Как водороду отправить бензин в отставку

Постепенно водород вытесняет всю воду из пробирки», - рассказывает учебник химии о результатах опыта, рекомендованного семиклассникам. У тех же семиклассников, похоже, есть все шансы увидеть, как водород вытеснит нефть и природный газ. Но уже не из пробирки, а с мирового топливного рынка.

В этом заинтересованы многие, пишет издание "Русский репортер". Климатологи из IPCC (Международная комиссия по изменению климата) считают водород сильнодействующим средством против глобального потепления - не столько лекарством, сколько способом избавиться от вредной привычки. Повсеместно используемые бензин и метан усугубляют парниковый эффект: из них получается углекислый газ, не позволяющий рассеиваться земному теплу. А перспективный водород атмосферу загрязнять не должен: при его сгорании не выделяется ничего, кроме воды.

В России об альтернативном топливе вспомнили едва ли не одновременно с Западом. Когда в 2003 году президент Буш сформулировал «Водородную топливную инициативу» («экологически мыслящим» компаниям предложили $1,2 млрд из бюджета), отечественный миллиардер Михаил Прохоров учредил в России негосударственную ассоциацию со схожими задачами. Актуально и своевременно - если не учитывать, что советская «водородная индустрия» существовала уже 40 лет назад.

Вещество повышенной летучести

Хорошей биографией и внушительным послужным списком водород обязан разработчикам космических кораблей. Те ощутили в нем потребность и стали осваивать задолго до того, как в наш обиход вошел термин «глобальное потепление». Ракетчикам было известно, что килограмм водорода дает больше тепла, чем несколько килограммов керосина. Но из-за низкой плотности (кубометр весит меньше 100 г) самим газом заменить керосин не могли. Жидким же водород становится при сверхнизких температурах - около -250°. На этом варианте и остановились. «Ракет с водородными двигателями еще не было, когда в 60-х начали создавать инфраструктуру: хранилища, аппараты для сжижения газа и специальные заводы», - вспоминает Анатолий Домашенко, главный специалист ОАО «Криогенмаш».

Совмещенные завод и институт в подмосковной Балашихе - главный центр по практическим «вопросам холода» в бывшем СССР. Возникший благодаря нобелевскому лауреату Петру Капице, он и должен был обеспечить водородом самый тенденциозный проект времен «холодной войны». Корабль «Буран» в западных справочниках рассматривается как клон американского шаттла - и, разумеется, его возможный соперник в звездных войнах.

Многоразовый корабль задумывался для вывода на орбиту «стратегических грузов». На его борту могло находиться что угодно - от мощного лазера до ядерной бомбы. «В то время здесь работали 10 тысяч человек», - Андрей Мазин, пресс-секретарь, водит меня по гигантскому цеху «Криогенмаша», где конструируют цистерны для сжиженных газов. «Все занимались водородом?» - спрашиваю я. «Можно сказать и так: технологии для разных газов имели много общего». В цеху довольно пусто.

Ностальгия по советским масштабам и темпам - главное ощущение, которое остается от разговоров с сотрудниками. Под портретом Ленина в своем кабинете Анатолий Домашенко рассказывает про 10 резервуаров на 1400 кубометров жидкого водорода каждый, построенных в стране, - против единственного, хотя и большего, на американском мысе Канаверал.

Разница только в том, что последний до сих пор обслуживает шаттлы - тогда как «Буранов» уже не существует. А шары-«термосы» высотой с пятиэтажный дом рассредоточены от Чирчика в Узбекистане, где водород сжижали, до казахского Байконура, где им заправляли ракеты.

Но одними ракетами дело не ограничивалось. В середине 80-х Ту-154, обычный пассажирский лайнер, попробовали переделать в «летающую лабораторию» с 20 кубометрами жидкого водорода на борту. Топлива хватало на два часа полета. Лишними в «лаборатории» оказались пассажирские кресла - прежде чем окончательно переселиться в ангар в Жуковском, Ту-155 так и не совершил ни одного «гражданского» рейса.

За условно пассажирской моделью должен был последовать проект откровенно военный - бомбардировщик Ту-2000, способный пересекать границу космоса. В безвоздушном пространстве, где нет трения, преодолевать километры за секунду было бы просто. А пока самолет разгоняется в плотных слоях атмосферы, охлаждать его мог бы все тот же жидкий водород. Осуществить замысел, однако, не сумели.

Безопасность на «Криогенмаше» - излюбленная тема. Хотя водород в смеси с воздухом известен как «гремучий газ», здесь говорят, что на практике «гремучесть» проявлялась редко. Зато ощутимо: сотрудники НИИХИММАШа, где испытывали ракетные двигатели, однажды все-таки ошиблись - и в рабочем поселке, удаленном на полтора километра от эпицент­ра взрыва, не осталось целых стекол.

Чтобы подобное не случилось в пути - жидкий водород из Узбекистана на Байконур везли цистернами по обычным дорогам несколько сотен километров -принимали довольно неожиданные меры. Например, специально искали некурящих водителей. Правда, недолго. «Это вначале. А потом они уже курили и ничего не боялись. Русские люди», - поясняет Домашенко. Лишний газ, который успевал испариться, просто сбрасывали в атмосферу - опыты показали, что на открытом пространстве взрыв почти невозможен.

«После того как мы научились с ним правильно обращаться, водород стал безопаснее бензина», - утверждает Иван Кузьменко, член правления «Криогенмаша».

Но приводит пример из иностранной практики: на одной международной выставке решили расстрелять из автомата две похожие машины - с водородным и бензиновым двигателями. «Внутрь посадили манекены. Из бензиновой их вынули обгоревшими - там после первых выстрелов топливо растеклось и загорелось. А водород мгновенно улетучился сквозь дыры в баллонах. У манекенов - только пулевые отверстия и ни одного ожога».

Водород и дороги

Несмотря на то что водородомобили уже существуют, расстреливать их в естественных условиях - дело гангстеров из далекого будущего. Жидкому водороду, уверены специалисты, пока место лишь в приборах государственной важности. До сих пор его производили слишком мало: не больше 12 тыс. тонн в год в СССР (теперь намного меньше) и около 120 тыс. - в США. «Когда разрабатывали "Буран", вопрос о цене просто не стоял. Наши цифры назвать сложно, но в США килограмм стоит $5-6».

Во столько же обходится галлон бензина лондонскому автомобилисту. Но, уточняют в «Криогенмаше», сравнение некорректно: водород нужно еще доставить на заправку и залить в бак. А это куда сложнее сходных манипуляций с бензином: все должно быть сверххолодным и сверхгерметичным. «Водородопроводов» длиной в километры, по которым могло бы течь жидкое топливо, нет даже на космодромах - следовательно, должны появиться хранилища в черте города. «Заправка, а рядом "термос" на сто-двести кубометров. Представляете? А я представляю», - говорит Домашенко.

Остается альтернатива - сжатый газообразный водород. В тяжелом стальном баллоне на него приходится сотая доля веса - такова неизбежная плата за легкость обращения с газом. Газохранилища проще спрятать под землей, а газопровод может быть сколь угодно длинным. И начинаться прямо там, где водород производят. К тому же индустрия несжиженного водорода оперирует совсем другими цифрами: только на нужды химиков, например, ежегодно тратятся десятки миллионов тонн.

Из ста с небольшим водородных заправок, существующих в мире, с жидким водородом могут работать только несколько. И прежде чем заправлять машины, его все равно испаряют - у современных водородомобилей внутри обычный двигатель внутреннего сгорания, потребляющий газ.

Когда водород победит бензин?

«Настоящая водородная энергетика начнется тогда, когда водород перестанут просто сжигать», - объясняют в питерском Физико-техническом институте имени Иоффе. Институт включился в водородную программу Михаила Прохорова и теперь разрабатывает, среди прочего, топливные элементы: в них вещество бесшумно окисляется, выделяя электричество вместо тепла.

Пока журналистам предъявляют платиновую нанопыль - наполнитель будущих топливных элементов - вместе со сложным лазерным прибором, где ее синтезируют. Платина - популярный катализатор для десятков химических реакций, и авторы разработки честно сообщают: о том, что занимаются водородной энергетикой, они сами узнали не сразу. «Мы просто хотели выяснить, как устроены платиновые кластеры - группы из сотен или тысяч атомов металла. Это нужно, например, химикам-теоретикам. Но если получается много наночастиц с хорошим выходом, странно их не использовать где-то еще», - комментирует Сергей Гуревич, заведующий лабораторией в ФТИ.

Вечный двигатель третьего рода

В соседнем корпусе ФТИ показывают токамак «Глобус-М» - прототип термоядерного реактора. Разговор о нем тоже начинают с «водородного» вступления - ведь именно из этого вещества получается плазма внутри токамака, разогреваемая до десятка миллионов градусов! А энергию термоядерного синтеза считают главным (а заодно и самым безвредным) среди будущих средств получения водорода.

Академик Легасов, один из авторов советского «водородного проекта», описывал возможную схему так: реактор-токамак на берегу моря вырабатывает ток, который тут же разлагает воду на элементы. Дальше с водородом можно поступать как угодно - закачивать в газопровод или сразу сжижать, что тоже требует энергии. Ее остаток, в свою очередь, можно потратить на выделение сверхчистых изотопов водорода для термоядерного синтеза. Цикл замыкается, и получается что-то вроде вечного двигателя - с оговоркой, что при этом все-таки расходуется вода.

За вычетом той, которая рано или поздно вернется в атмосферу, это несколько килограммов в год. Профессор Василий Гусев поясняет: «Самому токамаку нужно совсем мало: внутри "Глобуса-М", например, умещается меньше трех граммов плазмы. И даже в полноценном реакторе выгорать она будет довольно медленно».

Считать реактор «полноценным» физики смогут, когда он будет производить больше энергии, чем потреблять. Опытный образец, ITER, начали строить во Франции совсем недавно - закончить его надеются не раньше 2015 года. Но и он будет не мощнее среднестатистической атомной электростанции. А пока питерскому «Глобусу-М» для работы с плазмой нужно 125 «чужих» мегаватт - то есть примерно одна восьмая от мощности энергоблока Чернобыльской АЭС.

Скорее всего, именно «термоядерные» сроки определят время «ухода» нефти. А до той поры экологическая целесообразность использования водорода будет оставаться как минимум спорным вопросом. Ведь чтобы наполнить бак водородомобиля, требуется сжечь куда больше традиционного, «вредного» топлива - на электростанции или в баке водородовоза, доставившего сжиженный газ на заправку. И, похоже, чтобы выучиться произносить трудновыговариваемое слово «водородооборот», у энергетиков в запасе еще много времени.