Нулевой выхлоп

Глобальное потепление и его потенциально катастрофические последствия вынуждают ведущие страны мира искать альтернативы ископаемому топливу, чтобы снизить влияние выбросов на атмосферу. Потенциальной заменой нефти и газу может стать водород — его уже успешно тестируют в Германии и Великобритании. Наиболее перспективная сфера использования — железнодорожные перевозки: водородные поезда придут на замену дизельным тепловозам. Однако будущее безобидного для природы газа неоднозначно — вред от производства водорода может быть куда большим, чем позитивный эффект от его использования. «Газированные» поезда — в материале «Ленты.ру».

Передовые страны одна за другой начинают проводить политику декарбонизации, то есть снижения выбросов углекислого газа в атмосферу. Помочь решить проблему выбросов призван водород — транспорт на этом газе позволит свести выбросы в атмосферу практически до нуля. Главный претендент на водород — дизельные тепловозы, на которые приходится порядка 20 процентов нынешних железнодорожных перевозок в Европе.

Впервые поезда на водородном топливе представили во Франции в 2016-м, однако сейчас такие электрички уже возят пассажиров в Нижней Саксонии (Германия) между городами Куксхафен, Бремерхафен, Бремерферде и Букстехуде.

Составы Coradia iLint, произведенные французским концерном Alstom, от обычных электричек отличаются ярко-голубым цветом и отсутствием привычных токоприемников («рогов» на крыше поезда). Полной заправки составу хватает на тысячу километров пути, максимальная скорость — 140 километров в час. Вместо токоприемников на крыше поезда установлены цистерны со сжиженным водородом и топливные элементы, которые вырабатывают электричество. Излишки энергии накапливаются в литий-ионных батареях под полом. Французский производитель утверждает, что вредные вещества в атмосферу не выбрасываются: только пар и конденсированная вода.

Пока в Германии всего два таких состава, однако уже к 2021 году их количество вырастет как минимум до 14 единиц — интерес к поездам проявляют еще несколько регионов Германии, а также государства Европы и Северной Америки. Лидер внедрения водородных поездов — Нижняя Саксония, чьи власти в ближайшем будущем намерены заменить все дизельные электрички водородными, на обновление уже выделено более 80 миллионов евро (около 87,7 миллиона долларов).

Главная проблема зарождающейся индустрии — недостаток инфраструктуры и синтезирующих мощностей. В Германии просто нет заправочных станций, однако тренд планируют переломить: новую водородную заправку собираются построить в федеральной земле Гессен, а до реализации проекта водород будет поступать из-за рубежа. Главный партнер немцев — Нидерланды, откуда доставляют газ на мобильную станцию заправки в Бремерферде.

Острую необходимость в новых экологичных поездах ощущает и Великобритания — страна с самыми старыми железными дорогами. Средний возраст британского подвижного состава составляет 18 лет — поезда начали эксплуатировать за десятилетие до того, как в ЕС приняли нормы по выбросам вредных веществ в атмосферу.

Из 16 тысяч километров путей в стране электрифицировано чуть более половины, на остальных участках ходят дизельные составы. Как показало исследование британских и американских ученых, закрытые станции с дизельными поездами представляют опасность для пассажиров: из-за выхлопов в воздухе накапливаются вредные вещества. Сейчас в стране ведется кампания по избавлению от таких локомотивов, полностью отказаться от использования дизельных тепловозов власти планируют до 2040-го.

Одним из решений этой проблемы может стать поезд на водороде. Прототип гибридной модели — HydroFlex — уже разработан Центром исследований и образования в области железных дорог Университета Бирмингема (BCRRE) и поставщиком решений для подвижного состава Porterbrook. Большую часть пути британский водородный поезд будет питаться от электросети (через контактный рельс или по проводам), а когда возможности нет — за счет водорода. Блок из топливного элемента, аккумуляторов и бака с газом установлен в одном из четырех вагонов. Пассажиров такие гибриды пока не возили, но испытания на железнодорожной сети планируются уже в 2019 году.

Поездами возможности водорода не ограничиваются — газ начали использовать на крупных объектах железнодорожной инфраструктуры и за пределами Старого Света. Например, японская компания Toshiba оборудовала на станции в Кавасаки водородную электростанцию H2One. Если произойдет отключение электричества, например, из-за стихийного бедствия, вокзал сможет работать автономно. На крыше электростанции стоят солнечные панели и ветрогенератор. Полученное электричество пропускают через воду, образованный в ходе электролиза кислород выпускают в атмосферу, а водород поступает в топливные элементы. Во время процесса окисления газа образуется горячая вода, которую зимой используют для обогрева скамеек, а летом откачивают в резервуар.

Главный плюс водорода — экологичность. Однако все упирается в сложность получения сырья: чистый водород в природе не встречается. Чтобы добыть H2, есть несколько путей. Экологически чистый способ добычи — через электролиз, когда через воду пропускается электрический ток. Это можно реализовать при помощи ветровых установок или солнечных батарей: тогда водород станет возобновляемым источником энергии. Тут встает проблема экономичности: если ветрогенераторы не будут работать с равной мощностью весь день, им может понадобиться регулярное электричество из сети. В таком случае о возобновляемости не может идти речи, а стоимость добычи газа взлетит.

Еще водород можно получать из метана (природного газа), процесс называется паровым риформингом, а на выходе образуется высокотоксичный монооксид углерода (CO), его можно преобразовать в диоксид (CO2), но в этом случае водородное топливо все равно будет способствовать выбросу парниковых газов. Также газ можно получить во время взаимодействия с серой и йодом при нагревании. Термохимический процесс ведется на немногих электростанциях нового поколения в США, Японии и Китае, однако темпы развития технологии пока не позволяют ожидать, что синтез водорода в ближайшее время выйдет на принципиально новый уровень.

В 2014-м в Швейцарии представили недорогую технологию производства водорода за счет энергии Солнца. Устройство искусственного фотосинтеза включает два солнечных фотоэлемента из перовскита (минерал — титанат кальция) и катализатора. Единственным недостатком системы является ее недолговечность: компоненты устройства разрушаются через несколько часов, что исключает промышленные объемы производства.

Невзирая на сложности производства водорода, поезда, работающие на этом газе, станут лишь небольшой частью «водородной экономики», при которой газ станет так же важен, как основные природные ресурсы. По прогнозам аналитического центра Hydrogen Council, перестройка потребует по всему миру ежегодных инвестиций в размере 20-25 миллиардов долларов. В России водородная энергетика сформируется не ранее 2025–2030 годов — при условии, что инвестиции в отрасль составят не менее 4 миллиардов долларов в год. При этом даже такой уровень финансирования не позволит выйти на окупаемость — первичные доходы от полноценного запуска оцениваются в 3 миллиарда в год.

Пока водород уверенно дрейфует в центр мировой энергетической повестки, Россия остается в стороне. «В первую очередь это объясняется тем, что климатическая повестка и декарбонизация пока играют малозначительную роль в энергетической стратегии, что существенно сдерживает развитие не только водородных, но вообще любых низкоуглеродных технологий», — говорится в исследовании «Московской школы управления "Сколково"». Специалисты утверждают, что водород в ближайшем будущем сможет получить роль, сопоставимую с той, что сейчас играют нефть, уголь и газ. Промышленное производство водорода в стране ведется, но газ используется преимущественно в нефтепереработке, металлургии и химии.

На правительственном уровне перспективы водородных технологий впервые обсудили на совещании в Минэнерго при участии «Ростеха», «Газпрома», «Сибура» и «Росатома». По итогам переговоров было решено составить программу развития водородной энергетики. Вдохновляясь примером Европы, Россия тоже решила запустить водородные поезда. Пилотным регионом может стать Сахалинская область.

В начале сентября госкорпорация «Росатом», РЖД и «Трансмашхолдинг» подписали соглашение об организации железнодорожного сообщения с применением поездов на водородных топливных элементах. Испытательным полигоном может стать Сахалинская область, потом технологии будут проверять на Дальнем Востоке. Потенциальным поставщиком водорода и топливных элементов станет «Росатом».

Дарья Волкова