Топливо из воды: обещает ли водородный поезд революцию в энергетике

Неудивительно, что наука ищет источники энергии, совсем не завязанные на углеводородах — ни ископаемых, ни возобновляемых. Основные направления этих поисков хорошо известны: использование энергии атома, Солнца, ветра и разные типы гидроэнергии — реки, приливы и отливы. Однако все эти источники энергии сложно взять с собой на поезд или автомобиль. Энергию нужно или передавать по проводам, что влечет ее потери, или хранить — для этого нужны очень мощные аккумуляторы, возможности которых тоже ограничены. Поэтому для работы двигателей требуется что-то другое. Образно говоря, то, что можно залить в бак и сжечь.

Собственно, так возникла идея сжигать водород. Молекула H₂ «запасает» энергию связи между двумя атомами водорода, она рвется при окислении, а в результате получается только вода — в жидком виде или в виде пара. Выглядит идеально, но нужно понять, откуда брать водород и как его хранить для использования в виде топлива.

Водорода в чистом виде на Земле очень мало — 0,00005% по объему в сухом воздухе. Значит, его нужно производить, а на это тоже потребуется энергия (впрочем, энергия расходуется и на крекинг нефти). Есть два основных варианта производства водорода: из воды под действием электрического тока в ходе процесса электролиза (так она разлагается на водород и кислород) и из все тех же углеводородов. Второе можно рассматривать, конечно, только как временное решение — оно воспроизводит, хотя и в меньшем масштабе, проблему зависимости от ископаемого топлива и угрозу для климата. Значит, вода?

Проводить электролиз можно там, где есть источник энергии — АЭС, например, если мы не берем станции, работающие на нефти и газе. Ну, а вода есть более или менее везде. Но зачем тратить энергию на электролиз, когда можно просто пустить ее в двигатель? Дело в том, что водород позволяет решать описанную выше проблему сложности хранения и транспортировки энергии. Возвращаясь к Нижней Саксонии — как раз проблему запасания энергии пытаются решить немецкие транспортники. Железнодорожная сеть Германии очень развита: по общей длине дорог она всего вдвое уступает России и занимает в мире шестое место по длине. Однако 40% линий не электрифицированы, там сейчас используются дизели. Аккумуляторы для таких расстояний пока слишком маломощны. Электрификация — дорогая инфраструктура. Поэтому ставка на водородное топливо выглядит вполне естественной.

Однако водород не так просто хранить. О рисках взрыва при скоплениях газообразного водорода известно со времен катастрофы «Гинденбурга», да и занимает он неадекватно большой объем. Поэтому об использовании его в такой форме речь, конечно, не идет. На помощь приходит химия — хранение водорода в виде таких соединений, как боргидрид натрия, компактно и безопасно, а вещества-носители — натрий с бором — могут быть использованы повторно. Плюс к этому сами водородные двигатели работают не в точности как двигатели внутреннего сгорания, а с помощью так называемых топливных элементов. Вместо обычного горения (взаимодействия с кислородом) реакция происходит электрохимически — это немного похоже на процесс зарядки-разрядки батареек. Это позволяет вести ее более эффективно и контролируемо.

Водородное топливо само по себе не является панацеей, решением всех проблем. Это не источник энергии, а один из способов ее более эффективного и безопасного для окружающей среды использования. Он может быть экономически обоснован, но для этого необходима продуманная система производства и распределения энергии из возобновляемых источников. Ее можно создать, если государственные и надгосударственные образования (такие как ЕС) возьмут на себя затраты на необходимую инфраструктуру, а также меры, стимулирующие частный сектор к ее эффективному использованию. Сейчас этой системы нет, но черты ее уже просматриваются на улицах — в тех же зарядках для электромобилей и первом поезде на водородном топливе. Ничего принципиально нового в этой задаче нет. Если задуматься, то массовое использование современных автомобилей стало экономически обоснованным только потому, что в свое время были построены сети заправок и автомобильных дорог.