http://www.ras.ru/digest/showdnews.aspx?id=18f684c5-c14d-477d-b928-525f5dc18025&print=1© 2024 Российская академия наук
В последнее десятилетие зависимость мировой экономики от сырьевых источников энергии стала в буквальном смысле наркотической. Очевидно, что с ростом потребления энергии все быстрее приближается тот момент, когда традиционные источники окончательно иссякнут. Ученые, политики и бизнесмены начали задумываться: а что дальше?
"Конец нефти вовсе не означает конца цивилизации. Но, чтобы не оказаться застигнутыми врасплох, мы должны заблаговременно изменить энергетическую основу нашей жизни и при этом измениться сами", - считает директор Института экономических стратегий, заместитель председателя Совета РАН по водородной энергетике, член-корреспондент РАН Борис КУЗЫК. В преддверии заседания упомянутого Совета РАН, посвященного атомно-водородной энергетике, Б.Кузык рассказал нашему корреспонденту о перспективах реализации проекта "Водородная энергетика и топливные элементы" в России.
- Борис Николаевич, существует мнение, что водородный проект вполне мог бы претендовать на статус национального проекта. Насколько оправданны такие амбиции? Действительно ли водородной энергетике нет альтернатив?
- Современная цивилизация не может позволить себе непродуманных решений и действий - слишком высока цена и ответственность глобальных технических и технологических проектов. Водородный проект также не является спонтанным решением, появившимся на свет ради удовлетворения материальных или научных амбиций каких-то лиц. Это результат многолетнего научного, практического, государственного и даже исторического поиска альтернативы ископаемому топливу, зависимость от которого давно становится тормозом развития мировой экономики. В истоках практически каждого современного крупного военного конфликта замешана нефть. Но политическая зависимость от нефти лишь следствие целой системы сырьевых зависимостей - экономических, социальных, ментальных.
Репетиция грядущего глобального энергокризиса экономики, построенной на ископаемом топливе, уже произошла в 70-х годах XX века. Кризис сопровождался падением роста добычи и потребления нефти и скачкообразным ростом мировых и внутренних нефтяных цен. Это был "первый звонок", показавший шаткость нефтяных экономик. Переход к энергосберегающим технологиям и изменение структуры мирового энергобаланса за счет увеличения потребления природного газа помогли временно преодолеть кризис, но не переломили тенденцию: ископаемое топливо уже в основном исчерпало свои возможности в ускорении экономического роста и начинает превращаться в собственную противоположность, то есть в тормоз, в источник кризисов и конфликтов. Мы перешли границу, до которой цивилизация еще контролировала нефть. Теперь нефть контролирует нас! Мы готовы платить за нее все более высокую цену. Ведь потребность в ней растет не только со стороны традиционных потребителей (США, Западная Европа, Япония), но в большей степени со стороны новых динамичных экономик Китая, Индии, Бразилии, Малайзии, Индонезии. По прогнозам, спрос на первичные энергоносители к 2030 году возрастет на 60-70% по сравнению с 2000 годом.
Даже если бы ископаемое топливо могло удовлетворить столь масштабный спрос, встал бы другой вопрос - о способности окружающей среды и дальше переваривать отходы от использования нефти и иного ископаемого топлива. Распространение болезней, связанных с нарушениями в экологии, неблагоприятные климатические изменения, участившиеся природные и техногенные катастрофы - это тоже плата за нефть. Нефть порождает множество глобальных противоречий, выход из которых видится только в радикальной перестройке мирового энергетического хозяйства, которая и должна стать основным смыслом и содержанием перехода к новому технологическому укладу.
В перспективе для обеспечения своего устойчивого развития цивилизация должна начать использовать минеральные топлива лишь как химическое сырье, отказавшись от их широкомасштабного применения в качестве источников энергии. Для удовлетворения своих энергетических нужд человечество должно перейти к возобновляемым и экологически чистым источникам энергии - и это безальтернативное решение. Известно, что ресурсы возобновляемых источников энергии - например, солнечной и ее производных: энергии ветра, биомассы, водных потоков - на порядки превышают потребности человечества в энергии. Практически неограниченны возможности энергоснабжения цивилизации при успешном развитии термоядерной энергетики. Именно оптимальное сочетание этих первичных источников видится как основа энергетики будущего.
- Извините, но возникает вопрос: а причем тут водород и водородная энергетика? Ведь водород в принципе не является первичным источником энергии - для его производства необходимо затратить энергию других первичных источников. И в чем преимущества водорода?
- Вы правы в том, что не существующий в природе в чистом виде водород, в отличие, скажем, от солнца, ветра, воды, нефти, угля, не является первичным источником энергии. Но водород, полученный путем химических, физических и электрохимических преобразований, может стать универсальным энергоносителем, позволяющим наиболее эффективным способом построить глобальную и локальные системы энергоснабжения и объединить в единый комплекс производство, транспортировку, аккумулирование и использование энергии различными потребителями.
К видению водородной энергетики как основного направления развития устойчивых экологически чистых энергетических систем пришли независимо друг от друга группы исследователей в разных странах мира при решении соответствующей поисковой задачи. Водород в чистом виде или в сочетании с некоторыми другими видами топлив наиболее эффективно преобразуется в энергию.
Немаловажным аргументом в пользу водорода является то, что технология его использования в качестве энергоносителя позволяет поддерживать аналогичный природному кругооборот, делая запасы водорода в природе практически неограниченными. Его применение на транспорте и в энергоустановках во многом позволяет решить проблему загрязнения окружающей среды в мегаполисах. Ведь при его использовании в двигателях автомобилей выбрасывается преимущественно водяной пар, а не вредные компоненты. Как показывают оценки, результатом реализации проекта "Водородная энергетика" в России могло бы стать сокращение выбросов парниковых газов на 10% к 2030 году и на 25% к 2050 году.
Применение водородных энерготехнологий, в частности, водородных парогенераторов и топливных элементов, на переходном этапе развития энергетики позволит существенно повысить эффективность использования органического и ядерного топлива в стационарной энергетике и сократить загрязнение окружающей среды продуктами сгорания. У водорода целая гамма преимуществ перед другими энергоносителями: он нетоксичен, имеет наиболее высокую теплоту сгорания на единицу массы (120 МДж/кг), транспортабелен и храним как природный газ. Водород и получаемые на его основе виды топлива можно применять в двигателях и энергоустановках различного назначения. В перспективе при значительных масштабах производства и потребления водород можно превратить в самый дешевый и экологически чистый источник энергии.
Все упомянутые факторы были учтены при разработке долгосрочных национальных программ по водороду и водородным топливным элементам в США, Европейском союзе, Японии и других странах. В США объем бюджетных ассигнований на водородные проекты составляет 1,7 млрд. долларов на пять лет плюс в несколько раз большие суммы частных компаний, в Европейском союзе - 2 млрд. евро, в Японии - 4 млрд. долларов на 20 лет.
- Таким образом, водород как самый дешевый и экологически чистый источник энергии - это перспектива. Насколько отдаленная?
- Мы не сможем претворить в жизнь эту идею, если целенаправленно не займемся ее реализацией уже сегодня. Энергетика является одной из самых инерционных отраслей экономики. Для существенных структурных изменений в ней требуются десятилетия, то есть время, по порядку своей величины соизмеримое с оставшимся периодом интенсивной эксплуатации органических энергоресурсов. Именно поэтому эту работу нельзя откладывать на завтра, когда уже может быть поздно или потребуется привлечение больших ресурсов.
Любой высокотехнологичный продукт, предназначенный для массового потребления, неизбежно проходит стадию доводки технологии до возможности серийного производства и дальнейшей реализации по приемлемой рынком цене. Например, сегодня некоторые высокотехнологичные корпорации располагают образцами голографического телевидения. Однако сделать его массовым продуктом предполагается к 2020 году за счет доработки соответствующих технологий. Кстати, принятые в других странах национальные программы по водороду и водородным топливным элементам также предполагают, что доступ к водородной энергетике будет определять конкурентоспособность национальных экономик, товаров и услуг на мировых рынках с 20-х годов XXI века.
При достаточном финансировании "технологическое удешевление" водородных топливных элементов идет весьма приличными темпами. Так, известная американская компания Plug Power Inc. специализируется на производстве стационарных водородных энергетических установок, которые используются как системы резервного питания. Пока 1 кВт установленной мощности обходится примерно в 1500 долларов при уровне конкурентоспособной цены в 500 - 800. Казалось бы, разочаровывающий показатель. Однако за несколько лет за счет новых технологических решений стоимость сократилась в 10 раз.
Кстати, 35-процентный пакет акций этой американской компании консолидирован на паритетной основе "Интерросом" и "Норильским никелем", что тоже является свидетельством перспективности водородных топливных элементов, к производству которых в России предполагается приступить уже в 2008 году.
- Означает ли это, что в России интерес к водородной тематике существует только на уровне частных компаний, которые и "приведут" соответствующие технологии в экономику?
- Не совсем так. Наша страна имеет серьезные научные результаты по водородной тематике. Но сейчас действия в этом направлении недостаточно скоординированы, в том числе из-за бюрократических проволочек. На самом высшем уровне есть твердое желание развивать это направление. Слишком бесспорны аргументы важности водорода именно для российской экономики.
Вот лишь один из множества таких аргументов. Выигрыш России от роста цен на углеводородные носители энергии имеет довольно иллюзорный характер. В свое время СССР, располагая крупнейшими в мире суммарными запасами ископаемого топлива, получил существенный выигрыш на первом этапе энергокризиса. Но в 1980-е годы появились признаки замедления роста нашего энергосектора. А в 1990-е годы в России произошел глубокий энергетический кризис, характеризовавшийся падением объема производства энергоресурсов в 1998 году на 26% и потребления электроэнергии на 25%. С 1999 года в топливно-энергетическом комплексе развертывается фаза оживления экономического цикла, но докризисный уровень пока не достигнут и последствия кризиса еще не преодолены.
Действительно, мы стали энергетическими донорами для Западной Европы и других стран, но энерговооруженность труда при этом сократилась, особенно в производстве товаров. Россия превосходит среднемировой уровень производства энергии на душу населения в пять раз и потребления в 2,55 раза, но показатель энергоэффективности (производство ВВП на единицу энергопотребления) у нас почти в три раза ниже, чем среднемировой.
Экономика, основанная на ископаемом топливе, вообще признается весьма расточительной и неэкологичной. Но наша экономика, "подсевшая" на углеводороды, расточительна в квадрате и неэкологична в кубе. К чему это может привести уже в ближайшее время? Увеличится разрыв между ростом потребностей в энергоресурсах и возможностями их удовлетворения за счет увеличения добычи ископаемого топлива. Без иллюзий: наши лучшие и наиболее рентабельные месторождения близки к исчерпанию - "легкой" (в добыче) нефти в стране остается лет на 10. При 7-процентном среднегодовом приросте ВВП и сохранении нынешнего уровня энергоэффективности потребление первичных энергоресурсов вырастет в 2,8 раза за 15 лет, в 3,9 раза за 20 лет и в 7,6 раза за 30 лет. Сохранятся ли предпосылки для экономического роста в условиях быстрого исчерпания рентабельных запасов и общего удорожания топлива?
Кроме того, нарастает уровень износа основных фондов в топливной промышленности и электроэнергетике (до 57,8% в 2005 году) при низком коэффициенте их обновления и общем технологическом отставании. Очевидно, что энергетической сверхдержавой мы можем стать, но только на весьма короткое время - до тех пор, пока не иссякнет наша нефть либо потенциал топливной промышленности или пока другие страны не получат достаточно дешевые водородные и иные энерготехнологии. Учтем и такой фактор: в 1996-2003 годах цены на топливо и энергию росли опережающими темпами. И будут расти еще большими темпами, особенно после вступления России в ВТО. Одним из факторов сдерживания инфляции в отечественной экономике может стать переход от углеводородов к более дешевым источникам энергии.
Для достижения успеха необходим новый импульс, каким и должно стать придание водородным программам статуса национального проекта. Мне кажется, что и российские ученые, и крупный российский инновационный бизнес, и государство не питают иллюзий по поводу того, что они поодиночке способны решить столь масштабные задачи, как переход к новому шестому технологическому укладу и к соответствующему ему прогрессивному энергоносителю - водороду. Формат национального проекта вполне соответствует уровню задач программы освоения альтернативных источников энергии.
- В чем суть механизмов взаимодействия государства, науки и бизнеса в развитии технологической основы экономики будущего? Чем они отличаются от механизмов, существовавших ранее?
- Отличие в том, что единственным идеологическим, организационным и финансовым центром аналогичных проектов ранее выступало по понятным причинам государство. Ведь приблизительно сопоставимые проекты в последний раз реализовались еще в СССР - атомный проект или проект освоения космоса. Это были национальные по смыслу проекты, локомотивы советской экономики, которые выводили за собой на мировой уровень целые технологические цепочки во многих отраслях промышленности.
В 1970-1980-е годы СССР был одним из лидеров в исследовании проблем водородной энергетики. Однако в 1990-е годы эти работы были свернуты. Скажем откровенно, у государства был шанс возродить водородный проект собственными силами, но по ряду причин он использован не был.
Зарубежный опыт показывает, что в инновационной сфере должно существовать эффективное государственно-частное партнерство. Государство должно определить стратегию своей энергетической политики хотя бы до 2030 года, а лучше - до 2050-го, создать законодательную базу, выделить из бюджетных средств стартовое финансирование.
Сфера частного бизнеса - коммерциализация водородного проекта, формирование и продвижение конкретных проектов. Конечно, без активного участия фундаментальной и прикладной науки усилия и государства, и частного бизнеса будут бесплодными. Крупный инновационный бизнес это понял. С 2003 года при самой активной позиции президента академии Юрия Сергеевича Осипова соглашением РАН и ГМК "Норильский никель" был придан новый импульс работам по водородной тематике. Исследования и разработки ведутся с участием многих академических и неакадемических институтов и вузов. Проведен большой объем работ по созданию ряда технологий и компонентов национальной инфраструктуры водородной экономики. К сожалению, государство в тот момент не нашло возможности поддержать это направление инновационно-технологического прорыва достаточными инвестициями. А ведь, как я уже говорил, в развитых странах бюджетных денег на водородные проекты не жалеют.
В 2004 году Институт экономических стратегий совместно с ведущими институтами РАН, Российской академией государственной службы при Президенте РФ и Международным институтом П.Сороки-на - .Кондратьева приступили к разработке содержания, методологии и механизма реализации инновационного прорыва в области водородной энергетики. Эксперты посчитали, что в основе этого проекта должна быть Национальная научно-инновационная программа "Водородная энергетика". Подготовлены проект концепции и первоначальный проект программы.
В апреле 2005 года была создана Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" как управляющая компания по этой программе. Ее основной задачей является координация деятельности по разработке опытно-промышленных технологий производства топливных элементов и водородных электрохимических генераторов на их основе. Демонстрационные образцы установок будут представлены к концу текущего года, а в 2008 году предполагается их производство в промышленных масштабах. Это очень важный системный результат, который, разумеется, является лишь первым шагом к реализации глобального национального проекта, связанного с водородной энергетикой.
Надо сказать, что на стадии подготовки концепции такого проекта были отработаны механизмы взаимодействия всех структурных элементов его управления: Совета РАН во главе с академиком Г.Месяцем, который рассматривает стратегические проблемы развития водородной энергетики, Научно-технического совета управляющей компании, ее научных и производственных подразделений, ведущих НИИ РАН, вузов и высокотехнологичных промышленных предприятий. Подходы к формированию Национальной научно-инновационной программы по водородной энергетике мы анонсировали на Международном форуме и выставке по водородной энергетике, которые были организованы Правительством РФ и прошли в феврале этого года в Москве.
- Увязывается ли эта программа с тенденциями развития других видов энергии?
- Энергетический рынок - это система, которая развивается по своим законам. В первой половине XXI века доля невозобновляемых источников энергии на рынке все еще будет преобладать, но тенденция ее уменьшения совершенно очевидна. Сегменты традиционных и альтернативных источников энергии будут не столько вытеснять друг друга, сколько стремиться, образно говоря, к пограничным партнерским отношениям. И без фундаментальных научных исследований, без Российской академии наук здесь никак не обойтись. РАН недавно заключила генеральное соглашение с РАО "ЕЭС России" по реализации проекта "Новая энергетика России", где речь идет в том числе и о развитии альтернативных источников энергии. Национальная инновационная компания "Новые энергетические проекты" участвует в формировании рабочей группы по взаимодействию с уполномоченными по исполнению этого соглашения - академиком РАН А.Шейдлиным и техническим директором РАО "ЕЭС России" Б.Вайнзихером. А 16 мая состоится заседание Совета РАН по атомно-водородной энергетике. Совместно с Росатомом, профильными институтами РАН, Комитетом по энергетике, транспорту и связи Госдумы, Национальной ассоциацией водородной энергетики и другими заинтересованными организациями мы планируем приступить к проработке концептуального проекта атомно-водородного комплекса на базе высокотемпературного реактора для производства водорода, электроэнергии и высокопотенциального тепла для теплоэнергоснабжения энергоемких отраслей и объектов промышленности.
- Вернемся к Национальной программе по водородной энергетике. Какова ее структура? Какого эффекта от ее реализации вы ожидаете?
- Структурно программа будет состоять из нескольких контуров-блоков, каждый из которых включает группу взаимосвязанных подпрограмм. Первый - исследовательский контур. Это фундаментальные научные работы в области получения, транспортировки и хранения водорода, создания топливных элементов и электрохимических установок, вопросы водородной безопасности, а также прогнозирование и экономические исследования. Этой частью программы будет в основном заниматься РАН во взаимодействии с вузовской наукой, предприятиями промышленности, федеральными органами власти. Планируется, что на этом этапе 60-70% средств будет вложено государством.
Бизнес подключится на стадии опытной апробации технологий, организации производства, использования инноваций на транспорте (железнодорожном, автомобильном, авиационном), в промышленности, оборонно-промышленном комплексе, энергетике, ЖКХ. Это будет второй, инновационно-инвестици-онный контур программы.
Остальные структурные составляющие программы: образовательный контур - это подготовка кадров; управленческий контур - создание и функционирование управляющей компании; международный и межрегиональный, которые обеспечат развертывание программы в пространстве. Нам важно понять, какие эффекты ожидаются от реализации программы, особенно при составлении долгосрочных прогнозов инновационно-технологи-ческого развития страны до 2030 года. В связи с этим не могу не отметить вполне дальновидный шаг - создание под председательством академика РАН Александра Некипелова Совета РАН по долгосрочному прогнозированию социально-экономического, инновационно-технологического и территориального развития России на период до 2030 года, в который входят ведущие ученые РАН, в том числе и Отделения общественных наук.
Главные прогнозируемые эффекты программы по водородной энергетике: укрепление научно-технического потенциала России, повышение конкурентоспособности нашей экономики, начало освоения 6-го технологического уклада, общее удешевление энергообеспечения экономики, обеспечение устойчивости работы ЖКХ и эффективности социального сектора, повышение реальных доходов населения. Ожидаем снижения энергоемкости ВВП за счет реализации программы на 20% к 2030 году и на 35% к 2050-му, замены 20% ископаемого топлива возобновляемыми источниками энергии к 2050 году, расширения доли России в высокотехнологичном экспорте до 3% в 2030 году и 5% в 2050-м. Доля прироста ВВП от энергетики в результате реализации программы к 2030 году составит 10%, а к 2050-му - 25%. Это лишь часть эффектов и их предварительная оценка.
- Идея проекта ясна. А сколько у России времени, чтобы не упустить свой "водородный шанс"?
- Временной интервал, необходимый для разработки новых технологий и внедрения новых энергетических концепций в экономику страны при скоординированной и слаженной работе многочисленных научных и конструкторских коллективов и промышленности, составляет не менее 25-30 лет. Это - закон. Сроки нами просчитаны при составлении научного прогноза в книге "Россия - 2050: стратегия инновационного прорыва". Чтобы оказаться в мировом экономическом, технологическом и геополитическом авангарде, освоившем водородные источники энергии в 2020-2030 годах, Россия должна приступить к реализации национального проекта "Водородная энергетика" уже сегодня, сейчас, в 2006 году. Такова реальность.
***
Конец нефти не означает конца цивилизации. Но, чтобы не оказаться застигнутыми врасплох, мы должны заблаговременно изменить энергетическую основу нашей жизни и при этом измениться сами.
Водород может стать универсальным энергоносителем, позволяющим наиболее эффективным способом построить глобальную и локальные системы энергоснабжения и объединить в единый комплекс производство, транспортировку, аккумулирование и потребление энергии.
В реализации Комплексной программы по водородной энергетике участвуют более 50 научных организаций РАН, вузов, промышленных и конструкторских объединений во многих регионах России.