Энергетическая независимость наций может быть обеспечена за счет водородной энергетики

Актуальные публикации по вопросам экологии и природопользования.

NEW ЭКОЛОГИЯ

Все свежие публикации

Меню для авторов

ЭКОЛОГИЯ: экспорт материалов
Скачать бесплатно! Научная работа на тему Энергетическая независимость наций может быть обеспечена за счет водородной энергетики. Аудитория: ученые, педагоги, деятели науки, работники образования, студенты (18-50). Minsk, Belarus. Research paper. Agreement.

Полезные ссылки

BIBLIOTEKA.BY Крутые видео из Беларуси HIT.BY - сенсации KAHANNE.COM Футбольная биржа FUT.BY Инстаграм Беларуси
Система Orphus

69 за 24 часа
Автор(ы): • Публикатор: • Источник:


"В XXI веке мы увидим рассвет новой эры -- экологически чистой "водородной" экономики, базирующейся на возобновляемых ресурсах. Для реализации этого видения требуются научные исследования, разработка технологий, строительство безопасной инфраструктуры, разработка жесткой стратегии и руководящих методологий. Для этого необходимо желание нации", -- такова установка, данная еще в 1998 году Министерством энергетики США в преамбуле программных рекомендаций ("Realizing a Hydrogen Future").

Трагические события 11 сентября 2001 года стали катализатором процессов радикальной реструктуризации энергетических отраслей экономик развитых и развивающихся стран мира, в первую очередь, США. Произошедшая трагедия консолидировала нацию в стремлении к достижению энергетической независимости и готовности платить за нее -- обеспечить инвестиции в альтернативные углеводородному сырью энергоносители, и в первую очередь, в водородные технологии.

Как заявил в ноябре прошлого года глава Федеральной Резервной Системы США Алан Гринспэн, события 11 сентября выявили главную проблему национальной безопасности -- проблему зависимости экономики США от импорта нефти, основного энергоресурса страны. Он указал, что эта трагедия породила не только политическую напряженность между США и крупнейшими поставщиками нефти -- странами Ближнего Востока. Результатом террористической атаки стало дальнейшее ослабление американской экономики. По мнению главы ФРС, страна должна разработать энергетическую политику, включающую вопросы, связанные с национальной энергетической безопасностью -- обеспечения долгосрочного экономического роста, необходимым условием которого является адекватное гарантированное предложение энергоносителей в долгосрочном периоде. Для расширения внутреннего предложения это может означать использование полного списка потенциальных источников -- "от АЭС до топливных элементов с учетом обеспечения чистоты окружающей среды".

Аналогичную оценку экономическим последствиям событий 11 сентября дали многие видные государственные деятели США. В их числе бывший директор ЦРУ Джеймс Вулси и лидер демократического блока в Конгрессе США Ричард Гепхардт, которые заявили о серьезности сложившейся в стране ситуации в связи с продолжающейся рецессией в экономике и значительным увеличением рисков для национальной энергетической безопасности США.

Ричард Гепхардт подверг критике энергетическую политику, проводимую президентом Джорджем Бушем, указав, что для страны "необходим Манхэттенский проект в области топливных элементов". Комментируя требование Гепхардта, конгрессмен-демократ Джон Ларсон отметил, что реализация этого проекта должна обеспечить нации независимость от иностранной нефти и экономический рост. Он напомнил, что еще более 200 лет назад первый президент США Джордж Вашингтон предостерег нацию от опасности "иностранной ловушки" -- зависимости от иностранных государств, и что эти слова первого президента США "никогда не были столь актуальны и не входили в такой резонанс с желаниями нации и видением ею своего будущего -- энергетически независимого и безопасного, как в период, последовавший за 11 сентября 2001 года". Ларсон подчеркнул, что только в 2000-2001 гг. США израсходовали

стр. 68

на импортируемую нефть более $210 млрд, при этом "семьи с низким доходом были вынуждены делать выбор между отоплением их домов и питанием". По мнению конгрессмена, такие средства должны инвестироваться в самих США. Ларсон сделал вывод, что кризис, вызванный трагедией 11 сентября, "потребовал всеобъемлющего решения, которое находится прямо здесь - у нас дома. И это решение -- топливный элемент". Авторитетные аналитики в связи с заявлением Гепхардта отметили, что страна "уже имеет коммерчески приемлемые топливные элементы", а Манхэттенский проект более необходим для создания национальной водородной инфраструктуры.

Возникает вопрос, почему глава Федеральной резервной системы -- влиятельнейший финансовый и экономический гуру мировой экономики, видные конгрессмены -- политические лидеры США, практически одновременно заявили о водородном топливном элементе (ключевом компоненте "водородной" энергетики) как о "всеобъемлющем решении" стоящих перед государством национальных и глобальных проблем: энергетической зависимости нации от нефти, загрязнения окружающей среды, глобального изменения климата, истощения невозобновляемых природных ресурсов? Для ответа на этот вопрос необходима оценка возможности решения этих взаимозависимых проблем с помощью водородных топливных элементов.

Проблемы экономического роста

Могущество страны, а также уровень жизни граждан определяются, в конечном счете, жизнеспособностью ее экономики -- способностью с высокой эффективностью производить товары и услуги. Конечной целью экономической политики любого государства является экономический рост (рост совокупного объема реально произведенной резидентами страны промышленной продукции), обязательное предварительное условие которого -- надежное и эффективное обеспечение отраслей экономики основными энергетическими ресурсами.

Главным же фактором экономического роста является технический прогресс -- массовое внедрение востребованных потребителями стратегических инновационных продуктов, решающих выявленные национальные и (или) глобальные проблемы, либо инновационных технологий, существенно увеличивающих производительность и эффективность производства. (Инновация здесь -- это способствующая техническому прогрессу успешная инженерная имплементация (воплощение в "железе") научного изобретения, открытия). На созданные инновационные продукты и технологии, имеющие потенциал доходности и роста, предъявляется спрос как со стороны потребителя, так и со стороны инвестора. В условиях, когда новые стратегические инновационные продукты и новые технологии, основанные на важных инновационных изменениях, не появляются, экономики стран скатываются к стагнации и рецессии.

В настоящее время мировая экономика, основным определяющим звеном которой является экономика США, переживает период длящейся рецессии, вызванной причинами фундаментального характера.

Во-первых, инновационные стратегические продукты глобальной природы, такие как кремниевая плата, компьютеры, телекоммуникационные технологии, новые материалы и сплавы, а также новейшие модификации продукции и технологий автомобильных отраслей развитых стран, обусловившие бурный экономический рост 90-х годов и длительный рост котировок акций высокотехнологичных компаний, миновали стадии освоения и роста своих жизненных циклов. Эти продукты и технологии достигли фазы зрелости (насыщения) стадии стандартных изделий и, по-видимому, переходят в фазу упадка своих жизненных циклов. Следствием чего явились снижение спроса на эти продукты, рецессия и падение котировок на фондовых биржах и, в первую очередь, на внебиржевом рынке NASDAQ, основу которого составляют акции компаний высоких технологий. Как заявил в октябре с.г. на заседании КЕС Комиссар по исследованиям Европейской Комиссии Филипп Баскин "некоторые комментаторы утверждают, что водород и топливные элементы смогут решить все европейские и мировые проблемы, связанные с устойчивым развитием". При этом он отметил, что "за последние десять лет топливные элементы и водород вышли на первое место в нашей (европейской) повестке дня и привлекли к себе большое внимание всего мира".

Во-вторых, в связи с террористической атакой 11 сентября обострились риски, связанные с зависимостью экономик развитых стран от импорта арабской нефти, а именно: риски, связанные с непредсказуемостью колебаний цен на нефть, с угрозами нестабильности ее поставок и потенциального эмбарго. По мнению Заместителя председателя и Комиссара по энергетике и транспорту Европейской Комиссии Лойолы де Паласио, высказанном в речи на Международном энергетическом форуме в Осаке в сентябре 2002 года "причина бывших и будущих экономических рецессий -- ценовые флуктуации на рынке сырой нефти". Лойола де Паласио также сообщила, что это мнение разделяется всеми участниками форума.

В-третьих, возросли риски глобального потепления и изменения климата, связанные с увеличением концентрации диоксида углерода и других парниковых газов вследствие неконтролируемого роста использования углеводородных топлив для обеспечения быстрорастущего энергопотребления.

В-четвертых, возросли риски падения доходности из-за увеличения издержек, связанных с необходимостью осуществления мер по предотвращению загрязнения окружающей среды и ростом платы за загрязняющие выбросы.

Проблема энергетической независимости

Из всей получаемой мировой экономикой первичной энергии около 14% приходится на возобновляемые источники: гидроэнергию, биомассу, ветер, солнечное излучение, энергию морских приливов, геотермальную энергию. Более 6% -- на ядерную энергию. Около 80% мировой потребности в первичной энергии обеспечивают невозобновляемые природные ресурсы -- нефть, уголь и газ. На долю нефти приходится до 40% общего потребления. Три четверти разведанных

стр. 69

запасов сырой нефти контролирует ОПЕК. Неравномерное распределение мировых запасов ископаемого топлива по географическим регионам и зависимость от ближневосточной нефти создают постоянную напряженность в экономиках развитых и развивающихся стран.

В интервью, данном в Брюсселе 15 октября 2002 г. "New York Times", Председатель Европейской Комиссии Романо Проди отметил, что Европа зависит от импорта энергии даже в гораздо большей степени, чем США. Около 70% нефти и газа идет в Европу из-за границы, главным образом из Ближнего Востока и России. Как заявил Проди "для нас сокращение углеводородной зависимости является приоритетом".

Проблема загрязнения окружающей среды

В существующих традиционных энергоустановках превращение энергии углеводородного топлива в электрическую сопровождается процессами горения, идущими с большими потерями и загрязняющими атмосферу выбросами. Общее потребление энергии в мире с 1900 по 2000 год возросло с 21 ЭДж до 320 ЭДж (1 экоджоуль равен количеству тепла, получаемого при сжигании 27 млн м3 сырой нефти). За последние 50 лет из-за сжигания нефти и других видов ископаемых энергетических ресурсов концентрация в атмосфере диоксида углерода увеличилась в 4,5 раза, что привело к наблюдаемому потеплению климата. Мировая экономика стоит перед дилеммой: с одной стороны, без энергии нельзя обеспечить материальное благополучие людей, а с другой -- сохранение существующих методов производства энергии и темпов роста ее потребления приводит к разрушению окружающей среды и, как следствие, к угрозе существования человечества.

Отчет ООН 2002 года о глобальном изменении климата прогнозирует, что если существующие тенденции продолжатся, ежегодные потери, связанные с природными катаклизмами, в ближайшие десять лет приблизятся к $150 млрд. Риски, связанные с этими постоянно повторяющимися природными катастрофами, в будущем не смогут быть застрахованы, что нанесет прямой ущерб бизнесу. По мнению руководства Европейской Комиссии, эти издержки сопоставимы с издержками, связанными с созданием по всей Европе водородной инфраструктуры.

Проблема неконтролируемого роста энергопотребления

Промышленно развитые страны потребляют более 70% всей производимой в мире энергии. И спрос на нее непрерывно растет, в том числе в развивающихся странах (в первую очередь, в Китае и Индии, значительно расширяющих свое промышленное производство). Ожидается, что к 2015 году мировой спрос на электроэнергию удвоится относительно текущего уровня.

Министр энергетики США Спенсер Абрахам во время недавнего саммита министров энергетики стран Большой восьмерки призвал мировое сообщество к совместному решению энергетических проблем. Согласно данным министра только в США к 2020 году ожидается увеличение потребления нефти на 33%, газа -- более чем на 50%, электроэнергии -- на 45%, и что существующая энергетическая инфраструктура с этим не справится. По мнению Wall Street Journal (апрель 2002 г.), реструктуризация энергетической системы США сообразно росту энергопотребления и необходимость решения взаимосвязанных с ним экологических проблем -- главнейшие приоритеты экономической политики действующей администрации США.

Для энергетической политики Европы важнейшей задачей является гарантированное увеличение предложения энергии с целью обеспечения экономического роста с одновременным сокращением воздействия энергетических производств на окружающую

стр. 70

среду. По мнению Лойолы де Паласио свой взнос в решение этой задачи в состоянии сделать водород, "поэтому мы должны поддержать эти технологии немедленно и действенно, а также обеспечить эффективное продвижение их на рынок".

Проблема создания экологически чистой энергетики

Перед мировой экономикой уже несколько десятилетий стоит проблема поиска и создания новых эффективных источников и методов энергообеспечения, не угрожающих энергетической безопасности национальных экономик и экосистеме планеты. По существу речь идет о радикальном сокращении использования углеводородных энергоносителей (которые при горении загрязняют атмосферу и создают условия для глобального потепления) и внедрению возобновляемых источников энергии. В то же время, как указал Председатель ЕС Романо Проди в интервью New York Times (16 октября 2002 г.) "главной помехой широкому использованию возобновляемой энергетики является трудность аккумулирования и транспортировки энергии для последующего использования ...Только водород может решить эту проблему... Европа находится на пороге становления водородных технологий эффективных по издержкам".

Однако необходимо отметить, что водород в несвязанном виде в природе не встречается. Он может быть произведен электролизом воды с применением первичных возобновляемых источников энергии (а также различными методами разложения углеводородов). Этот способ производства водорода наиболее приемлем не только из-за нулевых эмиссий СО2 и других парниковых газов, но также из-за отсутствия оксидов азота, серы и других вредных выбросов. В качестве "переходных" технологий предполагается использовать методы получения водорода из углеводородов с сопутствующими минимальными загрязняющими эмиссиями. Полученный водород может храниться и транспортироваться к месту использования в автономных энергоустановках и электростанциях, созданных на базе топливных элементов. Филипп Баскин, выступая в Брюсселе 10 октября 2002 года перед топ-менеджерами европейской промышленности, заявил: "Наши исследовательские программы продемонстрировали очень высокий потенциал топливных элементов в вопросах снижения загрязняющих выбросов, толерантности к различным видам горючего, энергетической эффективности производства энергии... Мы считаем, что необходимо увеличение усилий для получения надежных, долговечных, легких в эксплуатации и низких по издержкам топливных элементов для применения в любых модификациях энергоустановок и электрических станций до того момента, как они станут конкурентоспособными относительно существующих традиционных технологий, а также подтверждение того, что срок надежной работы энергоустановок на базе топливных элементов будет превышать коммерчески необходимый срок эксплуатации, определенный по издержкам, приемлемым для потребителя. Одновременно должна быть разработана и создана приемлемая водородная инфраструктура, поскольку в настоящее время в Европе ее не существует. Работы должны включать создание предприятий по производству водорода и систем по его хранению в рамках создания систем дистрибуции водорода и систем доставки".

Концепции развития энергетических секторов национальных экономик

До недавнего времени в развитых странах существовали принципиально различные взгляды на будущее мировой энергетики.

В основе одной из концепций, которой ранее придерживался Европейский Союз ("концепции следования традициям"), лежало допущение того, что сохранение традиционных методов получения энергии и потребительского стиля жизни оправданно, а природных запасов ископаемого топлива должно хватить на обозримое будущее. Экологические проблемы должны были решаться всеми народами сообща за счет усиления энергосберегающих и энергоэффективных тенденций научно-технического прогресса в области энергопотребления, внедрения источников энергии, использующих в качестве первичного энергоносителя энергию солнца, ветра, приливов, геотермальных источников. Процесс борьбы с глобальным изменением климата и загрязнением атмосферы рассматривался (и рассматривается) в ЕС как возможность широкомасштабного развития атомного энергетического бизнеса. Переработку, утилизацию и захоронение ядерных отходов Европейский Союз не считал (и не считает) серьезными проблемами.

В основе другой концепции, которой придерживаются США, Канада, Япония и ряд других стран, лежит убеждение в том, что общественное развитие должно осуществляться не только на основе адаптации к изменяющимся условиям, но и на основе предвидения возможных последствий того или иного явления. Проблема глобального изменения климата в условиях резко растущего энергопотребления должна решаться не эволюционными, а революционными методами. Эти методы должны включать: радикальное изменение способов энергопроизводства -- переход на водородную энергетику, базовым элементом которой должен стать топливный элемент; формирование кардинального изменения потребительской направленности в части энергопотребления и обеспечение повсеместного перехода на энергосберегающие технологии. Основным революционным методом должна стать замена невозобновляемых природных углеводородных энергоносителей на инновационные энергопродукты-субституты, в первую очередь, водород и водородные топлива.

Тенденции развития энергетики Европейского Союза в XXI веке

В связи с катастрофическими климатическими событиями лета 2002 года в Европе изменился взгляд на стратегию развития энергетики, так как

стр. 71

возникла острая необходимость скорейшего и всеобъемлющего решения взаимосвязанных проблем: глобального изменения климата, обеспечения энергетической безопасности и энергетической самодостаточности стран ЕС. В октябре 2002 г. руководством Европейской Комиссии было объявлено о создании "Группы высокого уровня по водороду и топливным элементам" (High Level Group for Hydrogen and Fuel Cells), включающей политиков, представителей промышленности и науки, которая должна оценить потенциал использования водорода и топливных элементов при производстве энергии, а также в европейском транспорте, и разработать меры по дальнейшему развитию водородных технологий в странах ЕС. Группа должна найти ответы на вопросы: какие существуют барьеры в создании "устойчивой" энергетики для Европы; какие технологии требуются и сколько времени необходимо для их разработки; какие правовые рамки могут быть созданы для коммерциализации таких технологий; в какой области европейские ресурсы могут быть использованы наиболее эффективно. Руководители КЕС считают, что выводы отчета, который разработает группа, должны стать основанием для работы с политиками разных уровней, промышленниками и исследователями для концентрации усилий, так как "долг Европы -- лидировать в создании новой энергетики "устойчивого" развития". Выступая перед "Группой высокого уровня", Лойола де Паласио заявила, что "водородная энергетика называется энергетикой завтрашнего дня, но завтрашний день уже наступил...Мы ожидаем, что результат вашей деятельности станет сердцевиной нашей будущей энергетической политики".

По оценке Романо Проди издержки перехода Европы на децентрализованнцую энергетику, основанную на водородных топливных элементах, примерно в пять раз выше издержек создания сотовой телефонной связи. "Издержки огромные, -- сказал он в интервью "New York Times", -- но приемлемые". Проди подчеркнул, что необходимо вовлечение частного сектора в создание новой энергетики и наличие серьезной государственной политики в этой области. На вопрос корреспондента, что будет, если ожидаемое снижение издержек на водородные технологии не оправдается, Проди ответил: "возможно, планы провалятся. Но у нас нет других серьезных альтернатив".

Тенденции развития энергетики США в XXI веке

Конгрессом Соединенных Штатов в течение десятилетий осуществляется законодательное обеспечение стратегических инновационных разработок, в том числе в области водородной энергетики. В 1996 г. законом "Hydrogen Future Act" была принята "всеобъемлющая национальная энергетическая стратегия", разработанная Министерством энергетики США. Составной частью ее стала "водородная программа", реализация которой должна обеспечить переход экономики США на водород как основной энергоноситель в течение 20 лет (по данным отчета Министерства энергетики США Конгрессу США за 1998 год о выполнении "Водородной программы"). В соответствии с данной программой должны быть созданы и внедрены экономически приемлемые ключевые водородные технологии и продукты: топливные элементы, высокоэффективные технологии хранения водорода; небольшие реформеры (предназначенные для получения водорода из углеводородов) для автономных энергоустановок и энергосистем. Увеличение активности в области водородной энергетики откроет рынки для технологий возобновляемой энергетики, а также даст импульс для развития новых отраслей, таких как отрасли нанотехнологий, биотехнологий и других.

Администрация Белого Дома для вывода страны из рецессии и формирования экономического роста в качестве вынужденной временной меры предложила расширение использования ядерной энергетики, что нашло отражение в "энергетическом плане" Джорджа Буша. Политики и республиканской и демократической партии едины во мнении, что "атомная энергетика не может рассматриваться как окончательное решение, пока не решена проблема ядерных отходов".

Для подготовки перехода на водородную энергетику Министерством энергетики США реализуется программа Vision 21, направленная на разработку ультрачистых электростанций XXI века на высокотемпературных топливных элементах. Программа предусматривает использование в этих электростанциях таких топлив, как уголь, природный газ, биомасса и муниципальные сточные воды, а также других жидких топлив. Администрацией Буша на ближайшие 10 лет выделены $2 млрд для внедрения технологий использования "чистого угля", базирующихся на высокотемпературных топливных элементах. В настоящее время созданы и

стр. 72

вводятся в эксплуатацию электростанции на базе расплавкарбонатных топливных элементов с КПД около 85%, работающие на природном газе. В настоящее время показатель стоимости 1 квт установленной мощности этих электростанций (определяемый как отношение общей стоимости сооружения и ввода в эксплуатацию электростанции к ее общей мощности) оценен в $1200. К 2010 году предполагается его снижение до $400 (для дизельных генераторов показатель стоимости 1 квт установленной мощности оценивается от $800 до $1500).

Россия и водородная энергетика

Советский Союз был признанным технологическим лидером в области водородной энергетики. НИОКР в этой области велись многие десятилетия. Значительный вклад в развитие водородных технологий и мировое признание получили исследования и разработки Оганеса Давтяна, Николая Коровина, Валерия Легасова, Натальи Козловой. Разработки в области водородной энергетики проводились в НПО "Энергия", КБ "Рубин", НПО "Квант", МЭИ, ВНИИЭМ, Курчатовском институте, научных центрах Арзамаса и Новосибирска. Топливные элементы применялись в космическом корабле "Буран". В конце 1980-х -- начале 1990-х годов исследования и разработки в области водородной энергетики в Советском Союзе были в значительной степени свернуты. Многие научные коллективы, успешно проводившие разработки водородных технологий, распались. В последнее десятилетие наблюдается утрата Россией позиций технического лидерства на мировом рынке высокотехнологичных изделий, в частности, это относится и к разработкам в области водородной энергетики.

В то же время, как свидетельствуют мировые тенденции, в XXI веке будет осуществляться постепенный переход национальных экономик к так называемым "водородным" экономикам. Кроме того, необходимо учитывать, что мировые экологические стандарты постоянно ужесточаются. Предполагается возможность введения санкций к странам, отказывающимся от внедрения "чистых" технологий, в том числе в производство электроэнергии. Мировые рынки для продукции, произведенной с применением "грязных" технологий, могут быть закрыты. В этих условиях России придется заново определить базовые рынки (в настоящее время это сырьевые рынки). Необходимы анализ и оценка достигнутого развитыми странами технического уровня в области водородных технологий, оценка существующих и перспективных образцов топливных элементов и энергетических установок на их базе и принятие обоснованного решения о направлении работ в этих областях. А главное - необходимо выработать стратегию восстановления научно-технического потенциала страны и принять государственные программы в области водородной энергетики, реализация которых, возможно, потребует специального государственного стимулирования корпоративных и частных инвестиций.

Опубликовано 11 сентября 2014 года




Нашли ошибку? Выделите её и нажмите CTRL+ENTER!

© Елена Каторгина • Публикатор (): БЦБ LIBRARY.BY Источник: http://library.by

Искать похожие?

LIBRARY.BY+ЛибмонстрЯндексGoogle

Скачать мультимедию?

Выбор редактора LIBRARY.BY:

подняться наверх ↑

ДАЛЕЕ выбор читателей

Загрузка...
подняться наверх ↑

ОБРАТНО В РУБРИКУ

ЭКОЛОГИЯ НА LIBRARY.BY


Уважаемый читатель! Подписывайтесь на LIBRARY.BY на Ютубе, в вКонтакте, Одноклассниках и Инстаграме чтобы быстро узнавать о лучших публикациях и важнейших событиях дня.