Андрей Яковлев: как «водородная долина» изменит Томск и весь мир
В России создан консорциум по развитию водородных технологий — «Технологическая водородная долина». Инициатором объединения стал Томский политехнический университет, где разработки в области водородной энергетики ведутся с начала 2000-х годов.
О перспективах водородных технологий и о том, какую пользу «водородная долина» принесет Томской области, мы поговорили с врио ректора ТПУ Андреем Яковлевым.
Энергия + климат
— Андрей Александрович, с чем связан растущий интерес к водородному топливу?
— Прежде всего, с тем, что водородная энергия — экологически чистая. При использовании водорода не выделяется парниковых газов, которые неблагоприятно влияют на климатические изменения. Время, когда можно было занять рынок за счет дешевой энергии, прошло. Сейчас надо говорить о комплексном подходе «энергия плюс климат» — на это обращают внимание государства, этот баланс регулируется с помощью налогообложения и других методов. Если коротко, ситуация такова: у вас может быть дешевая энергия, но дорогой климат, и наоборот.
Водородное топливо начали применять не сегодня. Еще в блокадном Ленинграде по улицам ездили автомобили на водороде, в СССР был пассажирский самолет на этом виде топлива. Сейчас водород активно используется в химической и пищевой промышленности и, конечно же, в качестве топлива для летательных аппаратов и наземного транспорта.
В развитых странах на водород делают серьезные ставки, и, на мой взгляд, отстраняться от этого нелогично. Да, сегодня водород, с точки зрения рентабельности, уступает другим источникам энергии, но завтра все может измениться.
— Что препятствует быстрому переходу мировой энергетики на водород?
— Водород — эффективный и экологичный, но специфический вид топлива. Во-первых, в природе нет запасов чистого водорода — нужно потратить некоторую энергию, чтобы его «добыть». Получить водород в промышленных масштабах можно двумя способами — из метана и воды.
Во-вторых, водород нужно транспортировать, что тоже требует энергетических затрат. Кроме того, пока нет единого мнения, в каком виде его лучше перевозить: жидком, химически связанном, с помощью твердотельных носителей?
Третья проблема, сопряженная со второй, — это хранение водорода. И, наконец, использование: для транспортного топлива нужна очень высокая степень очистки, эффективные мембраны — над их созданием мы, кстати, работаем в Томском политехе.
— Как давно в Томском политехническом университете занимаются научными исследованиями, связанными с водородом?
— Если посмотреть по патентам, то с начала 2000-х годов. Были работы по метановодородному топливу, тонкопленочным электролитам для топливных ячеек; занимались полимерными мембранами для топливных элементов, газификацией низкосортных углей с утилизацией выделяемого СО2 и получением водорода. Разные направления, которые покрывают практически весь спектр задач, связанных с водородной энергетикой: получение, хранение, транспортировку и использование.
Отрасль активно развивается, нужно быть на фронтире. Потому что, как только будет разработана технология, способная конкурировать с традиционными источниками в экономическом смысле, произойдет резкий всплеск водородной энергетики. К этому надо готовиться с точки зрения и науки, и инженерии, и организации производства, и подготовки рынка.
«Водородная долина»
— Что делается для развития водородной энергетики в мире и в России?
— Многие страны всерьез смотрят на водородную энергетику и выделяют значительные финансовые средства на развитие соответствующих технологий. Не только государственные, но и крупные коммерческие игроки планируют входить в эту сферу. Создаются консорциумы, ассоциации, объединения, потому что одному игроку изменить технологический и экономический уклад не под силу. Это задача комплексная, и решаться она должна в коллаборациях различных организаций.
В России создан первый научный консорциум по развитию водородных технологий, соглашение о его создании подписано в Томске 10 ноября. Мы организовали его совместно с Российской академией наук и ключевыми университетами, которые имеют компетенции в этом направлении и интересны в будущем для строительства нового сектора экономики.
Создание консорциума инициировано Томским политехническим университетом, но в нем нет ведущих и ведомых участников: все активны, открыты и нацелены на результат. Наша совместная задача — правильно распределить роли участников, создать платформу взаимодействия, чтобы получить синергетический эффект.
Одновременно вокруг Росатома собирается консорциум производственных предприятий, которые планируют применять эти технологии в своей работе. С одной стороны, открытая наука, готовая подставить плечо друг другу. С другой, есть ноу-хау, которые компании, может, и не будут готовы раскрывать, потому что это даст им коммерческое преимущество.
— Как, в вашем представлении, могут распределиться роли участников научного консорциума, и какой будет позиция ТПУ?
Здесь есть несколько осей. В развитии фундаментальной науки, на мой взгляд, лидирующую роль должна играть Академия наук. А связь между большой наукой и инженерным ядром должна быть за такими вузами, как Томский политехнический университет. ТПУ выгодно отличается от классических университетов и многих технических вузов тем, что здесь есть мощное исследовательское и мощное инженерное ядро. Мы можем приводить научные идеи к материальному воплощению.
Еще одна ось связана с апробированием технологий. Например, на Сахалине рассматривается возможность создания водородного кластера, и понятно, что в Сахалинском университете должны развиваться научные и образовательные направления, чтобы поддерживать новый сектор.
— Какую пользу Томской области принесет «Технологическая водородная долина»?
— Технологическому бизнесу это даст налоговые льготы, городу — возможность выделения государственного финансирования на капитальные затраты. Необходимо, чтобы в "водородной долине" была среда для предпринимателей, которые готовы работать в этом направлении. Место, где общаются ученые, инженеры и предприниматели, где они могли бы поговорить на одной площадке, посмотреть, потрогать руками и организовать производство каких-то мелкосерийных составляющих для водородной отрасли.
С точки зрения образования мы смотрим на возможность подготовки специалистов в области водородной энергетики. Около 10 лет назад Томский политех уже выпускал таких специалистов, но оказалось, что мы немного опередили время. Думаю, сейчас участники водородного консорциума смогут
усилить друг друга и собрать сетевую образовательную программу.
— Является ли водородная энергетика конкурирующей отраслью для традиционной энергетики, основанной на ископаемом топливе? Если Россия вместе со всем миром перейдет на водород, как это повлияет на нефтегазовые компании?
— Водород не конкурирует с нефтью и газом, потому что почти всё, что нас окружает, сделано благодаря нефти: пластик, масла, жидкое топливо. Я бы не говорил, что водород — это замена углеводородам. У каждого типа сырья есть своя ниша. Вот раньше был керосин в лампах, потом все перешли на электричество. Но это не говорит о том, что керосин пропал и нигде не используется.
Водород — «зеленое» топливо, которое может давать высокий КПД. Как только появятся рентабельные технологии, они могут несколько вытеснить привычные, либо стимулировать их развиваться в другом направлении.
Что касается сырьевых углеводородных компаний, то с одной из крупнейших, «Газпромом», у Томского политеха есть текущий хоздоговор по получению водорода из метана. Часть этапов мы сдали, часть еще в работе. Это более серьезная заинтересованность, чем любые слова. Нет, они деньги платят за проведение исследовательских работ.
Водородное будущее
— На какую из двух технологий промышленного получения водорода — конверсия метана и электролиз воды — вы бы поставили?
— На обе. Это две абсолютно разные области, и вопрос здесь в том, какая технология даст больший бенефит той или иной компании. Относительно обеих есть вопросы, над которыми нужно работать, совершенствовать, с точки зрения инженерии, но физический принцип доказан. Конечно, при доработке возникнут новые фундаментальные задачи. И по покрытиям, эффективным для удержания низкотемпературной плазмы, и по масштабированию технологии — множество вопросов.
— Как вы полагаете, через какое время произойдет переход к водородной энергетике?
— Сложно прогнозировать, так как это зависит от многих параметров: и от предпринимателей, которые делают ставку на это, и от позиции государства. По планам переход на нулевые выбросы СО2, все страны рисуют к 2050 году. Амбициозная цель — за 30 лет сделать такой шаг. Это означает, что первые победы должны быть вот-вот.
Мы в университете занимаемся решением научных и инженерных задач, но на науке ничего не заканчивается, а только начинается. Следующее направление — рынок. Нужно понимать, что технология должна быть рентабельной, так как будет использоваться с целью получения рыночной выгоды. И еще мы добавляем образование, изменение типа мышления, отношения к газу и водороду в частности. Может быть, быстрых изменений не происходит в том числе потому, что люди просто боятся, думают, газ — это опасно.
— Кстати, да: водород — это не опасно?
— Водород — летучий газ с очень высокой диффузионной способностью. Если у вас будет открыто окно, он сразу улетучится. Конечно, у него высокие детонационные характеристики, энергия взрыва будет серьезная. Но то же самое касается и других видов топлива. Бензин в автомобилях при аварии может вылиться и загореться. А литий-ионную батарею вы вообще не потушите, если начнется возгорание.
Вопрос безопасности — комплексный, он требует стандартизации, регламентирующих документов. Если вы работаете со сжиженным водородом, то там давление под 700 атмосфер и совсем другие требования к безопасности, чем, например, на бензиновых заправках. Не стоит бояться водорода, это даже более безопасное топливо, чем многие другие.
— Благодаря «водородной долине» Томск, вероятно, будет немного ближе к миру новой энергетики, чем другие территории. Будут ли водородные технологии каким-то образом интегрированы в жизнь города?
— Конечно, они будут органично интегрированы и в городскую среду, и в производственную, и в образовательную — во все сферы. Именно поэтому «водородная долина» и создается в городе, где есть мощная наука и производственный комплекс, много талантливых студентов, где бывают экстремальные условия для длительной эксплуатации устройств.
Когда ставятся такие амбициозные задачи как создание «водородной долины», должна быть специфическая культурная среда. В этом смысле Томск выгодно отличается: здесь учатся студенты из всех регионов России и многих стран мира. Мультикультурная среда есть, следующий шаг — отношения между людьми, чтобы они были открыты новому, нацелены на результат, одновременно с этим чувствуя ответственность. Это непросто на самом деле, чтобы люди не воспринимали другого как конкурента, чтобы работали как минимум в культуре согласия, а желательно в культуре сотворчества.
Если у человека возникает вопрос, а что происходит, с точки зрения водородной энергетики, в России, какие компании, какие ученые, — он приезжает в Томск. Здесь будет открытая платформа для взаимодействия в этой сфере, здесь люди делятся знаниями, здесь нет стен между учреждениями. Такую среду нужно создавать, и это непростая организационно-управленческая задача.
Текст: Катерина Кайгородова
Фото: Серафима Кузина
Подписывайтесь на наш телеграм-канал «Томский Обзор».