Японский водород

Улицы японских городов настолько заполнены автомобилями, что решение проблем городской экологии начинает приобретать первостепенное значение. Фото Reuters

Первые шаги к тому, чтобы использовать водород как энергетический ресурс, в Японии уже сделаны, а конечную цель определил премьер-министр страны Синдзо Абэ в программной речи при открытии в январе очередной сессии парламента. В ней он, в частности, заявил, что Япония нацелена на «достижение мечты о создании общества на основе водорода». 

Целью ставится широкое внедрение водорода как энергетического сырья не только в промышленности, но и в быту. Видимо, поэтому основным средством продвижения к этой цели выбран такой «массовый энергоемкий товар, как автомобиль». 15 декабря 2014 года руководство японской автомобильной корпорации «Тойота мотор» объявила о приеме заявок на приобретение автомобилей «Мирай» (будущее) с водородными топливными элементами (ВТЭ). В них в результате реакции поступающего из баллонов водорода с кислородом воздуха вырабатывается электричество, которое подзаряжает силовую электробатарею. От нее энергия через преобразователь подается на электромотор. 

«Мирай» станет третьим видом экомобилей массового производства. Автомобиль выбран проводником водородной энергетики как новый экологичный энергетический ресурс не случайно. Япония занимает передовые в мире позиции по внедрению в быт и отработке  массового производства  электромобилей и «гибридных» автомобилей. Этот опыт предполагается использовать и при развитии водородной энергетики.

Большим стимулом для приобретения экомобилей в Японии была и продолжает  быть прямая финансовая поддержка правительством мер по энергосбережению, например, так называемые программы  «Эко-поинт». Специальные комиссии отбирали из бытовых приборов – стиральных машин, холодильников и т.п., в том числе и автомобилей – наиболее экономичные по энергопотреблению. 

Покупатель, приобретая включенный в программу предмет, получал сертификат с указанием установленных баллов. Эти баллы переводились в денежные суммы, которые учитывались при покупках других товаров по программе или на указанные правительством цели, оплату коммунальных счетов и даже покупку туристических туров.

Розеточная зарядка неожиданно стала важным стимулом для приобретения экомобилей. Силовые аккумуляторы гибридов и электромобилей стали активно  использоваться гражданами для экономии энергии, а следовательно, и заметного снижения счетов за нее. 

Небольшая конструктивная доработка позволяла переключать   питание  бытовых приборов в домах с городских сетей на батареи экомобилей в часы пиковых нагрузок и, естественно, высоких тарифов. Подзарядка же аккумуляторов производилась в ночные часы при низких тарифах. Это позволяло гражданам значительно снизить оплату по счетам за электроэнергию. Более того, по запросам тех, кто имел автомобили с ДВС, в  продаже появился новый бытовой прибор «напольный аккумулятор», выполняющий ту же функцию, что и силовые аккумуляторы экомобилей. Материальная выгода еще больше, когда подзарядка аккумуляторов производится от личных солнечных батарей.

Можно констатировать, что внутренний рынок Японии экомобили успешно завоевали. Рассматриваются перспективы внешних рынков. Отмечается, что японский опыт в последние годы изучается и внедряется в США. По сообщениям в японских СМИ, в 2013 году в США продано 97 563 электро- и гибридных автомобилей. Казалось бы, ничтожно мало для многомиллионного американского рынка, но важны темпы роста. В 2014 году продажи экомобилей в  США были на 83% больше в сравнении с предыдущим годом. В репортажах журналистов из США указывается и на ежеквартальный рост на 20% продаж солнечных установок, которые часто приобретаются в расчете на то,  что излишки получаемой от них энергии будут использоваться для подзарядки силовых аккумуляторов экомобилей. Япония этот этап прошла. 

Перспективы «Мирай» и водородной энергетики 

Каковы перспективы экомобилей с водородными топливными элементами в условиях, когда на автомобильном рынке Японии уже прочно закрепились электромобили и гибриды, которые в Японии  успешно конкурируют  с автомобилями с двигателями внутреннего сгорания (ДВС).

 Пока планы руководства корпорации «Тойота мотор» скромны. В текущем году намечается выпустить 700 «Мирай», в 2016 году – 2000 штук и в 2017 году – 3000 штук. Но, по всей видимости, эти наметки будут пересмотрены в сторону значительного увеличения, поскольку число заказов  на «Мирай»  всего за месяц после начала их приема превысило 1500 штук. И это только в Японии, с осени намечается начать продажу  «Мирай» в США и странах Европы. 

Другие автомобилестроительные компании Японии стремятся не отстать от «Тойота мотор» в освоении рынка автомобилей с ВТЭ. «Хонда мотор» намечает начать серийное  производство  таких автомобилей в 2015 финансовом году, который в Японии начинается 1 апреля, а «Ниссан мотор» – в 2017 году.

Основным препятствием на пути к массовому производству «Мирай» была высокая себестоимость. Первоначально считалось, что она будет около 100 млн  иен. Но разработчики «Мирай» смогли снизить ее более чем в 10 раз. Тем не менее даже с учетом субсидий  правительства, сейчас продажная цена «Мирай» – около 5,2 млн иен, что сопоставимо с ценой люксовых марок автомобилей. 

Однако японцы  престижность автомобиля рассматривают не только с оценки  набора комплектаций, шикарности отделки, но во многом безопасностью эксплуатации и учета интересов общества. «Мирай» же рекламируется как «абсолютно экологичный  автомобиль», у которого «вместо выхлопа только струйка воды». С этим можно спорить, поскольку производство водорода требует энергии, которая в большинстве случаев генерируется с выбросами СО2. Кроме того, все критики водородной энергетики обязательно указывают на то, что цена водорода выше, чем бензина. Есть, правда,  надежда, что ее  удастся снизить.

«Мирай» лишь часть большой программы

Но автомобили с ВТЭ руководством Японии рассматриваются скорее как средство привлечь внимание общества к более масштабной программе внедрения водородной энергетики. Многие факты говорят о том, что развитие водородной  энергетики принято правительством страны  как одно из перспективных направлений в обеспечении энергетической безопасности, как одна из альтернатив  углеводородным источникам энергии. 

В апреле 2014  года правительство Японии приняло Основной энергетический план,  который  предусматривает снижение  зависимости Японии от атомной энергетики за счет повышения доли  возобновляемых источников энергии (ВИЭ) в энергетическом балансе страны, в том числе и водородной энергетики. В документе говорится,  что правительство будет наращивать использование водорода,  прокладывая путь  к «водородному обществу». Водород рассматривается как «вторичный  энергетический ресурс», который обеспечивает высокую эффективность, рентабельность, оказывает низкое  воздействие на  окружающую среду.  Определение «вторичный» указывает только на место ресурса в энергетическом балансе страны, в котором львиная доля принадлежит ТЭС, а АЭС определяются как «базовый энергетический ресурс».

В  июне 2014 года, всего через полтора месяца после принятия  Основного  энергетического  плана, правительство опубликовало «Стратегическую  «дорожную  карту» по водороду  и топливным элементам». В ней  призывается сформировать «основанное  на водороде общество для надежного  прекращения глобального потепления». Предлагалось также объявить 2015 год  как «первый год  эпохи водорода».

Японские специалисты по проблемам топливных элементов и водородным технологиям из Организации по разработке новых  энергетических  и промышленных технологий  (New Energy and Industrial Technology Development Organization, Nedo) считают, что правительство должно содействовать  развитию  производства водорода. По их прогнозу, его рынок в стоимостном выражении к  2030 году возрастет до 1 трлн иен и до 8 трлн иен к 2050 году. По их рекомендациям, необходимо дальнейшее укрепление конкурентности японских компаний в сфере водородной энергетики, которая и сейчас достаточно высокая, хотя бы потому, что им принадлежит большинство патентов, связанных с топливными элементами. 

 В 2009 году Япония вышла в лидеры в мире по продажам топливных элементов для бытовых нужд, для обеспечением  электроэнергией и теплом в быту. Это лидерство будет укрепляться с расширением сферы применения топливных элементов на автомобили. 

В последние годы японский автопром сталкивается с ожесточенной глобальной конкуренцией, а на него приходится около 20% экспорта, в самой Японии каждый десятый японец работает на предприятиях, так или иначе связанных с ним. Вполне естественно начинать осваивать новые сферы автомобилестроения, конкретно экомобили с ВТЭ, на внутреннем рынке. Это освоение будет проходить при активной поддержке государства,  как это было с электромобилями и гибридами.

Первый коммерческий экомобиль с ВТЭ выйдет на рынок уже в апреле. Предполагаемая цена – около 7 млн иен. Расчет на то, что правительство субсидирует от 2 до 3 млн покупателям. Правительство идет на это в связи с необходимостью выполнять международные обязательства в сфере экологии, внедрения в быт экомобилей на водородных топливных элементах.

Наиболее важно то, что водород не выделяет СО2 при сгорании и поэтому рассматривается как чистый энергетический ресурс, который обеспечит значительное снижение  выброса парниковых газов. Даже если затрачена энергия на производство водорода, в большинстве случаев выбросы СО2 сокращаются, например, на ТЭС  при работе на природном газе, на говоря о других электростанциях ВИЭ. Это также обеспечит спрос на автомобили с ВТЭ, учитывая отношение японцев к экомобилям в целом.

Надежды на водород большие, но есть и проблемы, и вызовы. На данном этапе надежды возлагаются на расширение продаж  экомобилей, подобных «Мирай». Рост спроса на водород как топлива для них требует  создания соответствующей инфраструктуры, ее фактически нет, и здесь будут требоваться капиталовложения. К концу 2015 года правительство намечает построить 100 пунктов зарядки водородных топливных элементов. В среднем около  600 млн иен необходимо для  строительства одного такого пункта. Это в  120 раз больше стоимости оборудования пунктов зарядки силовых батарей гибридов и электромобилей. Даже при финансовом содействии властей  формирование сети пунктов заправок требует  больших инвестиций.

 В еще больших объемах много сотен миллиардов иен потребуется вложить в строительство по всей  стране новых заводов по сжижению водорода, а также для разработки новых высокопроизводительных установок сжижения. Здесь, конечно, основную роль будет играть частный капитал.

Но это в перспективе, пусть и не такой  далекой. Пока же резервы развития водородной энергетики ищутся в самой Японии. Прозводство водорода намечается развивать на основе использования возобновляемых источников энергии.

Союз ВИЭ с ВТЭ

Вот уже несколько лет в Японии действует правительственная программа, нацеленная на развитие возобновляемых источников энергии, солнечной и ветровой. В соответствии с  ней  региональные энергетические компании (РЭК) обязаны закупать энергию, вырабатываемую электростанциями ВИЭ по фиксированным завышенным ценам. РЭК покрывают  свои убытки, повышая тарифы на продажу энергии потребителям. 

Водородный двигатель начинает распространяться по планете. Фото Reuters

Программа вызвала бум строительства солнечных и ветровых электростанций. Перед катастрофой на АЭС «Фукусима-1» доля ТЭС в энергообеспечении составляла 61,7%, АЭС – 28,6%. Что касается ВИЭ, то на  ГЭС  приходилось  8,5%, а других ВИЭ – лишь около 1,1%.

Сейчас программу приходится пересматривать, поскольку РЭК оказались не способны  обеспечить гарантированную закупку всей энергии ВИЭ. Руководство РЭК оправдывало  это слабым развитием сетей электропередач, которые не рассчитаны на обеспечение  закупки энергии от  маломощных генерирующих установок типа ВИЭ,  которые в  большинстве и имели  излишки энергии. На практике по этой причине многие  РЭК отказывались  от подписания контрактов с электростанциями ВИЭ.

Министерство экологии Японии рассматривает возможности использовать излишки мощностей электростанций ВИЭ для производства водорода с последующей доставкой его к пунктам заправки автомобилей с топливными элементами и для бытового потребления. По прогнозу министерства, в 2030 году  солнечными, ветровыми  и геотермальными электростанциями будет произведено 295,2 млрд кВт-ч энергии. Для сравнения: это около 31% от 939,7 млрд кВт-ч энергии,  произведенной в 2013 году, в котором на ВИЭ приходилось  всего 2,2% общего энергопотребления, сообщает газета Mainichi со ссылкой на производимое министерством исследование. 

В исследовании министерства рассматриваются три сценария. По одному, в случае неизменности ныне проводимой энергетической политики в 2030 году на ВИЭ будет произведено 203,2 млрд кВт-ч, или 21% общего производства энергии в стране в 2013 году.

Однако при активном  развитии энергетических сетей по все стране в 2030 году солнечная энергетика будет способна поставить  113,4 млрд кВт-ч, а ветровая – 56,9 млрд кВт-ч. В целом вместе с геотермальной энергетикой и малыми ГЭС от ВИЭ предполагается получить 295,2 млрд кВт-ч энергии. 

Министерство ставит целью добиться максимального использования зеленой энергии, включая любые имеющиеся мощности. Целью ставится интеграция водорода в энергетический комплекс, чтобы  нивелировать основной недостаток ВИЭ, их зависимость от погодных условий, нестабильность в работе.

 Эту же цель во многом преследует и содействие развитию сети пунктов заправки автомобилей с водородными топливными элементами как наиболее экологичных.  В проекте бюджета на 2015 год (начинается 1 апреля) министерство запрашивает 3 млрд иен на связанные с этим расходы.  Уже есть проекты возведения в ряде мест установок по производству водорода из воды электролизом, используя излишки энергии от ВИЭ и хранилища водорода. 

Так, в префектуре Нагасаки мощности прибрежной ветровой  электростанции используются лишь на треть. Министерство экологии намерено в экспериментальном режиме использовать излишки вырабатываемой энергии для производства водорода и поставлять его для использования  в топливных элементах в бытовых целях жителями близлежащих островов, поскольку прокладка кабельных сетей нерентабельна.

Свои пути в развитии зеленой энергетики с использованием водорода ищет бизнес. Инженеры корпорации  «Тосиба» разработали установку, в которой вырабатываемая солнечной панелью энергия разлагает воду и выделенный водород поступает в баллон. Водород  может использоваться в топливных элементах в случае необходимости. Уже в текущем финансовом году планируется начать серийный выпуск таких установок.

Вполне конкретный весьма существенный финансовый вклад в содействие внедрению водородной энергетики планирует администрация Токио, которая сформировала фонд в  40 млрд иен для развития энергетики на основе водорода в рамках подготовки к  Олимпиаде-2020. Из фонда по проекту бюджета на 2015 год будут финансироваться расходы по строительству пунктов заправки водородом. Предусматривается финансирование других мер  по содействию  продвижению в практику автомобилей с топливными элементами в различных сферах бизнеса, в том числе и промышленном производстве. 

В прошлом году  администрация Токио провела  пять встреч с  группой ученых и представителями деловых кругов, связанных с  проблемами внедрения водородной энергетики.  В ноябре на заключительном  заседании была утверждена «дорожная карта» конкретных мероприятий, способствующих развитию  водородной энергетики. 

Не только планы, но и дела на перспективу

О том, что водород рассматривается в Японии как перспективный энергетический ресурс, свидетельствует  подготовка к его импорту. Японская корпорация «Кавасаки хэви индастрис» совместно со своими деловыми партерами из Австралии проводит эксперименты по  получению водорода из  низкосортного австралийского бурого угля. Водород предполагается транспортировать морем в Японию. Корпорация успешно отработала технологию сжижения водорода охлаждением до –253 градуса. Это упростит транспортировку, для чего разрабатывается специальное судно. Проектируются  плавучие установки  по производству водорода из попутного газа при добыче  нефти на морских месторождениях. 

И другие судостроительные компании ищут  пути транспортировки водорода. Есть планы преобразования водорода в метилбензол (толуол, жидкость) и обратно. Есть надежда, что подобная технология будет отработана к практическому использованию к 2020 году. Толуол можно транспортировать обычными танкерами. 

Рассматривается переработка водорода в метан, который используется как топливо для ТЭС. Стоимость хранения и транспортировки метана низкая, поскольку могут использоваться существующие хранилища и другая инфраструктура.

Эти и другие проекты финансово поддерживаются правительством, которое на эти цели  в очередном финансовом году выделяет  2,05 млрд иен.