в тройку технологических лидеров мира».

Плюсы водорода
— неограниченные сырьевые (вода) запасы
— высокая эффективность производства электроэнергии в топливных элементах
— не загрязняет окружающую среду при использовании в качестве топлива

Развитие атомно-водородной энергетики может дать ответ на эти вызовы. Водородная энергетика – это новый технологический уклад, где водород играет роль накопителя энергии, энергоносителя и химического реагента в промышленности. У водорода есть две уникальные функции: его можно использовать как энергоноситель и как химический реагент в промышленности. Назову основные направления потребления водорода. Транспорт на водороде: и авиационный, и морской, и ракетный, и автомобили, и дроны. Водород необходим в технологических процессах во многих отраслях: это и чёрная металлургия, и энергетика, и химическая промышленность, и нефтехимическая промышленность. Пищевая и фармацевтическая промышленность: тот же маргарин получается при использовании водорода. В Давосе в 2017 году был  организован Совет по водороду, собрались представители 13 промышленных фирм, причём крупнейших: и Toyota, и BMW, и General Motors. Они прогнозируют десятикратный рост потребления водорода – до 550 млн тонн к 2050 году. В энергетическом балансе, по их оценке, водород должен занять 15–20%. Прогнозируемый рынок – 2,5 трлн долларов. Приблизительно 20–25 млрд долларов в год фирмы, участвующие в совете, вкладывают в развитие водородных технологий. Когда я прочитал документ, подготовленный по итогам Совета, меня поразила одна вещь: очень много о потреблении водорода и практически ничего о производстве. А это означает, что у Росатома появился шанс сказать своё слово.
Применение атомных технологий позволяет обеспечить экологически чистое производство водорода. Сырьё для получения водорода – это вода и углеводороды. Традиционные методы производства водорода: паровая конвекция углеводородов и разложение воды – электролиз. Высокотемпературные реакторы с гелиевым теплоносителем, которые развивались начиная с 1960-х годов, можно эффективно использовать для производства водорода методом паровой конвекции метана, но нужно создать высокотемпературный теплообменник. Эти реакторы позволяют использовать топливо самого различного типа: и с ураном, и с плутонием, и с минорными актинидами, и так далее. Это обосновано и физическими, и экспериментальными данными. Несколько лет назад звучали предложения: давайте электролизёр поставим на атомных электростанциях и будем производить водород из воды. В концерне Росэнергоатом провели такую работу, на всех электростанциях электролизёры работают – производят водород, который используется для охлаждения генераторов в машинном зале. Это направление можно использовать на начальном этапе развития водородной энергетики, но для этого нужно сделать хорошие дешёвые промышленные электролизёры, эффективно работающие. Для обращения с водородом нужна определённая культура, хорошо известно, что он взрывоопасен. Необходимо решить задачи по аккумулированию, хранению, распределению и транспортировке водорода. Здесь мы можем использовать свой опыт работы с природным газом. Один из эффективных вариантов многотоннажного хранения водорода – закачивать газообразный водород в хранилище, создаваемое в отложениях каменной соли. В стране есть большой опыт создания и эксплуатации подземных хранилищ газов и жидкостей в каменной соли, существуют 16 соленосных бассейнов, в которых возможно строительство подземных хранилищ водорода. Можем использовать и опыт других стран по хранению газообразного водорода в подземных резервуарах.

Серьёзнейший вопрос –транспортировка водорода. Есть разные варианты: и трубопроводы, и ёмкости под давлением, и сжиженный водород. Если в природный газ добавлять до 20% водорода, можно транспортировать эту метановодородную смесь по традиционным трубопроводам. Такую возможность передачи водорода обосновали в Соединённых Штатах и уже применяют в Германии, Англии и ЮАР. Ещё один хороший носитель — аммиак, он содержит много водорода и может экспортироваться в жидком виде.
Необходимо разрабатывать также способы транспортировки сжиженного водорода.
Сколько могла бы Россия производить из того количества водорода, которое нужно миру? Она должна взять приблизительно такую долю, которую имеет по природному газу – до 12%. Мы должны поставить себе задачу взять на себя производство 50 млн тонн водорода в год. Для этого нужно построить такие атомные энерготехнологические станции, которые обеспечивали бы эффективное производство водорода. Четыре ядерных энергоблока по 600 мегаватт тепловых смогут выдавать около 1 млн тонн водорода в год. Наиболее эффективно водород можно применять в топливных элементах для производства электроэнергии.
В России уже создано топливо для высокотемпературных газовых реакторов (ВТГР), просчитаны параметры ВТГР, разработаны конструкция модульного реактора, высокотемпературные парогенераторы и теплообменники, циркуляторы с гелиевым теплоносителем, системы пассивной безопасности; технология гелиевого теплоносителя, системы расхолаживания, система преобразования энергии, модели и коды. Абсолютно уверен, что уровень готовности технологий позволяет в короткие сроки построить в России атомную тепловую электростанцию с реактором типа ВТГР. Считаю, что водородная энергетика не может быть создана в изолированном государстве, нужно обязательно работать вместе с иностранными партнёрами, развивать научно-техническое и бизнес-сотрудничество. Развитие проекта позволит Росатому выйти с водородом как с продуктом на мировой рынок. Росатом может инициировать создание крупномасштабного экологически чистого промышленного производства водорода на базе отечественных технологий атомно-водородной энергетики. Потенциальные объёмы производства водорода сравнимы в энергетическом эквиваленте с традиционным продуктом Росатома – электроэнергией. Проект крупномасштабного экологически чистого производства водорода из воды и природного газа представляет интерес для зарубежных партнёров, особенно для стран АТР. Участие в международном сотрудничестве (Hydrogen Council) по водородным технологиям и топливным элементам позволит России привлечь инвесторов в водородный проект. Я уверен в том, что атомно-водородная энергетика является одним из важнейших путей превращения Росатома в мирового технологического лидера.