Водородная энергетика считается современной альтернативой традиционной, основанной на сжигании органического топлива, т.е. накопленной на земле солнечной энергии за миллионы лет. Наблюдается устойчивая тенденция сокращения разведанных запасов органического топлива на фоне ускоренного роста его потребления. Очевидно, что как в пессимистическом, так и в оптимистическом варианте прогноза баланс между спросом и предложением будет нарушен. Не столь важно, когда это произойдет – через двадцать лет, или через полвека. Важно другое. Водородная энергетика требует гигантских затрат на НИОКР, а также на инфраструктуру при ее использовании для транспортных средств. При этом часто забывается очевидная истина: водород не топливо, а только энергоноситель.
При производстве водорода из природного газа по цене 3 $/ГДж стоимость его производства без связывания углекислого газа составляет 5,6 $/ГДж, с учетом связывания и захоронения 7 $/ГДж [1].
В одном месте на специализированном производстве со значительными энергозатратами водород как энергоноситель должен производиться, очищаться, а затем транспортироваться к станциям типа современных заправок автомобильным топливом, где он будет доступен потребителям, имеющим подготовленные резервуары. То есть водород есть аналог электрических аккумуляторов, имеющих просто ниже удельную энергию - отношение запасенной энергии к массе. Подавляющая доля потенциального рынка водорода сориентирована на потребление легковыми автомобилями.
Уменьшение эмиссии углекислого газа в атмосферу при производстве водорода на заводах произойдет только в том случае, если отход производства - углекислый газ будет уловлен, переведен в твердое состояние и захоронен, например, в мировом океане или подземных хранилищах. Оценка затрат на эти операции составляет порядка 20 $/т.
Очевидно, что только несущественная доля производственных мощностей по получению водорода может быть расположена на побережье океана, поэтому цена захоронения CO2 для удаленных регионов будет, как правило, несоразмерна достигаемому эффекту. Экологические последствия снижения эмиссии парниковых газов в атмосферу таким путем пока всерьез не анализировались.
При предлагаемом подходе использования водорода на автомобильном транспорте не изменяется сложившийся уклад жизни и бизнеса, а именно; одни компании будут производить товар (водород) и доводить его до нужной степени очистки (для низкотемпературных топливных ячеек на полимерных электролитах PEFC требуется водород высокой чистоты), другие будут заниматься его транспортировкой на станции, третьи будут отпускать товар конечным потребителям. Фактически потребитель может и не заметить перемен – он платит деньги и получает за них возможность проехать определенное расстояние до следующей заправки. В рамках сложившегося образа жизни, с точки зрения потребителя, произойдет снижение эмиссии парниковых газов в атмосферу в том месте, где движется транспорт, потребляющий водород вместо обычного органического топлива. Произойдет революция в отдельном секторе экономики, за которую придется платить прямо или косвенно всем остальным. Для подавляющей части населения планеты, а также для многих стран с невысокой плотностью населения и без мегаполисов, эта проблема (эмиссия CO2 в мегаполисах) далеко не главная.
Какова же цена предлагаемого водородного транспорта?
Стоимость автомобиля на водородном топливе резко вырастет. Одновременно стоимость затрат на топливо упадет. Несложно оценить тенденции в соотношении затрат. Примем, что сегодня средний автомобиль стоит 30,000 $. Автомобиль служит примерно 10 лет, проезжает до замены или утилизации в среднем 4000 дней по 100 км в день, итого 400,000 км или 10 оборотов по экватору. Расход бензина или другого органического топлива составит (при расходе 10 л на 100 км) примерно 40,000 л, или 40,000 $ при средней цене 1$/л. Если учитывать другие затраты на автомобиль, то можно принять с достаточно неплохой точностью, что половина транспортных затрат ложится на топливо. Автомобиль на водородном топливе будет стоить, скажем, в 2 раза дороже, т.е. 60,000 $, а с учетом других затрат он обойдется в 70,000 $ до отработки ресурса.
Эффективность водорода как топлива выше, поэтому можно принять себестоимость проезда по топливу в 4 раза ниже. В итоге имеем примерный паритет по полной себестоимости проезда. То есть потребителю ожидать экономии при переходе на водород нет оснований. Скорее наоборот. Если посчитать банковский процент и упущенную выгоду из-за потраченной сразу вдвое большей суммы на автомобиль того же класса, то дорогой автомобиль на водороде экономически невыгоден потребителю даже при его массовом производстве и очень малом ~5% банковском проценте. Если посчитать реальную стоимость автомобиля в таких странах, как Россия с относительно высоким % прироста инвестированных средств (~25% в год, т.е. среднее между банковским % и доходом в ПИФах), то цена автомобиля на водороде фактически вырастет в ~5 раз за время эксплуатации относительно обычного автомобиля. Другими словами, среднему потребителю в России приобретение такого товара крайне невыгодно.
Не менее важной является проблема безопасности. Аварии на водородных объектах (заводах, трубопроводах, станциях, транспортных средствах) будут намного разрушительнее по последствиям, чем сейчас на аналогичных объектах, работающих с органическим топливом. По сути, за более чистый воздух в местах пользования водородным транспортом придется не только платить деньгами, но и высоким риском крупных катастроф.
Уменьшение содержания углекислого газа в месте его производства можно добиться с помощью зеленых насаждений. Однако развитие парков для решения этой местной проблемы в течение большей части года, по крайней мере, в относительно теплых США и других развитых странах, не попадает в область интересов бизнеса, т.к. не предполагает прибыли.
В качестве аргумента в пользу водородной энергетики приводят опыт успешной эксплуатации водородопроводов в Рурской области Германии в течение 50 лет, а также длинного трубопровода между Бельгией и Францией протяженностью 400 км. Такая же аргументация в пользу дешевой атомной энергии была до аварии в Чернобыле. Одной аварии на атомной станции хватило, чтобы избавиться от иллюзии дешевой энергии и установить примерный паритет по реальной стоимости энергии, произведенной разными станциями. При создании массовой сети заправок с транспортировкой больших количеств водорода поверх сложившейся инфраструктуры (в России коллапс имеющейся инфраструктуры в мегаполисах уже скорее факт, чем прогноз), а также при резком увеличении количества заводов, производящих водород, даже по самым современным технологиям, риск техногенных катастроф крупного масштаба растет нелинейно быстро. С учетом террористической опасности, не уменьшающейся из-за увеличения пропасти между богатыми и бедными странами, риск становится чрезмерно велик.
Наиболее близкая перспектива использования водорода в транспортных средствах связана с использованием полимерных мембран нового поколения типа Hyflon [2]. Однако низкотемпературные процессы на органических мембранах идут только при использовании благородных металлов в качестве катализаторов. Нетрудно предсказать рождение новой отрасли криминального бизнеса, основанной на краже из транспортных средств, в первую очередь легковых автомобилей, сверхдорогих энергетических установок с целью извлечения из них благородных металлов дороже золота. Если переложить на потребителя все реальные затраты, сопровождающие массовое внедрение водородной энергетики в транспортные средства, то ответ потребителя будет очевидным. В целом ряде стран, включая Японию, США, Исландию, государство берет на себя часть затрат по внедрению водородной энергетики в транспортные средства, чтобы снизить начальный барьер и запустить этот процесс. Однако, инфраструктурные затраты в целом остаются неприемлемо большими даже в странах с развитой инфраструктурой, как Япония, ЕС.
Единственным реальным способом массового перехода на водородное топливо является законодательный акт на полный запрет эмиссии парниковых газов на транспортных средствах. В связи с подобными методами решения "экологических" проблем вспоминается аналогичная ситуация с запретом на производство, распространение и использование фреонов из-за их влияния на озоновые дыры. Американская корпорация Дюпон, разработавшая альтернативные фреонам охлаждающие системы, поддержала нужные исследования некоторых ученых по влиянию фреонов на уменьшение озонового слоя, обеспечила PR компанию. В итоге группа ученых получила Нобелевскую премию, ООН запретило производство фреонов, а корпорация Дюпон опередила конкурентов на несколько лет и получила сверх прибыли на мировом рынке, намного превысившие затраты на операцию. Последующие исследования по этой области уже не так хорошо финансируются и не столь назойливо преподносятся в СМИ. Другие источники поступления газов, также снижающие содержание озона в атмосфере и значительно более мощные, остались, т.к. не зависят от человеческого фактора. Более того, появились результаты новых исследований, свидетельствующие о связи озоновых дыр с геологическими разломами, т.е. никак не зависящими от деятельности человека. Периодические колебания размеров озоновых дыр также не надо сбрасывать со счета, но для этого необходимы более длительные сроки наблюдения. Забота об экологии правительства США и ряда международных корпораций, в первую очередь американского происхождения, особенно впечатляет на фоне не ратифицированного США, Японией и др. странами, в первую очередь виновными в эмиссии парниковых газов, Киотского протокола. Водородная энергетика на автомобильном транспорте – это классическое deja vue. Ключевые игроки играют по тем же нотам и преследуют те же интересы. Фактически под призывы о сохранении чистого воздуха одна отрасль (автомобильная) желает потратить общие средства из госбюджетов на создание рынка для нового поколения своей значительно более дорогой продукции.
Значительная часть научного сообщества уже вовлечена в разработки топливных ячеек и мембранных реакторов для решения задач, связанных с новыми энергетическими установками для транспортных средств. Например, по полимерным протоно-обменным мембранам на основе Nafion только в доступной печати опубликовано более 30.000 работ! Ясно, что большая часть финансовой поддержки этих исследований получена из некоммерческих фондов и государственных бюджетов.
Одним из очень важных последствий законодательного запрета на транспортные средства, допускающие эмиссию парниковых газов, причем в рамках соглашений ВТО, станет запрет на ввоз "устаревшей" продукции из других стран. Фактически это приведет к уничтожению основных конкурентов или захват их в собственность под благовидным предлогом борьбы за экологические нормы.