Весной этого года сразу трое сотрудников Института катализа СО РАН стали лауреатами конкурса мэрии Новосибирска в сфере науки и инноваций среди молодых ученых. В их числе – кандидат химических наук Дмитрий Потемкин, чья работа связана с созданием катализаторов и технологий для водородной энергетики. Учитывая актуальность темы, мы обратились к молодому ученому в целях разъяснения некоторых важных аспектов его работы.
– Дмитрий Игоревич, еще три года назад в прессе сообщалось, что группа ученых из НГУ и ИК СО РАН работает над проблемой увеличения пробега электромобилей. Для этого они разработали катализаторы, позволяющие получать водород прямо на борту машины. Вы, как я понимаю, имеете прямое отношение к этой разработке. Я прав?
– Да, действительно, наша научная группа уже много лет занимается проблемами водородной энергетики и получения водорода, в том числе, применительно к автомобильному транспорту. Сначала это были исключительно фундаментальные исследования, что называется, “на опережение”. В настоящий момент мы “примериваемся” и постепенно подходим к практическим задачам, делаем макеты устройств. С другой стороны, и уровень развития техники подошел к моменту, когда наработки в этой области становятся актуальными. Десять лет назад электромобили и водородные автомобили можно было найти на различных выставках и в некоторых уголках мира. Сегодня можно купить серийную водородную «Тойота Мирай» или взять напрокат электросамокат. Технологии бортового получения водорода из традиционных топлив уже находят свое применение в беспилотных летательных аппаратах, мобильных источниках электроэнергии для отдаленных районов - как более эффективная альтернатива дизель-генераторам. Я думаю, что появление таких технологий и устройств на транспорте – это уже следующий шаг.
– Ограничивается ли тема получения водорода, над которой Вы непосредственно работаете, только лишь проблемой развития электротранспорта и топливными элементами? Может ли она иметь приложения для большой энергетики?
– Я считаю, что водородная энергетика имеет большие перспективы для так называемой распределенной энергетики, когда генерация электроэнергии происходит не на больших теплоэлектростанциях (ТЭЦ), а в каждом доме, например, в устройстве, присоединенном к газовому котлу. Безусловно, парогазовые турбинные установки, используемые на современных ТЭЦ, не потеряют своей актуальности в ближайшие два-три десятилетия в больших городах и рядом с крупными потребителями. Но для отдаленных районов и небольших поселений комбинация солнечной или ветровой и водородной энергетики видится оптимальным вариантом, как с экологической, так и с экономической точек зрения - за счет экономии на завозе топлива.
– Как ваши исследования пересекаются с тем, над чем работают сейчас в развитых странах? Я имею в виду так называемую «водородную стратегию», принятую, например, в Германии.
– В целом, наши исследования находятся в общем мировом тренде на начало активного внедрения водородной энергетики. В настоящий момент Япония и Южная Корея очень активно идут в сторону широкого применения водорода, создают инфраструктуру производства, импорта, хранения и транспортировки водорода, строится сеть водородных заправок. Сеть водородных заправочных станций также развивается в Германии и некоторых штатах США. Недавно открылась первая в России водородная заправочная станция в подмосковной Черноголовке.
– Для получения водорода Вы используете углеводородное сырье. Насколько это принципиально? Вписывается ли такой выбор сырья в политику декарбонизации экономики, проводимую странами-участниками Парижского соглашения? В данном случае меня интересует, имеет ли разрабатываемая Вами технология так называемый «углеродный след»? Иными словами, насколько она является «чистой» относительно тех жестких стандартов, которые утверждаются сейчас в странах ЕС?
– Начну немного “издали”. Водород не очень удобен для хранения, так как имеет низкую объемную плотность энергии. Для хранения его или сжимают до высоких давлений (700 атм), или сжижают при очень низких температурах (-252 °С). Оба подхода неудобны для долговременного хранения, поэтому ученые всего мира работают над разработкой альтернативных способов хранения водорода. Предлагаются использовать так называемые жидкие органические соединения (LOHC), синтетические топлива, аммиак, алюминий и другие. Япония в последние годы тестирует различные способы импорта водорода: в виде LOHC из Брунея, в виде сжиженного водорода из Австралии, обсуждается возможность строительства аммиачного производства на российском Дальнем востоке.
На наш взгляд, наиболее перспективный подход – синтетические топлива. Предположим, есть избыточная выработка электроэнергии ветрогенераторами или солнечными батареями, которая направляется на электролиз воды и производство водорода, который в свою очередь используется для гидрирования диоксида углерода (того самого парникового газа) с получением синтетических жидких (бензин, дизель, метанол) или газообразных (природный газ, пропан-бутан) топлив. Такой подход позволяет “обнулить” углеродный след и использовать существующую инфраструктуру хранения и транспортировки традиционных топлив. Кроме того, это позволяет комбинировать ископаемые и синтетические топлива и обеспечить постепенный переход от первых ко вторым.
Не будем забывать, что в России есть своя специфика, в частности, большие запасы нефти и газа, а также развитая индустрия их добычи и переработки. И помимо декарбонизации экономики, которой невозможно добиться быстро, существует задача более эффективного использования ископаемых ресурсов, чему могут помочь предлагаемые решения.
– Как лично Вы оцениваете перспективы вашей разработки в России? У нас есть немало примеров, когда очень хорошие начинания не выходили за рамки лабораторных образцов. Насколько это Вас волнует?
– Безусловно, это нас волнует, как думаю, и всех российских ученых. Мне кажется, в этом вопросе должно быть движение с двух сторон: как интерес со стороны реального сектора экономики, так и готовность, и нацеленность ученых на получение конкретных результатов, достижение заданных параметров. Есть тенденция к улучшению кооперации с промышленностью в последние годы. Мы ежегодно участвуем в нескольких встречах с представителями компаний, они интересуются, что нового удалось сделать за последний год. С наступлением пандемии такие совещания перешли в онлайн формат и их количество возросло. Поэтому я смотрю на вопрос внедрения разработок со сдержанным оптимизмом.
– На каком уровне находится сейчас ваша разработка с точки зрения ее промышленного внедрения?
– Мы находимся в коммуникации с компаниями из различных секторов экономики, которые после ознакомления с имеющимися результатами ставят задачи по их доработке и достижению определенных параметров, чем мы сейчас и занимаемся. В качестве примера можно привести проект разработки новых источников энергии "Топаз", поддержанный Национальной технологической инициативой и реализуемый группой компаний “ИнЭнерджи”, в котором ИК СО РАН как раз занимается вопросами получения водорода из бытового газа (пропан-бутана).
Беседовал Олег Носков