Если не углеводороды, то кто?

Кто включает свет, пока спят энергетические гиганты

В 2024 году общее мировое энергопотребление составило около 173 000 тераватт-часов*, что примерно равно 14,3 млрд тонн нефтяного эквивалента. Ежегодно потребность глобальной экономики в энергии растёт на 1-2%. Основным источником энергии остаются углеводороды. Нефть, газ и уголь обеспечивают более 80% глобального энергопотребления благодаря высокой энергоемкости, отлаженной инфраструктуре и относительной дешевизне добычи и транспортировки. Но что происходит на рынке оставшихся 20 процентов? Кто поддерживает энергией территории, отрасли и тренды, до которых не дотягивается углеводородная энергетика?

*Данные BP Statistical Review of World Energy и International Energy Agency

Зачем нам альтернатива?

Стопроцентной гегемонии нефтегаза на мировом энергетическом рынке препятствуют несколько факторов.

Один из ключевых — это географическая удаленность объектов, потребляющих электроэнергию, от магистральных сетей. Тянуть провода к научной базе на арктическом берегу или золотодобывающему прииску в тайге экономически нецелесообразно. Приходится изыскивать источники электричества «на местах».

Не менее важный фактор — это децентрализация энергосистем, призванная повысить их устойчивость, безопасность и эффективность. Кроме крупных узлов вроде ТЭЦ в энергосистему встраиваются мелкие и средние источники энергии, расположенные близко к потребителям. Это снижает потери при транспортировке, хеджирует риски аварий, делает гибче управление спросом.

Компании и потребители могут сократить зависимость от централизованных поставщиков, вырабатывая часть энергии на собственных мощностях. Разумеется, принимаются во внимание и приметы времени: децентрализованная система более устойчива с точки зрения энергетической безопасности.

Поиск альтернатив сжиганию углеводородов обусловлен еще и соображениями прогресса. Рано или поздно органическое топливо закончится. Или себестоимость добычи поставит крест на целесообразности его дальнейшего использования. Этот факт подстёгивает гонку технологий в альтернативной энергетике во всем ее многообразии, от управляемого термоядерного синтеза до океанских электростанций, подражающих движению водорослей.

И, наконец, еще один немаловажный фактор — природоохранный. Со сжиганием ископаемого топлива прямо или косвенно связаны более 75% выбросов CO2 в атмосферу (остальные 25% преимущественно обусловлены землепользованием, включая вырубку лесов). При современном уровне экологической сознательности это слишком много, чтобы закрывать на проблему глаза.

Пионеры перспективной энергетики

В совокупности эти факторы стимулируют развитие большого, наукоемкого и разнородного по составу технологического рынка под названием «перспективная энергетика». Пока использование возобновляемых источников энергии — солнца и ветра, энергии приливов и геотермальных вод, — постепенно переходит в раздел «традиционной энергетики», их место на технологическом фронтире занимают более экзотические разработки.

Например, современная ядерная энергетика включает в себя не только традиционные АЭС, но и несколько относительно новых направлений.

Первое — это мини-АЭС: малые модульные реакторы мощностью до 300 МВт (большие АЭС — более 700 МВт). Плюсы этих энергетических установок — в децентрализации (мини-АЭС снижают зависимость от крупных электростанций и пригодны для регионов с плохой энергетической инфраструктурой), модульности (можно быстро развертывать и масштабировать энергоснабжение в зависимости от потребностей) и экономической эффективности.

Второе направление — управляемый термоядерный синтез. В отличие от традиционных АЭС, в реакторах типа токамак топливом является смесь изотопов водорода — дейтерия и трития. Термоядерная реакция не является цепной, поэтому она не может выйти из-под контроля или вызвать взрыв, поэтому потенциальная термоядерная станция безопаснее традиционных атомных реакторов в радиационном отношении. Несмотря на множество плюсов, эпоха термоядерного электричества еще далека от нас. Хотя наблюдается постоянный прогресс в исследованиях, ученые регулярно сталкиваются с новыми проблемами, и токамаки до сих пор остаются лабораторными приборами, а не промышленными машинами. Неясным является даже то, насколько рентабельным может быть производство электроэнергии с использованием термоядерного синтеза.

В отличие от туманных перспектив термояда, одно из направлений перспективной энергетики имеет доказанную эффективность и ряд преимуществ в сравнении с генерацией на углеводородах. Это электрохимия — ряд технологий, позволяющих преобразовывать химическую энергию в электрическую прямым способом. Топливные элементы преобразуют энергию топлива (наиболее перспективным топливом является водород) в электричество в процессе электрохимической реакции, обеспечивая чистую и эффективную генерацию. Аккумуляторы хранят и высвобождают электроэнергию через химические реакции. Осмотические электростанции используют разницу в концентрации соленой и пресной воды для выработки электроэнергии. Все эти способы экологичны, масштабируемы, безопасны и могут быть использованы для децентрализации энергосистем. А главное — они обеспечивают более высокий КПД в сравнении с традиционной энергетикой: эффективность серийных топливных элементов составляет 75%, а электрический КПД современных парогазовых установок уперся в 62–64%. Для ТЭЦ это потолок, обусловленный термодинамическим, механическим и экономическим пределами, — а топливные элементы имеют перспективу достичь и 80% КПД. В совокупности эти факторы делают электрохимические решения неограненным алмазом в перспективной энергетике — и огранить его вполне по силам России.

На пути к лидерству

Сегодня большинство технологий перспективной энергетики сконцентрированы в нескольких странах. В Германии принята и действует многомиллиардная «Национальная инновационная программа в области водородных технологий и топливных элементов». В Японии и Южной Корее власти создали пилотные территории, где электрохимические технологии тестируются в реальных условиях и демонстрируют свою экономическую целесообразность. Россия тоже обладает потенциалом, чтобы войти в этот негласный клуб, став одним из лидеров перспективной энергетики. Помимо снижения зависимости от иностранных поставщиков технологий и компонентов, развитие электрохимической энергетики в России минимизирует геополитические и внешнеэкономические риски.

Долгое время отечественная электрохимия была в «разобранном» состоянии. Отдельно существовали сильные научные школы, имевшие наработки в области перспективной энергетики. Отдельно развивались производственная база и добыча минералов, необходимых для производства электрохимических установок и аккумуляторов. Совершенствовались собственные технологии хранения электроэнергии, топливных элементов, работающих на водороде, и так далее. Однако, разрозненность отрасли не позволяла ей продвинуться дальше прототипов или отдельных, узких решений.

В 2022 году был основан «H2 Инвест» — интегратор в области перспективной энергетики. Стремясь стать технологическим лидером отрасли, компания ставит перед собой задачу довести отечественную перспективную энергетику до зрелого состояния. В портфеле «Н2 Инвест» уже есть российские разработки аккумуляторов и водородных топливных элементов, автономных источников питания, систем хранения и транспортировки водорода. Они не уступают зарубежным технологиям, а в ряде случаев превосходят их.

«Н2 Инвест» делает так, чтобы из разных, порой не связанных друг с другом научных школ и стартапов, продуктов и производственных мощностей, норм государственного регулирования и мер поддержки формировалась та среда, где синергия обеспечивает высокие темпы развития отрасли. Которые так необходимы для достижения технологического суверенитета страны и её вхождения в клуб лидеров перспективной энергетики.