ВОДОРОД ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И ТРАНСПОРТ

HYDROGEN ENERGY AND TRANSPORT

ВОДОРОД ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ЭНЕРГИИ: ПРОБЛЕМЫ И ПЕРСПЕКТИВЫ

Б. П. Тарасов , М. В. Лотоцкии

Member of International Editorial Board

Институт проблем химической физики РАН г. Черноголовка, Московская обл., 142432, Россия Тел.: +7-(496)-5221743; факс: +7-(496)-5155420; e-mail: btarasov@icp.ac.ru

* Институт проблем материаловедения НАН Украины ул. Кржижановского, 3, Киев, 03142, Украина Тел.: +38-(044)-4243364; факс: +38-(044)-4242131; e-mail: mvlot@inbox.ru

Исчерпаемость ископаемых органических топлив и растущие глобальные экологические проблемы обусловили повышенный интерес к возобновляемым источникам энергии и к технологиям, связанным с использованием водорода в качестве вторичного энергоносителя. В настоящее время в мире задействован ряд крупных программ, ориентированных на коммерциализацию научно-технических разработок для практической реализации концепции водородных энерготехнологических систем. Водородная энергетика, зародившаяся на фоне мирового нефтяного кризиса 1970-х гг., к настоящему времени переросла в динамично развивающееся научно-техническое направление, поддержка которого возведена в ранг приоритетов политики международных сообществ, национальных правительств, коммерческих компаний и общественных организаций. Помимо экологического фактора, важным стимулом такого подхода является стремление к уменьшению зависимости экономики ряда стран от импорта органических топлив.

Введение

Дефицит ископаемых органических топлив в сочетании с растущими глобальными экологическими проблемами обусловил огромный интерес исследователей к использованию возобновляемых источников энергии. К настоящему моменту сложилось мнение, что благодаря неограниченным ресурсам, высокой энергонасыщенности, технологической гибкости и экологической чистоте процессов преобразования энергии водород следует рассматривать как наиболее перспективный энергоноситель будущего.

Стратегия использования возобновляемых источников энергии с водородом в качестве энергоносителя предусматривает значительное изменение сложившейся структуры топливно-энергетического комплекса. Основной путь этой программы связан с постепенной заменой углеводородных энергоносителей (нефть, природный газ, уголь и продукты их переработки) на водород, получаемый путем расщепления воды с использованием как ряда традиционных (гидро- и атомная энергетика), так и возобновляемых (солнечные, ветровые, геотермальные и т. п.) источников первичной энергии. Новая инфраструктура, формирова-

ние которой планируется завершить к концу нынешнего века [1, 2], предусматривает использование водорода и электроэнергии как основных взаимодополняющих компонентов энергетической составляющей экономики, включая энергетику, промышленность, транспорт, сельское хозяйство и коммунально-бытовую сферу.

В настоящее время работы в области водородных энерготехнологий находятся в стадии существенного роста, так или иначе проявляющегося во всех сферах техногенной и общественной деятельности общества. Эта тенденция характерна для большинства стран мира, включая развитые (США и Канада, Япония, Западная Европа), развивающиеся (Китай, Индия) и многие другие. Начиная с 2002 г., указанный процесс затронул и Россию, где работы по водородной энергетике и топливным элементам возведены в ранг приоритетных и получают инвестиционную поддержку и государства, и крупных коммерческих структур.

Данный обзор содержит краткий анализ современного состояния и тенденций развития работ в области водородной энергетики и технологии и имеет целью показать актуальность данного направления, некоторые проблемы дальнейшего развития этой области, а также необ-

Статья поступила в редакцию 28.09.2006. The article has entered in publishing office 28.09.2006.

ходимость принятия решений, обеспечивающих эффективное планирование, координацию и финансирование соответствующих работ.

Водородная энергетика и технология является чрезвычайно широкой междисциплинарной сферой человеческой деятельности, объединяющей ^ усилия представителей многих областей естествен-£ ных наук, инженеров и экономистов. Для успеш-| ной реализации концепции водородных энергоси-Д стем необходимо иметь достаточно четкое пред-3 ставление об общих тенденциях развития и "§ выработать системный подход к решению про-.у блемы. Авторы не рассчитывают на то, чтобы ре-§ шить эту задачу, скорее приглашают своих кол-^ лег, работающих в разных областях, связанных § с получением, хранением и использованием водорода, к дискуссии, тема которой вынесена в заглавие настоящей статьи и которая имеет целью выработать такой системный подход.

1. Особенности водородных технологий

Водород обладает уникальным набором свойств, с одной стороны, определяющих возможности его широкого использования в различных областях промышленности и, с другой — порождающих ряд технических проблем, которые требуют своего разрешения в ходе реализации того или иного технологического процесса с участием водорода [3-6].

Водород является наиболее распространенным элементом во Вселенной (93 ат. %) и одним из самых распространенных на Земле (15,52 ат. %). При среднем содержании водорода в земной коре 1,4г/кг его основными источниками на Земле являются вода и органические соединения, включая каменный уголь, нефть, природный газ и биомассу.

Способность водорода вступать при повышенных температурах в присутствии катализаторов в реакции гидрирования широко используется в химической (синтез аммиака и метанола), нефтехимической (гидрокрекинг) и пищевой (гидрирование растительных жиров) промышлен-ностях, а также в ряде других отраслей. Восстановительные свойства водорода (т. е. возможность восстановления оксидов, галогенидов и ¡- других соединений до элементов) используются в химической технологии, в порошковой метался лургии, металлообработке, машиностроении, | микроэлектронике.

'1 Из всех известных газов водород имеет са-

§< мую низкую вязкость и самую высокую тепло-| проводность. Так, при комнатной температуре £ и атмосферном давлении теплопроводность во-| дорода (0,182 Вт/(м К)) в 1,24 раза превышает ^ теплопроводность гелия, в 5,9 — метана, в й 7,2 — азота и кислорода, в 10,7 — аргона. Ко-0 эффициент динамической вязкости газообразного водорода при атмосферном давлении и комнатной температуре составляет 8,9210-6 Па с, что в 2,11 раза ниже, чем для гелия при тех же условиях [3, 7]. Благодаря данному обстоятельству водород эффективно применяется для уменьшения трения в движущихся частях установок

(например, турбогенераторов, используемых в тепловой и атомной энергетике) и их охлаждения. В то же время низкая вязкость водорода обусловливает повышенную вероятность его утечек через уплотнения, предъявляя более жесткие требования к качеству водородной газовой арматуры.

Водород относят к горючим газам с повышенной пожаровзрывоопасностью [8]. Этому способствуют широкие концентрационные пределы горения и детонации, высокая скорость распространения пламени (в 8 раз выше, чем у метана), а также низкая (в 14,5 раза ниже, чем у метана) минимальная энергия воспламенения. Вместе с тем низкая плотность и высокая диффузионная способность водорода способствуют быстрому снижению его концентрации на открытой местности и в вентилируемых помещениях. К тому же водород имеет достаточно высокую нижнюю границу детонации (в 2,06 раза выше, чем у метана), что существенно снижает его взры-воопасность в реальных условиях.

К настоящему времени технологии крупномасштабного производства и переработки водорода являются хорошо освоенными. В соответствии с данными источников [9-13], ежегодное мировое производство водорода к концу 1990-х гг. составляло 40-45 млн. т или 450-500 млрд. м3. В других источниках [6] приводятся несколько большие значения: 60 млн. т на 1990 и 80 млн. т на 1998 г. В любом случае указанные объемы являются значительными, соответствуя 20-25 % ежегодной мировой добычи природного газа. Большую часть водорода получают путем паровой конверсии либо частичного окисления углеводородного сырья, главным образом, природного газа (рис. 1а). Следует отметить, что только 62 % водорода производят как целевой продукт, остальные 38 % являются побочным продуктом других производств (нефтепереработка, коксохимия и т. п.). К последним также относится почти весь водород, получаемый в настоящее время электролизом (производство хлора и каустической соды).

Структура потребления водорода [6, 12-14] показана на рис. 1б. Как видно из данных рисунка, основными потребителями водорода (95 %) являются химическая промышленность и нефтепереработка. Водород является ключевым элементом в производстве минеральных удобрений (получение аммиака). Определяющее значение имеет использование водорода в многочисленных процессах органического синтеза как в виде метанола, так и непосредственного реагента. Особое место водород занимает в нефтепереработке (гидрокрекинг, гидроочистка), способствуя увеличению глубины переработки сырой нефти и повышению качества конечных продуктов — углеводородных топлив с повышенной теплотворной способностью и уменьшенными вредными выбросами от их сжигания. Потребность нефтепереработки в водороде на 1998 год составляла около 1 вес. % от объема перерабатываемой сырой нефти, причем имеет место тенденция неуклонного увеличения указанной доли [14].

Нефть 7%

Другие Космос 4 %

Рис. 1. Структура мирового производства (а) и потребления (б) водорода

Более половины потребляемого в мире водорода на сегодняшний день используется в качестве химического сырья. Косвенное использование остальной части в энергетических целях главным образом относится к обеспечению нагрева для проведения технологических процессов, как правило, с одновременным участием водорода в химических реакциях (гидрирование, раскисление и т. п.). Раскисляющее действие водорода широко применяют в порошковой металлургии, металлообработке, производстве стекла, синтетических рубинов и т. п. (в сумме примерно 2 % от общего потребления водорода). Применение водорода в микроэлектронике главным образом связано с получением кремния путем восстановления SiCl4.

Основным потребителем водорода как топлива является космонавтика. Комбинация «жидкий водород (топливо) — жидкий кислород (окислитель)» обеспечивает максимальное выделение энергии на единицу веса, что является определяющим критерием для аэрокосмических приложений.

Следует отметить, что из значительного объема производимого водорода только 5 % в настоящее время является коммерческим продуктом, продаваемым от производителей потребителям. Как правило, крупные потребители водорода сами производят его для собственных нужд [3, 5], что вызвано экономическими факторами (высокие цены на товарный водород), а также техническими трудностями обеспечения хранения и транспортировки больших количеств водорода.

Совершенствование водородных технологий сопряжено с решением трех групп проблем, связанных с разработкой эффективных, экономически выгодных и безопасных процессов и оборудования, обеспечивающих производство водорода, его использование, а также — компактное хранение. Соответственно, работы в области водородных технологий развиваются преимущественно по трем направлениям: производство водорода, хранение и транспортировка водорода, использование водорода.

Существующие способы производства водорода базируются на использовании в качестве исходного сырья воды (электролиз, фотолиз и радиолиз), угля и природного газа (паровая и па-рокислородная конверсии), сероводорода (химическое и плазмохимическое разложение) и некоторых других водородсодержащих веществ. Основное направление совершенствования всех процессов производства водорода состоит в увеличении их эффективности, уменьшении капитальных затрат и эксплуатационных расходов, увеличении надежности и технологической гибкости.

Получение водорода из природных органических топлив в настоящее время является наиболее широко освоенным методом. Основной технологией является паровая конверсия метана [13, 15-17]. Как видно из данных рис. 1а, по указанной технологии получают около 85 % производимого в мире водорода, что обусловлено достаточно высокой (более 80 %) эффективностью процесса, его реализацией на уровне крупномасштабного производства, сравнительно невысокой (на настоящий момент) стоимостью и отлаженной инфраструктурой транспортировки исходного сырья. В результате стоимость водорода для данной технологии оказывается самой низкой по сравнению со стоимостью водорода, получаемого другими методами. При этом она существенно снижается по мере увеличения производительности (рис. 2): от 11,2 долл. США за 1 ГДж (1,3 долл. США/кг Н2) для сравнительно малых промышленных установок (270 тыс. м3 Н2 за день) до 5,5 долл. США за 1 ГДж (0,66 долл. США/ кг Н2) для крупных (7-25 млн. м3 Н2 в сутки).

Основными недостатками получения водорода из природного газа являются зависимость от поставок сырья, основные запасы которого распределены всего между несколькими регионами мира1, а также выбросы в атмосферу боль-

Рис. 2. Себестоимость производства водорода (на 1998 г., в энергетическом эквиваленте) по технологии паровой конверсии природного газа [16]

Ближний Восток — 40,8%, Россия — 26,7%, Иран — 15,2%, Катар — 14,7%

ших количеств С02, утилизация которого требует значительных капитальных затрат и эксплуатационных расходов, тем самым существенно повышая стоимость конечного продукта. Кроме этого, являясь идеальным для крупномасштабного производства, метод паровой конверсии метана плохо адаптируется на установки малой производительности, необходимые для децентрализованного производства водорода (например, заправочных станций, автономных энергосистем и т. п.). Еще одним недостатком метода является наличие в конечном продукте примесей СО и СО2, что предъявляет дополнительные требования к очистке водорода при его использовании в ряде устройств (например, в топливных элементах с водно-щелочным или твердым полимерным электролитом).

По этим причинам конверсия метана обычно рассматривается как переходная технология от сложившейся инфраструктуры энергорынка к водородной экономике будущего. В далекой перспективе эта технология, видимо, будет вытесняться другими. Сказанное также относится к родственным технологиям производства водорода из других органических топлив (паровая конверсия угля, крекинг нефтепродуктов, пиролиз биомассы и т. п.).

Следует отметить, что с точки зрения экологии стратегия производства водородного топлива из ископаемых углеводородов мало чем отличается от непосредственного сжигания природных топлив. Если в последнем случае вредные выбросы в атмосферу появляются на стадии использования топлива, то в первом мы имеем практически те же выбросы на стадии его получения. Поэтому основными компонентами новых тех-

нологий производства водорода из органики являются процессы улавливания сопутствующих выбросов в атмосферу, включая СО2. В качестве примера можно привести последние разработки по паровой конверсии угля [18]. Кроме этого, важным косвенным фактором здесь является повышение эффективности использования топлива, имеющее следствием меньшие выбросы в атмосферу при том же объеме конечного потребления энергии, поскольку водородные энерготехнологии имеют в этом отношении больший потенциал, чем сжигание ископаемых горючих.

Электролиз воды является наиболее перспективной технологией получения водорода в будущем, хотя в настоящее время из-за высокой стоимости доля этого метода в мировом производстве водорода не превышает 5 % (рис. 1а). Наиболее привлекательными особенностями электролизной технологии являются экологическая чистота (разумеется, при условии, что производство первичной энергии не сопряжено с загрязнением окружающей среды), возможность создания установок с широким диапазоном производительности (от нескольких литров до сотен м3 водорода в час), простота эксплуатации и удобство в работе, высокая чистота производимого водорода и наличие ценного побочного продукта — газообразного кислорода.

В настоящее время существуют три способа реализации электролизной технологии производства водорода [16-21], отличающиеся типом используемого электролита и условиями проведения электролиза (табл. 1).

Независимо от способа реализации основной вклад в стоимость водорода, производимого методом электролиза (70-90 %, см. табл. 2),

и

а 'и

с с

е

Таблица 1

Способы реализации электролизной технологии производства водорода

Типы электролизеров Электролит Температура электролиза, °C Энергозатраты на производство 1 м3 H2, кВтч Особенности Производители

Водно-щелочные KOH (ШОЩ 20-30% водный раствор 50-100 4-6 Производительность до 500 м3/ч Н2 (Р=1-50 атм). Допостимый оровень нагрозки от 20 до 100 % от номинальной производительности. Stuart IMET; The Electrolyser Corporation Ltd. (Канада); Norsk Hydro (Норвегия); DeNora (Италия); НПО «Уралхиммаш» (Россия) и др.

С твердым полимерным электролитом (ТПЭ) Ионообменная мембрана с протонной проводимостью 80-100 4-6 Производительность до 100 м3/ч Н2 (Р=1-150 атм). Малые габариты, безопасность, возможность работы в нестационарных режимах, простота обсложивания, отсотствие коррозионно-активных веществ. ТПЭ электролизеры в 5-7 раз дороже водно-щелочных с аналогичными характеристиками. Характеризоются жесткими требованиями к чистоте подаваемой воды. Proton Energy Systems, Inc. (Канада); Hamilton Substandard (США); H-Tec (Германия); РНЦ «Карчатовский инститат»; НТЦ «Водород» и др. (Россия)

С твердым оксидным электролитом Цирконий-иттриевая керамика с кислород-анионной проводимостью при высоких т-рах 800-1000 3.5-4 Может работать только в стационарном режиме; по крайней мере, в ходе эксплоатации следоет избегать многочисленных циклов «поск/остановка», сопряженных с циклическими изменениями температоры рабочих ячеек. Экспериментальные и опытно-промышленные образцы. Перспективны для полачения электроэнергии в крапных стационарных астановках

вносят затраты на электроэнергию. Так что, в отличие от рассмотренного метода получения водорода из природного газа, при увеличении производительности электролизной установки цена водорода существенно снижаться не будет, и основным фактором, определяющим конкурентоспособность электролизера, будет не стоимость, а эффективность его работы (КПД). В то же время при наличии дешевой электроэнергии (например, в «провальные» периоды ее потребления) электролитическое производство водорода может стать рентабельным.

Таблица 2

Стоимость водорода, производимого методом электролиза [17]

Другие методы производства водорода в настоящее время находятся на стадии технологических разработок. К ним, в частности, относятся:

■ расщепление воды на основе термохимических циклов с использованием в качестве первичной энергии теплоты (Т~800 °С), поступающей от ядерных реакторов или гелиоустановок. Достаточно подробный обзор данных методов по состоянию на середину 1980-х гг. приводится в справочнике [3]; примеры более поздних разработок, имеющих коммерческий потенциал, можно найти в технических статьях Департамента энергетики США (см., например, [22]);

■ биохимическое расщепление воды (фотосинтез) с использованием специально выведенных типов водорослей и микроорганизмов [23];

■ фотокаталитическое расщепление воды на основе полупроводниковых материалов (смешанные оксиды, сульфиды и селениды, нитриды и оксинитриды) [24];

■ производство энергоаккумулирующих веществ (сплавы кремния и алюминия) с последующей генерацией из них водорода путем гидролиза на месте потребления [6, 25].

Компактное и безопасное хранение водорода является очень важной проблемой, от успешного решения которой зависит конечный успех реализации концепции водородной энергетики и технологии в целом. Эта проблема подробно обсуждалась нами в обзоре, публикованном ранее в данном журнале [26].

Транспортировку водорода в основном предполагается осуществлять в виде сжатого газа по сети трубопроводов. Соответствующие технические решения и инфраструктура являются хорошо отработанными для природного газа и

могут быть при соответствующих доработках адаптированы под водород. Более того, существующая сеть газопроводов допускает подачу в них водорода до концентрации в природном газе не выше 10 % [27], что может существенно облегчить начало перехода к водородной энергетике без существенного изменения сложившейся ^

<

инфраструктуры. £

Использование водорода как топлива осно- | вано на реакции окисления водорода кислоро- и дом, имеющей большой тепловой эффект .3 (120,6 МДж/кг Н2 = 33,5 кВт ч/кг Н2 = 3 кВтч/м3 | водорода2). При получении водорода электроли- .у зом воды и к.п.д. электролизной установки 60- § 75 % фактические энергозатраты на получение ^ 1 м3 водорода составляют 4-5 кВтч/м3 Н2. При § сжигании 1 м3 водорода в энергоустановке с КПД о 15-20 % может быть получено 0,45-0,6 кВтч полезной работы, а при использовании топливного элемента с КПД 40-60% — 1,2-1,8 кВт ч. Таким образом, суммарный КПД водородного энергетического цикла (при конечной выработке механической работы или электроэнергии) составляет 10-15 % при использовании тепловых машин и 24-45 % при электрохимической утилизации водорода.

В энергоустановках, использующих сжигание водорода (двигатели внутреннего сгорания, парогенераторы, реактивные двигатели и т. п.), его преимущества включают высокую теплотворную способность, полноту сгорания практически во всем диапазоне соотношений топливо/окислитель, высокую температуру пламени, высокий тепловой КПД (для двигателей внутреннего сгорания — на 30-50 % выше, чем при работе на бензине), а также отсутствие вредных выбросов в атмосферу. В настоящее время водород широко используется как ракетное топливо. Разработки автомобилей с двигателями внутреннего сгорания, работающими на водороде либо смеси водорода с традиционным топливом, к настоящему времени реализованы целым рядом автомобильных компаний на уровне демонстрационных образцов; некоторые в ближайшее время планируются к серийному производству. Также выполнен ряд успешных разработок водород-кислородных парогенераторов, предназначенных для ^ выработки электричества в периоды пиковой ^ нагрузки в составе турбогенераторных энергоустановок, а также для ряда других целей [4, 28].

Помимо сжигания, водород может быть конвертирован в различные формы энергии (тепло- §> вую, электрическую, химическую) многими дру- х гими способами: каталитическим горением, элек- о трохимическим преобразованием, гидрогенизацией | и др. Эффективность указанных процессов для ю

с

водорода выше, чем для других видов топлива. й Поэтому разработке перспективных технологий 0 на их основе уделяется повышенное внимание.

Основным направлением современных разработок по использованию водорода в энергети-

Стоимость водорода, долл. США/кг

Стоимость электроэнергии, долл. США/кВтч

0,02 1,34-1,75

0,04 2,56-2,97

0,08 5,51-6,05

2 Здесь и ниже удельные характеристики на единицу объема газообразного водорода приведены к нормальным условиям: атмосферному давлению и температуре 0 °С

ческих целях являются электрохимические генераторы энергии — топливные элементы (ТЭ) [4, 16, 27, 28 и др.]. В ТЭ производится подача топлива и окислителя на разделенные электролитом электроды, в результате чего процесс окисления реализуется электрохимически с выработкой электроэнергии.

В зависимости от вида используемого электролита, существуют ТЭ следующих типов:

■ щелочные ТЭ (в англоязычной литературе применяется аббревиатура AFC), использующие 35-50 % -ный водный раствор щелочи (KOH или NaOH) в качестве электролита и эксплуатирующиеся при температуре до 100...120 °C (ТЭ на концентрированных, до 85 %-ных, растворах щелочи используются при температурах до 250 °C). ТЭ данного типа являются наиболее разработанными, в частности, они широко применяются в автономных энергосистемах, используемых в космонавтике и военно-морском флоте. Их основным недостатком является недопустимость наличия CO2 как в топливе, так и в окислителе;

■ в ТЭ с электролитом на основе полимерной ионообменной мембраны с протонной проводимостью (PEMFC) мембрана представляет собой тонкую пленку на основе фторированных кислотных полимеров (типичный представитель — нафион) с нанесенным по обе стороны электрокатализатором (металлы платиновой группы). Рабочая температура ТЭ данных типов составляет 60...80 °C. Хотя использование таких ТЭ допускает наличие CO2 в топливе или окислителе (это, в частности, обусловливает возможность их длительной работы с использованием в качестве окислителя атмосферного воздуха), присутствие других примесей (оксид углерода, соединения серы) является нежелательным. Кроме этого, подаваемые топливо / окислитель должны быть увлажнены, поскольку высыхание мембраны приводит к ее выходу из строя. Так же, как и ТПЭ электролизеры, данные ТЭ являются довольно дорогими. Вместе с тем, малые габариты и удобство использования обусловливают приоритет разработок в этом направлении для создания мелко- и среднемасштабных автономных энергоустановок (в частности, для водородного транспорта);

■ ТЭ с фосфорнокислым электролитом (PAFC) используют в качестве электролита концентрированную (~100%) фосфорную кислоту, которой пропитана несущая матрица на основе карбида кремния. Они работают в диапазоне температур 150...220 °C. В настоящее время они вытесняются ТЭ других типов, превосходящи-

ми их по эксплуатационным характеристикам, эффективности и экономичности;

■ электролитная часть ТЭ на основе расплавов карбонатов (MCFC) представляет собой керамическую матрицу (LiAlO2), пропитанную расплавом смеси карбонатов щелочных металлов (лития, натрия, калия). ТЭ данного типа работают при 600...700 °C, не требуя для своей работы применения электрокатализаторов. По своим характеристикам данный вид ТЭ аналогичен фосфорнокислым. В силу потенциальной дешевизны его планируют применять в будущем для создания стационарных энергоустановок, наряду с рассматриваемыми ниже ТЭ на основе твер-дооксидных электролитов;

■ твердооксидные ТЭ (SOFC) используют в качестве электролита керамику на основе оксида циркония, модифицированного добавками оксида иттрия. Данный вид ТЭ работает при 900...1000 °C и является наиболее перспективным для работы в составе крупных стационарных энергоустановок. Высокотемпературные ТЭ (MCFC и SOFC) используют в качестве окислителя атмосферный воздух и в качестве топлива — водород, метан и многие другие топлива, являясь крайне неприхотливыми к их качеству. Основным недостатком данных видов ТЭ, также как и электролизеров с твердооксидным электролитом, является нежелательность частых пусков/ остановок, сопряженных с разогревом до рабочей и охлаждением до комнатной температур.

Если к концу 1990-х годов в мире насчитывалось около 100 (исключая военные применения) демонстрационных энергоустановок на топливных элементах [14], то к настоящему времени интенсивность разработок в данном направлении резко возросла. ТЭ различных типов в настоящее время выпускаются промышленностью мелкими и средними сериями, включая довольно крупные (1 МВт) энергоустановки на SOFC, серийно выпускаемые фирмой Westinghouse, мобильные энергоустановки на PEMFC для водородного автотранспорта (Ballard Technologies) и целый ряд других.

Основными приоритетами новых разработок в области ТЭ являются повышение их ресурса работы и КПД, а также снижение стоимости. В табл. 3 приведены стоимостные показатели для различных типов ТЭ на 1999 г. и прогноз на середину нынешнего века [16].

Что касается нетопливных применений водорода, то они были кратко рассмотрены в начале настоящего раздела. Отметим, что помимо традиционных производств, использующих во-

Таблица 3

Стоимость энергоустановок на топливных элементах

Долларов США за 1 кВт остановленной мощности

AFC PEMFC стационарные PEMFC транспортные PAFC MCFC SOFC

1999 2000 8000 550 3000 5000 10000

Перспектива 50-100 300 30 1000 600 600

дород (производство аммиака, нефтепереработка, производство метанола, масложировая промышленность), большие перспективы развития имеют области, связанные с водородной обработкой материалов. Данное направление имеет большой потенциал, в том числе — возможность создания новых высокоэффективных технологических процессов (например, получение чистых металлов путем прямого восстановления водородом исходного сырья, полученного из химически переработанных руд). Другим перспективным направлением является разработка новых технологий на основе использования ме-таллогидридов [26].

2. Концепция водородных энерготехнологических систем: сущность и краткая история развития

Получение водорода из природных источников требует значительных энергозатрат, так что водород следует рассматривать как вторичный (промежуточный) энергоноситель, используемый для накопления энергии от первичного источника и ее распределения потребителям.

Наиболее перспективным сырьем для производства водорода является вода, ресурсы которой на Земле неисчерпаемы. С другой стороны, продуктом использования водорода в энергосистемах путем окисления также является вода. Таким образом, применение водорода как энергоносителя (разумеется, при экологически чистом производстве первичной энергии) обеспечивает замкнутый экологический цикл. Элементы энерготехнологической цепи, включая производство водорода из воды, его хранение и транспортировку, а также конечное использование, не оказывают какого-либо вредного воздействия на окружающую среду. Они также не сопряжены с выбросами парниковых газов (С02 и др.).

В соответствии с указанными соображениями концепция водородных энергосистем предусматривает широкомасштабное производство водорода с целью его дальнейшего использования как энергоносителя, топлива и реагента в большинстве областей, связанных с потреблением энергии (промышленность, транспорт, коммунально-бытовая сфера и т. п.). На рис. 3 представлено схематическое представление данной концепции, воспроизведенное по материалам доклада Комиссии ЕС по водородным технологиям и топливным элементам [29]. Производство водорода планируется осуществлять как традиционными методами, включая конверсию природного газа и угля, так и по вновь разрабатываемым технологиям: биохимической, термическому расщеплению воды с использованием солнечной и ядерной энергии и т.п. Приоритетным направлением считается электролитическое

производство водорода из воды с использованием возобновляемых энергоресурсов или ядерной энергетики для получения первичной электроэнергии. На настоящий момент данные технологии экономически неконкурентоспособны по сравнению с получением водорода из углеводородного сырья, и главной проблемой этого направления является увеличение эффективности производства водорода методом электролиза, которое, как было показано выше, напрямую связано со снижением стоимости конечного продукта.

Произведенный водород будет распределяться к потребителям, причем его использование для выработки энергии на месте потребления предполагается осуществлять как путем сжигания (двигатели внутреннего сгорания, турбины и парогенераторы), так и путем электрохимического окисления в топливных элементах. Последний подход рассматривается как приоритетный вследствие более высокой эффективности, компактности и удобства в работе электрохимических энергоустановок.

Ниже приводится краткая историческая информация о развитии концепции водородной энергетики, в основном цитируемая по размещенному в Интернете обзору [30].

Идея широкомасштабного использования водорода как искусственного топлива, получаемого электролизом воды, появилась в научно-фантастическом романе Жюля Верна «Таинственный остров» (1874 г.). Первые попытки ее реализации относятся к 1920-1930 гг., когда в Канаде было освоено промышленное производство водно-щелочных электролизеров и принята первая программа в области создания водородных энергосистем на основе первичной электроэнергии, вырабатываемой на ГЭС. Данная программа выполнялась до 1936 г., после чего была свернута по причине сдвига приоритета

Рис. 3. Схематическое представление концепции водородных энергосистем

канадского рынка энергоносителей в сторону потребления дешевого природного газа.

В 20-40 годы XX века основная активность европейских ученых и инженеров в области водорода была направлена на адаптацию тепловых машин, в первую очередь двигателей внутреннего сгорания (ДВС), для работы на нетрадиционных топливах, в том числе водороде. Результаты, полученные, в основном, в Германии и Великобритании, показали принципиальную техническую возможность такого подхода. Было показано, что использование водорода при соответствующей переделке топливной системы (переход к внутреннему смесеобразованию) позволяет увеличить мощность двигателя на 10 % и более. Использование водорода в качестве добавки к традиционному моторному топливу позволило повысить экономичность двигателей при снижении вредных выбросов в атмосферу. Всего за этот период на нетрадиционные топлива, включая водород, было конвертировано от одной до 4 тысяч единиц автотранспортных средств, причем стоимость такой переделки, как было подсчитано позднее, не превышала нескольких сот долларов США за единицу (в ценах 1970 г.). Указанные разработки, основной вклад в которые внес немецкий инженер Р. Эррен, стали важным заделом последующих работ по использованию водорода на автотранспорте, возобновленных в 1970-х гг.

Интересно отметить, что в годы II Мировой войны исследования и разработки в указанном и смежных направлениях даже несколько интенсифицировались. Хорошо известно, что в Германии в годы войны широко использовалось синтетическое моторное топливо, производимое путем гидрогенизации угля. В СССР в условиях блокадного Ленинграда грузовой автотранспорт был переоборудован на водородное топливо, бравшееся из отработавших свой ресурс аэростатов войск ПВО [31]. Указанные работы проводились под руководством техника-лейтенанта Б. И. Шелища.

С 1942 г. особый интерес к водородным разработкам (автономная энергосистема для дизельной подводной лодки, использующая в качестве топлива для подводного плавания сжатые водород и кислород, получаемые электролизом воды) проявляют военно-морские флоты разных стран.

В некоторых странах, отрезанных в годы войны от поставок нефти (например, Австралия), были начаты крупные программы по внедрению крупномасштабного производства водорода и его использованию как моторного топлива. С послевоенным возобновлением поставок дешевой нефти эти программы были приостановлены.

С 1950 г. интерес к водороду возобновился в связи с успехами в разработках топливных элементов. Хотя ТЭ были изобретены еще в XIX в., первые пригодные к практическому использованию образцы появились в начале 1950х гг. в Великобритании и ФРГ. Впоследствии (7080-е гг.) данные разработки имели большое значение для реализации космических программ

США и СССР и позднее (к середине 90-х гг.) их развитие привело к коренному пересмотру концепции водородных энергосистем, поскольку использование ТЭ позволило существенно повысить эффективность генерации электроэнергии на стадии использования водорода потребителями.

Бурное развитие исследований и разработок, проводимых в мире в области водородной энергетики и технологии, пришлось на 1974-1983 гг. и являлось прямым следствием энергетического кризиса, охватившего в то время большое число промышленно развитых стран. С середины 1970-х гг. начинается интенсивный обмен информацией и международная кооперация деятельности занимающихся водородом групп, которые до этого большей частью работали независимо друг от друга. В конце 1974 г. создается Международная ассоциация по водородной энергетике (International Association for Hydrogen Energy, IAHE) - сообщество ученых, инженеров и менеджеров, эффективно способствующих этому процессу. Основным направлением деятельности Ассоциации является информационное обеспечение исследований и разработок в области водородных технологий, а также ознакомление с ними широкой общественности и правительственных кругов стран мира. С этой целью Ассоциацией раз в два года организуются представительные Всемирные конференции по водородной энергетике (World Hydrogen Energy Conférences) и издается Международный журнал по водородной энергетике (International Journal of Hydrogen Energy). Ассоциация активно способствовала учреждению в различных странах мира Национальных ассоциаций по водородной энергетике, которых к настоящему времени насчитывается несколько десятков. Краткий отчет о деятельности IAHE за 19742000 гг. содержится в обзорной статье, которая была опубликована в [1].

Изменение конъюнктуры на мировом рынке энергоресурсов во второй половине 1980-х гг. привело к некоторому снижению темпов роста интенсивности исследований и разработок в области водородной энергетики и технологии. Особенно это было характерно для США, где при администрации Рейгана бюджет программ по возобновляемым источникам энергии и водороду был урезан на 80 %. Основным фактором, сдерживавшим интерес бизнесменов и политиков к работам по водородной энергетике, был экономический. В первую очередь это относилось к высокой себестоимости производства водорода (в особенности методом электролиза). Немалую роль также сыграло некоторое разочарование американских ученых, которые возлагали до этого слишком большие надежды на возведенную в ранг панацеи концепцию водородной энергетики и питали иллюзии в отношении ее быстрой реализации. Подход европейских и, в особенности, японских научно-технических, деловых и правительственных кругов был более реалистичным. Здесь осознавали, что широкомасштабное внедрение водородных технологий

будет требовать длительного периода интенсивной работы, исчисляемого многими десятилетиями. Так, в Японии уже в 1974 году стартовал долгосрочный проект «Sunshine», который выполнялся до 2000 года. Это была самая крупная программа по альтернативной энергетике, по размаху сравнимая с американской космической программой «Аполлон». Всего было израсходовано около 15 млрд. долл., из них 3,6 млрд. составлял водородный бюджет. В 1976 г. Международное энергетическое агентство (International Energy Agency, IEA) со штаб-квартирой в Париже начало финансирование водородных работ. В 1978 г. бюджет водородной программы IEA составлял порядка 16 млн. долл. США, распределенных на несколько лет. Вместе с тем общие тенденции расширения применения водорода в энергетике и технологии хотя и сохранились, но стали менее динамичными.

Важной вехой в развитии водородной энергетики и технологии явились результаты экономических исследований, проведенных в конце 1980х гг. в НИИ чистой энергии при университете Майями (University of Miami's Clean Energy Research Institute), США. В них было проведено детальное обоснование подсчета экономического ущерба от загрязнения атмосферы промышленными и транспортными выбросами и предложена методика введения соответствующих поправок в экономические расчеты. С учетом данных поправок экологическая чистота водорода сделала его использование потенциально рентабельным в целом ряде производств [32].

Несколько забегая вперед, приведем диаграмму, на которой показаны современные европейские цены3 на водород, производимый различными методами, и сопутствующие данным производствам выбросы CO2 в атмосферу (рис. 4). Здесь же приведены цены на бензин, рассчитанные с учетом принятого в ЕС налога на загрязнение окружающей среды (вычисляемого по методике, аналогичной вышеупомянутой) и без него. Из данных рисунка видно, что при структуре производства водорода, включающей 50 % производимого из природного газа и 50 % с использованием возобновляемых источников энергии, средняя стоимость водородного топлива почти равна стоимости бензина с учетом налога. В то же время бензин без его учета стоил бы примерно в 2 раза дешевле [33].

В целом период с середины 1970-х до конца 1990-х гг. характеризовался углубленными исследованиями и разработками, заложившими научно-технические основы современных водородных технологий. Значительные успехи были достигнуты в области производства водорода с использованием возобновляемых источников энергии. Были усовершенствованы и доведены до опытно-промышленных демонстрационных образцов базовые технические решения электролизеров различных типов с улучшенными ха-

рактеристиками. Параллельно развивались родственные разработки топливных элементов, имеющих более высокую эффективность, больший срок службы и надежность, чем существовавшие ранее образцы. Появились принципиально новые технические решения электрохимических систем (новое поколение электролизеров и топливных элементов с твердым полимерным или твердым оксидным электролитом), использующих водород и другие альтернативные топлива. Также были разработаны принципиально новые экологически чистые технологии производства водорода, например, биохимическая и фотокаталитическая.

Рис.

стве

400 600 800

Выбросы ("О:. г/кВтч

4. Цены на водород и выбросы С02 при его производ-различными методами

Динамично развивались также методы использования водорода как топлива для тепловых двигателей и энергоустановок. В ряде стран (США, Германия, Япония, СССР) в 19701980 гг. были созданы демонстрационные образцы автомобилей и другого транспорта с ДВС на водородном топливе либо с добавками водорода. В 90х гг. появились первые образцы автомобилей и автобусов с электродвигателями, работающими от мобильных энергоустановок на топливных элементах.

В это же время был выполнен ряд крупных разработок по использованию водорода как авиационного или космического топлива. В США (программа «Space Shuttle») и СССР («Буран-Энергия») были созданы крупные ракеты-носители, главные двигатели которых использовали жидкий водород в качестве топлива и жидкий кислород как окислитель. Первое успешное испытание самолета на водороде (экспериментальная модель Ту-155, выполненная на базе серийного самолета Ту-154, один из трех двигателей которого работал на жидководородном топливе) прошло в СССР в апреле 1988 г. Месяц спустя в США был испытан легкий (четырехместный)

! В энергетическом эквиваленте

самолет с одним двигателем, топливом которого был только водород.

Существенный прогресс был достигнут и в области решения сложной технической проблемы компактного хранения водорода. Было разработано новое поколение композитных газовых баллонов высокого давления, позволивших существенно увеличить весовую и объемную плотности хранения водорода в виде сжатого газа. Также была усовершенствованы технологии ожижения водорода и его хранения в жидком состоянии. Получили интенсивное развитие новые разработки по физико-химическим методам хранения водорода в связанном состоянии, включая металлогидридные технологии. Одним из важных результатов, полученных в ходе исследований и разработок по последнему направлению, явилось создание к началу 1990-х гг. высокоэффективных никель-металлогидридных аккумуляторов электроэнергии, которые в настоящее время занимают значительный сегмент мирового рынка компактных химических источников тока.

Вместе с тем к настоящему времени направление, связанное с хранением, транспортировкой и распределением водорода, остается узким местом водородных энерготехнологий и содержит целый ряд технических проблем, требующих своего разрешения в ближайшем будущем.

Большое число новых разработок, выполненных за рассматриваемый период, было посвящено использованию водорода в бытовых целях (отопление, горячее водоснабжение, приготовление пищи). Указанные разработки в основном использовали каталитическое горение водорода; в результате был создан (на уровне демонстрационных прототипов) целый ряд высокоэффективных, экономичных и удобных в эксплуатации бытовых устройств. Кроме этого, была показана осуществимость и перспективность новых технических решений тепловых установок бытового и промышленного назначения (системы отопления, холодильники и кондиционеры, системы транспортировки низкопотенциального тепла и т. п.), основанных на использовании водородных металлогидридных технологий.

Основным результатом работы международного сообщества ученых и инженеров в области водородных энергосистем в 1970-1990 гг. стало то, что данное направление к концу 1990-х гг. вышло за рамки исследований и опытных разработок и перешло к стадии коммерциализации. К работам в данной области подключаются крупные коммерческие компании, в первую очередь, автомобильные (General Motors, Daimler-Benz, Toyota, BMW, Ford, Volvo и др.), нефтедобывающие (Royal Dutch/Shell), энергетические (Norsk Hydro, Tokyo Electric Utility). С 1989 г. начинается разработка стандартов в области водородной энергетики и технологии, для чего в Цюри-

хе по инициативе Международной организации по стандартам (ISO) создается постоянно действующий международный комитет. Успешно выполняется ряд крупных международных проектов по созданию демонстрационных образцов новой техники в области водородных энерготехнологий. Так в результате выполнения совместного Германо-Саудовского проекта «HYSOLAR» в 1994 г. в районе Эр Рияда была запущена первая крупная установка по производству водорода с использованием солнечной энергии. В том же году в Европе появляются первые водородные автобусы на топливных элементах, созданные в рамках проекта Euro-Quebec Hydro-Hydrogen (Канада-ЕС). Одним из результатов работ по уже упоминавшемуся японскому проекту «Sunshine» (с 1993 г. преобразован в комплексную международную программу WE-NET4 с бюджетом около 2 млрд. долл. США до 2030 г.) явилось создание на базе компании Tokyo Electric Utility одной из первых в мире электростанций (11 МВт) на топливных элементах.

Существенный вклад в развитие водородной энергетики и технологии в рассматриваемый период внесли многочисленные группы, работавшие в бывшем СССР. Их работы координировались Всесоюзной Комиссией по водородной энергетике, созданной по инициативе академика В.А.Легасова, и охватывали практически все направления данной проблемы.

3. Современное состояние исследований и разработок в области водородных энерготехнологий

3.1. Мотивация и общие тенденции

Несмотря на особенности экономического развития различных государств, тенденция роста приоритета исследований и разработок в области водородных энерготехнологий в настоящее время характерна для большинства стран мира. Основными мотивами, обусловливающими рост интереса к данной тематике национальных правительств, крупных международных организаций и коммерческих компаний, являются стремление к энергетической безопасности, обеспокоенность глобальным ухудшением экологической обстановки и климата, поиск общедоступных источников энергии, необходимость инвестиций в современную инфраструктуру энергообеспечения.

Анализ динамики общемирового спроса на энергию (рис. 5 [34]) показывает, что при сохранении существующей энергетической политики доля углеводородных топлив в балансе первичных энергоисточников будет неуклонно возрастать и составит к 2030 г. 90 % прироста энергопотребления. Большая часть указанной потребности будет покрываться за счет нефти, 75 % которой будет потребляться автотранспортом. Нужды других потребителей (энергетика, промышленность) будут в основном удовлетворять-

4 World Energy Network

ся за счет природного газа и, в меньшей степени, угля. В результате объем международной торговли углеводородными топливами увеличится по отношению к ситуации на 2000 год вдвое. Это приведет к существенному росту экономической зависимости стран-импортеров.

6000

5000 -4000 -3000 -2000 -1000 -

4— Ядерная энергия Гидроэнергетика Возобновляемые \ источники (кроме \ гидроэнергетики) v \ N \

0

1970 1980 1990 2000 2010 2020 2030

Рис. 5. Общемировой спрос на энергию (млн. т условного топлива) за 1970-2000 гг. с прогнозом до 2030 г.

Существенное увеличение потребления углеводородных топлив также приведет к значительному осложнению экологической обстановки: только выбросы С02 в атмосферу увеличатся за 2000-2030 гг. на 70 %, в то время как по данным Межправительственной комиссии по изменению климата5 для избежания глобального потепления, вызванного парниковым эффектом, его концентрация в атмосфере за 20202050 гг. должна быть снижена на 50-60 % по сравнению с уровнем 1990 г.

Таким образом, необходимость кардинального изменения энергетической политики в сторону сокращения потребления традиционных углеводородных энергоносителей — нефти, природного газа и угля — является чрезвычайно актуальной проблемой, затрагивающей как общечеловеческие (климат и экология), так и экономико-политические интересы стран-импортеров углеводородных топлив. Решение этой проблемы сопряжено с необходимостью, во-первых, выделения особого приоритета разработке и внедрению энергосберегающих технологий и, во-вторых, структурных изменений в энергетике, направленных на увеличение доли выработки энергии, производство которой не связано с потреблением углеводородных топлив и выбросами С02 в атмосферу.

Реализация концепции водородных энергосистем является основным путем изменения энергетической инфраструктуры в желаемом направлении. На рис. 6 показан один из вероятных прогнозов изменения размера и структуры рынка водорода на XXI век [35]. Прогноз предусматривает увеличение потребления водорода по сравнению с уровнем 2000 г. в 16-20 раз, причем большая часть этого увеличения (до 80 %) связана с использованием водорода как топлива

и энергоносителя, из которого порядка 70 % будет использоваться на нужды автотранспорта.

Для успешной реализации указанного подхода водородные энерготехнологии должны быть усовершенствованы до такой степени, чтобы стать конкурентоспособными в техническом и экономическом аспектах, пройдя путь от исследований и разработок до создания новой водородной инфраструктуры: производственных мощностей для получения водорода, систем его хранения / транспортировки / распределения, высокоэффективных стационарных и транспортных энергоустановок и т. п. Работы в данном направлении требуют как тщательного планирования и координации, так и больших инвестиций в национальном и международном масштабах. По мнению экспертов, в ближайшие 30-50 лет инвестиции в создание водородной экономики составят от 1 до 10 триллионов долларов США [34].

Рис. 6. Прогноз потребления водорода в XXI веке

3.2. Национальные водородные программы

В конце 1990-х гг. в мире стартовал ряд крупных международных и национальных программ, ориентированных на коммерциализацию научно-технических разработок по водородным технологиям, топливным элементам, возобновляемым источникам энергии и ряду других направлений, конечной целью которых является реализация концепции водородных энерготехнологических систем. Помимо государственных и неправительственных общественных организаций, работы в области водородных технологий инвестируются рядом коммерческих структур, главным образом, крупными автомобильными компаниями.

Основным стимулом развития водородных технологий в настоящее время является финансовая и политическая поддержка работ в данном направлении, осуществляемая на уровне правительств и координируемая соответствующими межгосударственными соглашениями.

' Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC)

Ниже приводится краткий анализ типичных национальных программ, осуществляемых по странам мира.

США

Наиболее крупным комплексным планом развития работ в области водородных энерготехнологий на североамериканском континенте является программа Департамента энергетики США (DOE) «Водород, топливные элементы и технологии инфраструктуры», принятая в 1999 г. [36] и скорректированная в феврале 2004 г. [37]. Основной мотивацией является снижение зависимости США от импорта сырой нефти6, 2/3 которой потребляется автотранспортом. Поэтому основной упор делается на широкомасштабное использование водорода в транспортном секторе. С данным направлением также тесно связаны принятые в 2002 г. проекты модернизации автотранспорта: «Водородная инициатива» Президента США [38] и программа «FreedomCAR» [39]. Суммарные инвестиции в эти проекты составляют до 1,7 млрд. долл. США (из которых 1,2 млрд. выделено Президентом Дж. Бушем), распределенные на 5 лет. Показательно, что финансирование и координация указанных проектов осуществляются DOE совместно с крупнейшими автомобильными компаниями США: DaimlerChrysler Corp., Ford Motor Co. и General Motors Corp. Другими важными компонентами комплексной водородной программы DOE являются программы исследований и разработок в области использования энергии ветра и гидроресурсов, геотермальных источников энергии, технологий солнечной энергетики, использования биомассы и ряд других. Фактический бюджет водородных разработок в США составил 92 млн. долл. за 2003 г., 147,2 млн. долл. за 2004 и 172,8 млн. долл. в 2005 г.

Основными элементами водородной программы США являются:

■ производство водорода из отечественных ресурсов (биомасса; энергия ветра и солнца; ядерная и, в перспективе, термоядерная энергетика) с минимальным ущербом для окружающей среды. Также рассматриваются варианты производства водорода из природного газа и угля;

■ распределение водорода потребителям от централизованных или распределенных мест его производства;

■ хранение водорода либо веществ, из которых он может быть произведен на месте потребления, на транспортных средствах либо в системах распределения;

■ конвертирование водорода в электроэнергию либо теплоту с помощью топливных элементов; непосредственное использование водорода как рабочего тела двигателей и энергоустановок, а также для вспомогательных энергосистем в двигателях, стационарных и портативных приложениях;

■ подтверждение работоспособности технологий и систем в режиме их реальной эксплуатации;

■ обеспечение безопасности разрабатываемых технологий как на уровне разработок, так и на уровне реализации в соответствующих сегментах рынка;

■ разработка образцов правил и стандартов на производство, распределение, хранение и использование водорода на региональном и международном уровнях;

■ организация системы образования учителей и студентов; государственных и местных правительств; официальных лиц; конечных потребителей и широкой общественности — о водородной экономике и ее воздействии на них;

■ обеспечение понимания сложных взаимодействий между компонентами водородных систем, их стоимостью, энергетической эффективностью, воздействием на окружающую среду, социальными и экономическими факторами.

Стратегия развития водородной экономики в США (рис. 7) предусматривает постепенный переход от поддерживаемых правительством научных исследований и разработок к созданию конкурентоспособных на американском и международном рынках технологий, с их коммерциализацией и внедрением. По мере протекания указанного процесса в него будут широко вовлекаться промышленный и финансовый секторы.

2000 2010 2020 2030 2040

Рис. 7. Стратегия развития водородной экономики в США

Развитие водородной экономики США предусматривает четыре этапа. На первом должны быть разработаны критические технологии, которые обеспечат практическую реализацию поставленных стратегических целей. Работы, которые сейчас ведутся на данном этапе учеными и инженерами, работающими в государственном и частном секторах, к 2015 году должны будут

6 В настоящее время импорт сырой нефти составляет 54 % потребности страны (более 20 млн. баррелей сырой нефти за день) и по прогнозам увеличится до 68 %к 2025 г.

привести к выработке инженерных решений, реализованных в демонстрационных образцах техники и оборудования; разработке и принятию исчерпывающих правил безопасности; установлению соответствующих стандартов и технических условий. Тем самым будет осуществлена подготовка к широкомасштабным инвестициям в водородную инфраструктуру и началу ее коммерческой реализации. Решение по данному вопросу должно быть принято в 2015 году, после чего исследовательские работы будут продолжены в направлении совершенствования разработанных технологий производства водорода.

Второй этап связан с началом коммерциализации энергетических и транспортных систем, использующих водород. Становление рынка водородных технологий на данном этапе (20102025 гг.) будет проходить при значительной поддержке правительства, как в виде прямых инвестиций, так и принятия политических решений, стимулирующих расширение данного рынка. С 2015 г. начнется третий этап реализации водородной программы, предусматривающий создание к 2035 году инфраструктуры водородной экономики и расширение уже созданных рынков водородных технологий. Начало третьего этапа будет согласовано с принятием решения о коммерциализации водородных технологий, в первую очередь применительно к транспортным средствам на топливных элементах. Соответствующие инвестиции планируется в основном привлекать из бизнеса (при опеке правительства).

Внедрение водородных технологий в ходе выполнения работ по этапам 1-Ш будет сопровождаться их дальнейшим совершенствованием как в техническом плане (удовлетворение требований потребителей), так и в экономическом (переход к самоокупаемости и возврат инвестиций в виде прибыли). Последний процесс связан с началом (в 2025 году) четвертого этапа водородной программы, на котором к 2040 г. будут полностью сформированы самодостаточные рынок и инфраструктура и тем самым осуществлен полный переход к водородной экономике. В результате потребность США в нефти должна снизиться на 11 млн. баррелей в день, а ежегодные выбросы парниковых газов в атмосферу должны уменьшиться более чем на 500 млн. т.

Водородная программа США предусматривает детальные проработки по всему комплексу проблем водородной экономики и водородных энерготехнологий. Поскольку, как уже отмечалось, она в основном ориентирована на использование водорода как топлива для автотранспорта, ее основными особенностями являются приоритет работ по мобильным энергоустановкам на топливных элементах, а также высокий уровень требований к характеристикам разрабатываемых систем хранения водорода, которые должны удовлетворять требованиям мобильных приложений7. Основным результатом выполне-

ния данной программы должна стать конкурентоспособность водородного автотранспорта на топливных элементах с традиционными автомобилями, использующими бензиновое топливо и двигатели внутреннего сгорания. Это, в частности, означает снижение стоимости водорода в 3-4 раза и стоимости 1 кВт установленной мощности топливных элементов более чем в 10 раз по сравнению с нынешним уровнем.

Япония

В настоящее время основные работы, ведущиеся в Японии в области водородных технологий и топливных элементов, курируются Министерством экономики, торговли и промышленности (METI). Работы главным образом направлены на создание инфраструктуры и широкое внедрение как стационарных энергоустановок на топливных элементах, так и, в особенности, на перевод автотранспорта на водородное топливо и топливные элементы. Программа METI предусматривает увеличение суммарной мощности стационарных энергоустановок на ТЭ с 2,2 ГВт в 2010 г. до 10 ГВт в 2020 г. и 12,5 ГВт в 2030 г. Соответствующее число единиц автомобильной техники на ТЭ планируется на уровне 50 тысяч (2010 г.), 5 млн. (2020 г.) и 15 млн. (2020 г.); годовое потребление водорода составит 6 (2010 г.), 28,5 (2020 г.) и 46 (2030 г.) млрд. м3 [40].

С этой целью Правительством Японии предусматриваются значительные инвестиции в работы по топливным элементам и водороду. Так, бюджет METI на данные работы увеличился от 11,5 млрд. йен (106 млн. долл. США) в 2001 до 32,9 млрд. йен (303 млн. долл. США) в 2004 г. [41]. Работы по программе METI проводятся в три этапа. На первом (2002-2005 гг.) проводились детальные исследования и разработки, начат пересмотр нормативов и правил, относящихся к производству, хранению и использованию водорода, а также проведены первые демонстрационные работы по внедрению водородной инфраструктуры. Так на март 2004 г. в Японии функционировало 30 стационарных водородных энергоустановок на ТЭ, 10 водородных заправочных станций для автотранспорта и эксплуатировалось около 50 единиц автотранспортной техники (в частности, предназначенных для обслуживания Правительства) с ТЭ на водородном топливе. Второй этап (2005-2010 гг.) предусматривает расширение внедрения водородных энерготехнологий с постепенным построением их полной инфраструктуры. Третий этап (20202030 гг.) предусматривает естественное развитие водородной экономики с переносом источника инвестиций из госбюджета в бизнес-структуры.

Исследования и разработки в области водородных энерготехнологий в Японии проводятся как в государственных университетах и научных лабораториях, так и в исследовательских подразделениях крупных автомобильных (Toyota,

7 В частности, весовая (объемная) емкость систем хранения водорода, разработанных к 2005 г., должна составить 4,5 вес. % Н (36 кг/м3), к 2010 г. — 6,0вес. % Н (45кг/м3) и к 2015 г. — 9,0вес. % Н (81кг/м3)

Honda, Mitsubishi, Nissan) и металлургических/ машиностроительных (Japan Steel Works, Japan Metals and Chemicals и др.) компаний.

Помимо стационарных энергетических и автотранспортных приложений, в водородных программах Японии большое внимание уделяется использованию водородных технологий в промышленности и бытовом секторе. В частности, это использование металлогидридных технологий, связанное с преобразованием и транспортировкой теплоты [42].

Европейское Сообщество

Начало широкомасштабной активности ЕС в области водородных технологий [43, 44] можно отнести к 1999-2001 гг., когда была создана Европейская тематическая сеть по водородной энергетике (Hy-Net8). Данная группа объединяет представителей Европейской науки и промышленности (включая Norsk Hydro, Shell Hydrogen, Air Products, BMW и другие крупные компании). Основным направлением ее деятельности является выработка единой стратегии развития водородной энергетики в странах Европы и внесение соответствующих предложений в официальные структуры ЕС. В 20022003 гг. группа способствовала выработке комплексной программы ЕС (FP6 R&D program) в части, относящейся к водороду, топливным элементам и работам в области возобновляемых источников энергии [45].

Основными целями водородных программ ЕС является снижение зависимости экономики от импорта ближневосточной нефти, сокращение выбросов в атмосферу9, сохранение лидерства в области наукоемких технологий, а также увеличение доли возобновляемых источников энергии в балансе стран Европы с 6% в 2000 г. до 12% в 2010 г. и 33% в 2020 г.

Программа перехода стран ЕС от экономики, ориентированной на использование органических топлив, к водородной экономике рассчитана на 50 лет (2000-2050 гг.) и включает два основных этапа: I (2000-2020 гг.) — исследования, разработки и создание демонстрационных прототипов водородных энергосистем; и II (2020-2050 гг.) — широкомасштабная коммерциализация технологий, основанных на водороде и топливных элементах. Работы проводятся по двум основным направлениям (последовательность внутри каждого направления показана в хронологическом порядке, предусмотренным Программой):

■ Производство и распределение водорода.

— Производство водорода конверсией природного газа и электролизом воды.

— Начало создания региональных элементов водородной инфраструктуры — заправочные станции и распределенное производство водорода для них.

— Региональные трубопроводные сети распределения водорода и взаимодействие между ними.

— Производство водорода из возобновляемых источников, включая газификацию биомассы.

— Модернизация технологий производства водорода из органического сырья с улавливанием С02, а также на основе ядерной энергетики.

— Прямое производство водорода на основе возобновляемых источников.

■ Системы потребления водорода и топливные элементы.

— Стационарные коммерческие системы на низкотемпературных ТЭ (до 50 кВт).

— Стационарные системы на высокотемпературных ТЭ (до 500 кВт). Водородный автотранспорт на ДВС. Демонстрационные автобусы на водородном топливе.

— Водородный транспорт на ТЭ.

— Снижение стоимости и коммерциализация стационарных и мобильных энергоустановок на ТЭ: портативные источники тока, автомобильный транспорт, крупные (до 10 МВт) энергоустановки.

— Автономные энергосистемы на ТЭ.

— Использование водорода в авиации.

Финансирование НИОКР по водородной тематике осуществляется из фондов ЕС на конкурсной основе. Так, в рамках программы FP6 в 2003 г. было выделено 1 млн. Евро на водородные проекты и 1 млн. Евро на проекты по топливным элементам. Дальнейшие инвестиции предусматривают выделение порядка 2,8 млрд. Евро на период 2005-2015 гг., включая разработку технологий производства водорода и электроэнергии из углеводородных топлив с утилизацией С02 (1,3 млрд.), а также производство водорода из возобновляемых источников энергии и его стационарное и транспортное использование (1,5 млрд.). Частичное финансирование соответствующих исследований и разработок также осуществляется коммерческими компаниями, участвующими в выполнении соответствующих проектов.

Оценка общих инвестиций в водородные программы ЕС составляет от 4 до 15 млрд. Евро. В результате выполнения водородных программ производство водорода в странах ЕС планируется увеличить с 2,3 млрд. м3 в 2000 г. до 20,6 млрд. м3 в 2025 г. Количество автомобилей, работающих на водороде, к 2020 году должно составить 2 млн. (1 % общего автопарка) при потреблении ими порядка 300 тыс. т водородного топлива в год. Общая доля водорода в топливном балансе стран ЕС должна составить 2 % к 2015 г. и 5 % — к 2020 году.

Важный вклад в развитие водородных технологий в странах Европы также вносят отраслевые программы соответствующей направленности, финансируемые и координируемые Меж-

8 European Thematic Network on Hydrogen Energy

9 В соответствии с Киотским протоколом, подписанным ЕС, выбросы парниковых газов странами Сообщества к декабрю 2008 г. должны быть сокращены на 8% по сравнению с уровнем 1990 г.

дународным энергетическим агентством (IEA), Европейским космическим агентством (ESA) и рядом других организаций. Большое значение также имеют работы по двусторонним соглашениям ЕС с другими странами, в частности, Канадой.

Страны Северной Европы

Активно участвуя в водородных программах ЕС, страны северной Европы (включая те из них, которые формально не являются членами Сообщества) в то же время имеют целый ряд собственных национальных и межгосударственных водородных программ. Наибольшую активность в этом отношении проявляют государства, энергетика которых базируется на использовании возобновляемых источников энергии — гидро (Норвегия) и геотермальных (Исландия).

В Норвегии водородные разработки в основном финансируются Советом по исследованиям в энергетике (Nordisk energiforsking, NEF), имеющим статус правительственного учреждения. Планируемый бюджет исследований и разработок в рамках водородной программы NEF составляет 120-200 млн. крон (17-29 млн. долл. США) на период до 2010 г. и 50-100 млн. крон (7-14 млн. долл. США) — на 2010-2014 гг. Госбюджетное финансирование составляет 50 % , остальные 50 % вносят промышленные и бизнес-структуры, являющиеся участниками проектов. Работы в основном ориентированы на производство водорода (в том числе, для экспорта), его хранение и распределение, а также на создание автономных энергосистем, использующих возобновляемые источники энергии, и их компонентов. Помимо работ, выполняемых в рамках национальных проектов и программ ЕС, часть исследований и разработок ведется в рамках двусторонних соглашений Норвегии с США и Японией [46].

Особое внимание развитию водородной энергетики и технологии уделяется в Исландии [47]. В настоящее время вклад возобновляемых энергоресурсов (гидро и геотермальных) в энергетику Исландии является определяющим. В то же время потребности в топливе для автотранспорта и флота (главным образом рыболовного) удовлетворяются только за счет импорта нефтепродуктов. Основной стратегической целью водородной программы Исландии является снижение зависимости страны от этого импорта путем перевода автотранспорта и рыболовного флота на водородное топливо, получаемое за счет имеющихся возобновляемых энергоресурсов. Данное направление с 1998 года является приоритетом политики страны и поддерживается на уровне национального Правительства. В результате реализации водородной программы Исландия должна к 2030 году стать первой страной в мире, где полностью реализована концепция и построена инфраструктура водородной экономики. С этой целью в 1999 г. в стране создан концерн Icelandic New Energy Ltd (INE), 51 % акций которого принадлежит Исландским государственным (преимущественно) учреждениям и частным

фирмам, а остальные 49 % — крупным иностранным компаниям, осуществляющим водородные разработки (Shell Hydrogen, Norsk Hydro, DaimlerChrysler — по 16,33%). В настоящее время интенсивно ведутся работы по реализации Программы, включая, в частности, эксплуатацию водородных автобусов с топливными элементами на городских маршрутах столицы. Одна из составляющих водородной транспортной инфраструктуры — заправочная станция в Рейкьявике, характерной особенностью которой является получение водорода на месте электролизом и его дальнейшая подача в промежуточную систему хранения (газ под давлением 400 атм).

Китай

Большое внимание исследованиям и разработкам в области водородной энергетики уделяется в развивающихся странах. Особое место среди них занимает Китай - наиболее крупная и динамично развивающаяся из этих стран [48, 49]. Являясь одним из крупнейших в мире импортеров нефти (в перспективе — и природного газа), Китай крайне заинтересован в изменении структуры своего энергорынка, направленной на сокращение потребления данных видов природных энергоносителей. Одним из путей такой реструктуризации могло бы стать дальнейшее расширение использования угля, который и в настоящее время занимает значительную долю в энергобалансе страны (71,5% на 1997 г.). Однако такой подход сопряжен с необходимостью кардинального усовершенствования технологий использования угля, направленных на снижение вредных выбросов в атмосферу: на сегодняшний день Китай занимает второе (после США) место в мире по выбросам CO2 и как страна, подписавшая Киотский Протокол, должен принимать меры по сокращению этих выбросов.

9.00

США Китай ЕС Япония

Рис. 8. Производство водорода (млн. т) в 2002 году

Радикальным путем решения указанных проблем, по мнению Правительства Китая, является постепенный переход к водородной экономике, для построения которой Китай имеет все предпосылки. Данная страна является вторым в мире производителем водорода (рис. 8), имеет хорошо освоенные технологии его производства (в том числе методом электролиза), извлечения и очистки, конечного использования.

В числе последних — освоенные на промышленном уровне новые наукоемкие технологии, в частности, металлогидридная (Китай является одним из крупнейших производителей и экспортеров гидридообразующих материалов на основе редкоземельных элементов).

В настоящее время исследованиями и разработками в области водородных энерготехнологий в Китае занимаются десятки университетов и НИИ. Работы по водородной энергетике выделены отдельной строкой в пятилетнем плане развития науки и технологий Китая (Программа № 973 Министерства науки и технологий). Общие инвестиции государства в работы по водороду и топливным элементам в настоящее время оцениваются в пределах 2,4-3,8 млрд. юаней (290-460 млн. долл. США). К указанным работам широко привлекаются промышленность и бизнес, большое внимание уделяется работам в рамках международного сотрудничества. Показательна высокая активность китайского бизнеса, проявляемая в настоящее время на европейском рынке возобновляемых источников энергии.

Российская федерация

Ядро экономики и основа бюджета нынешней России строятся на зависимости ряда стран от импорта российской нефти и газа. Работы, проводимые в мире в области водородной энергетики, направлены на снижение такой зависимости. Российские правительственные и деловые круги понимают, что необходимо быть готовым к такому повороту событий во избежание депрессионной модели развития страны. Россия имеет высокий научный потенциал и контролирует 50 % мирового производства палладия, использование которого необходимо для реализации целого ряда водородных технологий. Это очень благоприятная ситуация для развития водородной энергетики в России. Основной целью российских водородных программ является создание к 2010-2012 гг. конкурентоспособных экспортно-ориентированных разработок в данной области [50, 51]. Политика финансирования данных разработок предусматривает инвестиции крупных (нефтяных, газовых и энергетических) компаний совместно с государственными ресурсами.

10 ноября 2003 г. Президент РАН Осипов Ю. С. и Генеральный директор ГМК «Норильский никель» Прохоров М. Д. подписали соглашение о сотрудничестве, в соответствии с которым инвестиции ГМК «Норильский никель» в исследования по водородной энергетике будут составлять 40 млн. долл. США в год. «Комплексная программа поисковых, научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ по водородной энергетике и топливным элементам», разработанная в рамках данного соглашения, была подписана 9 декабря 2003 г. Программа предусматривает:

■ исследования по расширению направления промышленного использования палладия и разработку перспективных технологических процессов по изготовлению продукции на его основе;

■ создание научно-технического, технологического и конструкторского задела по ключевым устройствам, агрегатам и системам водородной энергетики и ТЭ с характеристиками, превосходящими зарубежные аналоги, в т. ч. твердопо-лимерных, щелочных и твердооксидных ТЭ;

■ создание топливных процессоров для конверсии углеводородных топлив и получения водорода;

■ создание комплексов по производству, очистке, аккумулированию, хранению и транспортировке водорода;

■ разработку промышленной технологии изготовления элементной базы и новых материалов для водородной энергетики и автономных энергоустановок с ТЭ различных типов;

■ создание унифицированного ряда высокоэффективных экологически чистых энергоустановок и электрохимических генераторов водорода широкого класса на основе ТЭ мощностью от 1 до 25 кВт;

■ создание портативных источников тока на основе ТЭ для бытовой электронной аппаратуры;

■ формирование базовой кооперации научных организаций РАН и промышленных предприятий для производства конкурентоспособных энергоустановок на основе ТЭ и высокотехнологичной продукции на основе использования палладия и металлов платиновой группы;

■ подготовку предложений по развитию национальной инфраструктуры водородной энергетики;

■ разработку предложений по формированию национальной программы по водородной энергетике и ТЭ, по вариантам и схемам финансирования работ по этой программе с использованием материальных и финансовых ресурсов частного бизнеса.

Программа содержит 5 разделов, подробно представляющих исследования, направленные на реализацию этих целей. Предусматривается ежегодное уточнение и корректировка программы в зависимости от выполнения отдельных проектов.

Помимо указанной, существует еще несколько крупных российских водородных программ. Так, весной 2002 г. была принята программа, направленная на создание коммерческих энергоустановок на ТЭ (РАН, МНТЦ, Минатомпром, Газпром). Общий объем поддержки МНТЦ на водородную тематику составляет 35 млн. долл. США. Кроме этого, имеет место финансирование российских водородных разработок рядом зарубежных компаний.

3.3. Международное сотрудничество

Приведенный перечень национальных водородных программ является далеко не полным. В реализации концепции водородных энергосистем активно участвуют и многие другие страны: Канада, Австралия, Новая Зеландия, Бразилия, Индия и т. д. В водородных разработках участвуют практически все ведущие автомобильные компании мира и целый ряд транснациональных нефтегазовых корпораций (Royal Dutch/Shell, ExxonMobil, Texaco, British Petroleum и др.).

Большую роль в выполнении данных работ играет международное сотрудничество, осуществляемое в рамках двусторонних и многосторонних соглашений, программ крупных международных организаций, таких как уже упоминавшиеся Международное энергетическое агентство (IEA), Международная ассоциация по водородной энергетике (IAHE) и т. п.

Чтобы стимулировать, направлять и координировать международное сотрудничество, нацеленное на формирование национальных экономик, которые будут основаны на водородной энергетике и технологиях, в ноябре 2003 года в Вашингтоне 14 стран10 и ЕС (3,5 млрд. жителей, 85 % общемирового ВВП) учредили Межгосударственное партнерство по водородной экономике [52]. Данная межправительственная организация, открытая для принятия в нее новых членов, осуществляет координацию существующих и способствует выработке новых национальных и международных программ, направленных на создание и широкомасштабное внедрение высокоэффективных водородных технологий.

Заключение

Характеризуя современное состояние водородной энергетики и технологии, следует отметить качественные изменения, произошедшие за последнее десятилетие в этой области. Если ранее основное внимание уделялось научным, технологическим и энергетическим аспектам, то в настоящее время на первый план выходят экологические, экономические и политические составляющие проблемы создания межотраслевой инфраструктуры, обеспечивающей широкомасштабное использование водорода.

Зародившаяся на фоне мирового нефтяного кризиса 1970-х гг. концепция водородных энергосистем к настоящему времени переросла в динамично развивающееся научно-техническое направление, поддержка которого возведена в ранг приоритетов политики международных сообществ, национальных правительств, руководства коммерческих компаний и общественных организаций.

В то же время следует отметить, что в большинстве работ по конкретным направлениям водородной энергетики, технологии и экономики ощущается недостаток системного подхода, выявления взаимосвязи между этими направлениями и, как следствие, отсутствуют сбалансированные рекомендации стратегического порядка. Одним из немногих исключений являются упоминавшиеся выше экономические исследования по учету фактора загрязнения окружающей среды. В результате экономическая мотивация водородных программ, хоть и являясь нацеленной на перспективу, остается в рамках представлений сегодняшнего дня. Примером такого подхода является чрезмерный, на наш взгляд,

акцент на автотранспортный сегмент рынка водородных энерготехнологий. Однако без должного внимания к стационарным водородным приложениям, в первую очередь технически и экономически апробированным в настоящее время, реализация такого подхода представляется проблематичной.

По нашему мнению, основной сегодняшней проблемой реализации концепции водородных энергосистем является всесторонний системный анализ с последующей выработкой стратегии расширения использования водорода в областях, где он уже прочно занял свое место, и постепенного перехода в новые области энергетики и технологии. При таком подходе на внедрение водородной экономики потребуется более длительное время, зато такое внедрение будет органичным, и надежды на его реализацию, в конечном счете, сбудутся, а не останутся красивой, но утопической мечтой.

Авторы благодарны организаторам Первого Всемирного конгресса «Альтернативная энергетики и экология», проходившего 21-25 августа 2006 года на теплоходе «Георгий Жуков», за инициирование дискуссии, в результате которой была написана данная статья.

Список литературы

1. T. N. Vezuroglu. Quarter century of hydrogen movement 1974-2000 // International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology, 2004. No. 12 (20). P. 5-11.

2. J. O'M. Bockris, T. N. Veziroglu, D. Smith. Solar Hydrogen Energy. The Power to Save the Earth. London: Macdonald & Co. Publ., 1991.

3. Д. Ю. Гамбург, В. П. Семенов, Н. Ф. Ду-бовкин, Л. Н. Смирнова. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение: Справочник. / Под ред. Д. Ю. Гамбурга и Н. Ф. Дубовкина. М.: Химия, 1989.

4. F. Barbir. Review of Hydrogen Conversion Technologies. Clean Energy Research Institute, University of Miami, Coral Gables, FL 33124, U.S.A.

5. Э. Э. Шпильрайн, С. П. Малышенко, Г. Г. Кулешов. Введение в водородную энергетику. М.: Энергоатомиздат, 1984.

6. Л. Ф. Козин, С. В. Волков. Водородная энергетика и экология. Киев: Наукова думка, 2002.

7. База данных «Термические константы веществ» (Рабочая версия от 17 декабря 2002 г.) http:/ /www.chem.msu.su/cgi-bin/tkv2.pl?show = =welcome .html.

8. Hydrogen: Hazardous Substance Fact Sheet. New Jersey Department of Health and Senior Services, June 1996 (revision August 2002).

9. M. S. Dresselhaus, I. L. Thomas. Alternative energy technologies // Nature. 2001. Vol. 414, No. 15. P. 332-337.

10 Австралия, Бразилия, Великобритания, Германия, Индия, Италия, Исландия, Канада, КНР, Корея, Новая Зеландия, Норвегия, Россия, США, Франция, Япония

10. R. M. Dell, D.A.J. Rand. Energy storage — a key technology for global energy sustainability // Journal of Power Sources, 2001. Vol. 100. P. 2-17.

11. L. Browning. Projected Automotive Fuel Cell Use in California, P600-01-022, Consultant

¡1 Report — Prepared for California Energy Com-$ mission, October 2001.

S 12. R. Wurster, W. Zittel. HYDROGEN EN-

с

и ERGY // Workshop on Energy technologies to | reduce CO2 emissions in Europe: prospects, competition, synergy, Energieonderzoek Centrum Ned-^ erland ECN, Petten, April 11-12, 1994 (http:// § www.hyweb.de/Knowledge/Ecn-h2a.html).

13. W. Zittel, R. Wurster. Hydrogen in the En-§ ergy Sector. Issue: 8.7.1996 (http://www.hyweb.de/

0 index-e.html)

14. R. Ramachandran, R. K. Menon. An overview of industrial uses of hydrogen. // Int. J. Hydrogen Energy, 1998. Vol. 23, No. 7. P. 593-598.

15. T. Riis, E. F. Hagen, P. J. S. Vie, 0. Ulle-berg. Hydrogen Production — Gaps and Priorities. IEA Hydrogen Implementing Agreement (HIA). http://www.ieahia.org/pdfs/HIA_Pro-duction_G&P_Final_with_Rev.pdf

16. M. Hodson, S. Marvin. Technology Characterisation of the Hydrogen Economy // Working Paper 1, May 2004, Centre for Sustainable Urban and Regional Futures (SURF), http:// www.surf.salford.ac.uk.

17. K. McHugh. Hydrogen Production Methods. Report MPR-WP-0001, Revision 0, February 2005, Prepared for MPR Associates, Inc.

18. P. Chiesa, S. Consonni, T. Kreutz, R. Williams. Co-production of hydrogen, electricity and CO2 from coal with commercially ready technology. PartA: Performance and emissions // Int. J. Hydrogen Energy, 2005. Vol. 30. P. 747-767.

19. A. F. G. Smith, M. Newborough. Low-cost polymer electrolysers and electrolyser implementation scenarios for carbon abatement. Report to the Carbon Trust and ITM-Power PLC, November 2004, Heriot-Watt University Edinburgh EH14 4 AS.

20. Electrolyser (http://www.itpower.co.uk/in-vestire/pdfs/electrolyser.pdf).

21. С. А. Григорьев, В.Н.Фатеев, В. И. По-£ рембский. Электролизеры для получения особо

чистого водорода для водородной энергетики //

1 Водородная обработка материалов. Труды III | Межд. конф. «В0М-2004», Донецк-Святогорск, i 17-21 мая 2004 г. C. 35-39.

й 22. R. Parker, W. L. Clapper, Jr. Hydrogen-

I based utility energy storage system. Proc. 2001 i DOE Hydrogen Program Review NREL/CP-570-| 30535.

* 23. P. Lindblad. Biological hydrogen producS tion // Hydrogen 2004, 15th World Hydrogen 0 Energy Conf., Yokogama, Japan, June 27 - July 2, 2004. 30PL-02.

24. K. Domen. Hydrogen production from water on heterogeneous photocatalysts. Ibid., 29PL-08.

25. R. G. Sarmurzina, D. V. Sokolskii, G. G. Ku-rapov et al. Hydrogen production using power-accumulating substances // Hydrogen Energy Progress

VII. Proceedings of the 7th World Hydrogen Energy Conf. Moscow, U.S.S.R, 25-29 September 1988. Volume 2. / Ed. by T. N. Veziroglu and A. N. Prot-senko. New York e.a.: Pergamon Press, P. 931-941.

26. Б. П. Тарасов, В. В. Бурнашева, М. В. Лотоцкий, В. А. Яртысь Методы хранения водорода и возможности использования металлогидридов // Альтернативная энергетика и экология. 2005. №12. С. 14-37. Тарасов Б. П. Проблемы и перспективы создания материалов для хранения водорода в связанном состоянии // Альтернативная энергетика и экология. 2006. № 2. С. 11-17.

27. G. Dutton. Hydrogen: The Fuel of the Future? Energy Research Unit, CLRC Rutherford Appleton Laboratory. www.h2net.org.uk

28. С. П. Малышенко. Российские исследования и разработки в области водородных технологий и топливных элементов // Презентация на семинаре «Европейский Союз - Россия. Совместная программа исследований в области водородных технологий и топливных элементов» в рамках 6-й Рамочной программы, раздел «Устойчивые энергетические системы», Москва, 29 сентября 2004 г.

29. Hydrogen Energy and Fuel Cells. A vision of our future. Final report of the High Level Group (EUR 20719 EN), European Commission, 2003.

30. A History of Hydrogen Energy: The Reverend Cecil, Jules Verne, and the Redoubtable Mr. Erren. Columbia Earthscape, http:// www.earthscape.org/r3/hop01/hop01.pdf

31. А. Ю. Раменский, П. Б. Шелищ, С. И. Не-федкин и др. Применение водорода на автомобильном транспорте: перспективы на российском рынке // Презентация Национальной ассоциации водородной энергетики Российской Федерации, 2005.

32. J. O'M. Bockris, J. C. Wass. About the real economics of massive hydrogen production at 2010 A. D. // Hydrogen Energy Progress VII. Proceedings of the 7th World Hydrogen Energy Conf. Moscow, USSR, 25-29 September 1988. Vol. 1. / Ed. by T. N. Veziroglu, A. N. Protsenko. Pergamon Press, New York e.a., 1988. P. 101-151.

33. C. Rubbia. Hydrogen at crossroads between science and politics // 1st European Hydrogen Energy Conference, Grenoble, 2-5 September 2003.

34. M. Haug. Energy perspectives: future energy requirements and the role for hydrogen. Ibid.

35. N. N. Ponomarev-Stepnoi, A. Ya. Sto-lyarevsky. Major aspects of the strategy of hydrogen-based power development with nuclear energy sources // Presentation at the International Conference "Fifty Years of Nuclear Power - the Next Fifty Years", Obninsk, Russia, 29.06.2004-02.07.2004.

36. A Multiyear Plan for the Hydrogen R&D Program Rationale, Structure, and Technology Roadmaps. Office of Power Delivery; Office of Power Technologies; Energy Efficiency and Renewable Energy; U. S. Department of Energy; August 1999.

37. Hydrogen, Fuel Cells & Infrastructure Technologies Program. Multi-Year Research,

Development and Demonstration Plan. Planned program activities for 2003-2010. U.S. Department of Energy, Energy Efficiency and Renewable Energy (http://www.eere.energy.gov/hydrogen-andfuelcells/mypp/).

38. S. Chalk, L. Inouye. The President's Hydrogen Initiative: US DOE's Approach // A Paper for the Biennial Asilomar Conference on Energy and Transportation on "The Hydrogen Transition", July-August, 2003.

39. FreedomCAR and Fuel Partnership Plan, November, 2004.

40. Masahiro Inui, Hiroyuki Iwabuchi, Kenzo Fukuda. A Strategic Scenario of Infrastructure Construction for FCVs // 15th World Hydrogen Energy Conference, Yokohama, Japan, June 27-July 2, 2004, 28A-01.

41. Masahiro Futita. Japan's Approach to Commercialization of Fuel Cell / Hydrogen Technology. Ibid., 28PL-02.

42. H. Uchida. An overview of hydrogen related research & technology development in Japan // NORSTORE Conference/Workshop, Stavern, Norway, June 3-5, 2004.

43. U. Bunger. An Overview of Hydrogen Energy Related Research and Technology Development in Europe. Ibid.

44. U. Bunger. On the Path to Hydrogen Energy in Europe - HyNet and HyWays // 15th World Hydrogen Energy Conference, Yokohama, Japan, June 27-July 2, 2004, 28A-04.

45. European Fuel Cell and Hydrogen Projects. 1999-2002. Project Synopses. European Commission, Directorate J, Energy. Unit RTD-J-2, Energy Production and Distribution Systems, 2003.

46. Hydrogen som fremtidens energibaerer. -Norges offentlige utredninger 2004:11.

47. T. I. Sigfusson. The hydrogen projects in Iceland and possible lessons learned // 15th World Hydrogen Energy Conf., Yokohama, Japan, June 27-July 2, 2004, 28A-03.

48. SHI DingHuan, Secretary-General, Ministry of Science and Technology of China // Speech at the IPHE conf., Nov. 20, 2003 Washington DC, USA. http://www.iphe.net/

49. Z. Mao. Hydrogen — a Future Clean Energy Carrier in China // 15th World Hydrogen Energy Conf., Yokohama, Japan, June 27 - July 2, 2004, 28A-07.

50. M. Д. Прохоров. Реализация программы развития водородной энергетики вернет России статус великой экономической державы (Выступление генерального директора ГМК «Норильский никель» на совместном заседании президиума РАН и правления ОАО ГМК «Норильский никель» 9 декабря 2003 г.) // Химия и жизнь, 2004. № 1. C. 8-9.

51. С. М. Комаров. Шаги к сверхлегкой энергетике // Там же. C. 9-15.

52. International Partnership for the Hydrogen Economy. IPHE, http://www.iphe.net/.