Инновации в энергетике (Кучкин К. В., CTO Horizon emerging technologies)

Кучкин. И так, что такое альтернативная энергетика. Вся энергетика, которая не работает на нефти, газе и прочих известных в настоящее время полезных ископаемых является альтернативной. Например, ветроэнергетика, солнечная энергетика, водородная энергетика.

Почему у нас возникла проблема с альтернативной энергетикой? Дело в том, что мы очень много нефти потребляем. Еще Дмитрий Иванович Менделеев сказал в свое время, что топить нефтью — это все равно, что топить ассигнациями. Ему не поверили, не то, что не поверили, но другого выхода не нашли, кроме как использовать нефть, газ, каменный уголь и другие природные ресурсы, другие ископаемые топлива, как некий источник для получения энергии.

Автомобили, самолеты, суда — без всего этого, к сожалению, мы жить не сможем. Нам нужен газ как бытовым потребителям, нам нужна нефть, для того чтобы, как ни странно, получать пластики (примерно 30% нефти идет на производство пластиков, пластиковых стульев, компьютеров, телевизоров, деталей машин, и т. д.). Практика показывает, что, условно говоря, у нас сейчас примерно золотой миллиард населения, который потребляет основную долю природных ресурсов в области нефти, газа и угля. У нас еще есть 5 миллиардов, которые тоже хотят жить как тот миллиард. Мир будет развиваться, потребности мира будут увеличиваться, поэтому, если мы сейчас не позаботимся об экономии природных ресурсов, то мы не сможем людей обеспечить пластиками, пластиковой посудой, машинами, и т. д.

Оставшиеся 70%, которые у нас есть, они идут в основном на обогрев и еще на что-то. Нефти мы извлекаем лишь 30% из тех запасов, которые у нас есть. Тем самым у нас там осталось 60%, условно говоря, этой нефти. То есть, еще на 2 миллиарда людей примерно. Нефти, как говорят, осталось лет на 30. Соответственно, у нас получается, что 3 миллиарда еще лет 30 как-то протянут при условии, что мы напряжемся и сможем всю нефть выкачивать и весь газ, а оставшиеся 3 миллиарда так и будут жить при каменном веке без пластмассы. Деваться некуда, нам надо пытаться, стараться заменить нефть чем-нибудь, не только по тем проблемам, которые связаны с загрязнением окружающей среды в виде выхлопов, в виде продуктов нефтепереработки, в виде тех отбросов, которые мы вынужденно генерируем при производстве и переработке нефти. Это первая проблема.

Вторая проблема заключается в том, что электропотребление в расчете на единицу продукции, например, на мобильный телефон, на компьютер, на телевизор падает. Но количество этих приборов растет. То есть в абсолютном выражении потребление электроэнергии на одного человека тоже растет. Нам нужно электричество, для того чтобы работали установки по производству стали. Нам некуда деваться, мы пользуемся троллейбусами, пользуемся метро, пользуемся поездами. Нам нужно электричество.

С электричеством есть другая проблема — это единственный источник энергии, который мы не умеем накапливать. Мы можем слить нефть в бочки, мы можем бензин хранить где-то в баках, но мы не можем никуда налить электричество, мы можем его запасти только в виде какого-то разряда в конденсаторах или в аккумуляторах. К сожалению, конденсаторы и аккумуляторы — штука дорогая, также экологически вредная, и 500 циклов зарядки — и все, нужен уже новый аккумулятор. Надо куда-то бежать, где-то доставать сырье, делать новые штуки по запасанию электричества. В результате первая проблема, которая у нас есть, — как мы будем запасать электричество.

Существует так называемая «провальная энергетика, когда в нормальные часы, утром, растет потребление электричества, пиковая нагрузка — вечером, когда все с работы возвращаются домой и включают электроприборы, и днем, когда работает промышленность, также есть небольшая нагрузка, ночью никто электричества не потребляет. Мы вынуждены заглушать те мощности, которые нам производят электричество: это газовые станции, атомные реакторы, турбины водяные, гидроэлектростанции, но, к сожалению, до конца заглушить их невозможно, и мы все равно вырабатываем электричество, которое никаким способом не запасти. И была выведена следующая гипотеза: а давайте мы будем воду разлагать на кислород и водород в электролизерах и запасать электричество в виде водорода и кислорода, которые потом будем пускать на топливные элементы, так называемая «водородная энергетика». Потом этот водород мы можем использовать для выработки электричества, которое будет приводить в действие автомобили и для выработки электричества для домашних хозяйств, или еще куда-нибудь. То есть, водород, на самом деле, не новая энергетика, а некий способ запасания электрической энергии.

До недавнего времени население Земли росло, потребности в энергии росли. Сейчас ситуация обратная. Первая производная от скорости, вторая производная от массы населения — ускорение — приобрело отрицательное значение. То есть скорость роста начинает замедляться. Рано или поздно мы выйдем на некое плато, то есть получим существенно более медленный рост численности населения. Поэтому та модель построения энергетических мощностей, которая у нас была при бурном росте численности, уже работать не будет. Например: мы могли построить 500 мегаватт, в данный момент потреблять 50 мегаватт и понимать, что в течение 5—7 лет мы оставшиеся 450 мегаватт доберем аккуратно на рост населения, на рост спроса промышленности. Сейчас уже ситуация обратная: если мы сейчас построим 1 гигаватт, то мы из него съедим 50 мегаватт, а остальные 950 мегаватт мы никуда деть не сможем.

Поэтому была придумана следующая концепция: а давайте мы сделаем децентрализованное энергообеспечение. А именно: давайте мы построим в каких-то населенных пунктах, домашних хозяйствах альтернативные источники энергии, которые вырабатывали бы энергию от ветра — ветрогенераторы, от солнца — солнечные элементы, и они будут электричество запасать в виде аккумуляторов и хранить какое-то время, пока это не потребуется. Это было хорошо, но на этом цикл не замкнулся. Поскольку аккумулятор тоже сложно и дорого, была предложена мысль продолжить эту цепочку: поставить электролизеры, электролизеры разлагали бы воду на кислород, и водород бы запасался, а потом топливные элементы использовали бы этот кислород и водород для выработки электричества и тепла горячей воды.

Такая программа начала действовать в Токио с 1 января 2009 года, и в Осаке с 1 июля этого же года на пилотных домашних хозяйствах основным источником электричества и тепловой энергии должны быть топливные элементы, которые в качестве исходного сырья пока потребляют сжиженный природный газ. Токиогаз и Осакагаз — это службы, которые занимаются коммунальным обеспечением, водообеспечением и энергообесечением всех: и частных, и государственных домовладений, и промышленных предприятий. Они продают газ, он поступает в домовладения, после этого поступает в реформер. Реформер его разлагает на водород, водород поступает в топливный элемент, топливный элемент вырабатывает электричество и тепло. Промышленность под это создана, «Тошиба», «Энель», «Хитачи» производят все необходимое оборудование, и потребитель в праве выбрать, что ему нужно. На сегодняшний момент вероятность успешности программы не менее 85%. До конца 2010 года будут идти испытания, если все будет нормально, то с 1 января 2011 года в Японии вступает в силу закон о том, чтобы все вновь возводимое строительство в качестве основного источника энергообеспечения имело водородную энергетику, а в качестве сырья использовало бы сжиженный природный газ. Это первый и очень серьезный шаг в мире в сторону отказа от каких-либо иных способов по выработки электроэнергии.

На самом деле эти системы достаточно просто заменяются на чистый водород. Если вы отключаете реформер и вместо сжиженного природного газа привозите водород, ставите баллон с водородом, он поступает в топливный элемент, и дальше процесс продолжается так, как было до этого. Поскольку сейчас пока есть некоторые технические проблемы с производством водорода, есть проблемы с его хранением и со способом его доставки, решено было, что пока это будет в формате сжиженного природного газа. Если все будет хорошо, то Япония примерно с 2015 года резко отказывается от сжиженного природного газа и переходит на водород в качестве основного источника энергии.

Почему водород? К сожалению, другого способа мы так придумать и не смогли, ветра нам не хватит, солнца нам не хватит. У нас есть «провальная энергетика», которая нас в состоянии обеспечить водородом. В свое время, в Канаде, в районе Великих Озер, была построена станция огромной мощности по гидрогенерации электрической энергии. Канадцы думали так, что у нас будут большие мощности, мы их будем продавать в Америку, а там промышленность, там Детройт, они будут потреблять наше электричество. Их предупреждали, что лучше так не делать, поскольку есть большие проблемы с присоединением к сетям, синхронизацией сетей и с емкостью сетей по потреблению этой энергии. В общем, не смогли они подключиться, кое-как кое-что сделали, но все равно сделали криво, и где-то там не больше 15% мощности сбрасывают от выработанной энергии в Штаты.

Тогда канадцы стали думать: «А что можно еще делать?» Им пришла идея, что у них есть вода, и у них есть электричество, у них есть большие капитальные затраты, которые они понесли, у них фактически убытки. Они сказали так: «Давайте мы будем из воды, которая у нас крутит турбины, которые вырабатывают электрическую энергию, эту электрическую энергию пускать на получение водорода и кислорода из воды, дальше водород и кислород сжижать и танкерами, так же как нефть, так же как газ, возить по всему миру и продавать».

Канадцы инициировали создание компании Ballard, в учредителях которой помимо Канады выступили также автомобильные компании, и всячески развивают эту тематику по производству топливных элементов. Однако у этих элементов есть один существенный недостаток. Дело в том, что в естественных условиях реакция между кислородом и водородом идет очень медленно, и нам необходим катализатор, который бы ускорял эту химическую реакция и производил бы нам необходимое количество электричества с достаточной для нас скоростью. В качестве катализатора используется платина. Всего в мире добывается всего 600—640 тонн платиноидов в год. Один грамм платины в идеальном электрохимическом теоретическом расчете равен 1 киловатту установленной мощности, а это эквивалентно 1 кв. метру каталитической поверхности. Один киловатт установленной мощности и 1 кв. метр каталитической поверхности — это теория. Практика: 1,12 грамм платины, 0,86 киловатт установленной мощности и около 1,2 кв. метра каталитической поверхности. Один грамм платины стоит от 70 до 100 долларов. Один квадратный метр мембраны стоит примерно 450 долларов. Цель DOE USA — 27—29 февраля этого года в Токио была очередная одна из самых крупных в мире конференций FuelCell Expo-2009.

Выступая на этой конференции, Майкл Миллс сказал, что к 2015 году цена киловатта установленной мощности (то есть топливного элемента, мощность которого 1 киловатт) должна быть на уровне 30—50 долларов. Тогда это будет выгодно с точки зрения промышленности, тогда это будет приемлемо, и тогда водородная экономика, тогда водородные топливные элементы будут покупаться, применяться, использоваться везде — и в домашних хозяйствах, и в автомобилях в том числе.

Зал в 1,5 тысячи загудел: «Мы тебе не верим!» Сейчас 1 200 долларов за киловатт установленной мощности, 450 долларов за мембрану — только за мембрану каталитическую, дешевле уже не получается. Даже если мы откажемся от мембраны, у нас остается платина, а это от 70 до 100 долларов. Значит, там нужно придумать что-то такое, что позволит там получить 30—50 долларов. С платиной ничего не получается. Миллс ответил так: «Ребята, я не знаю — как, я не знаю — что, я не знаю — кто, я не знаю — каким способом, но эту цель мы должны выполнить, если мы хотим получить 30—50 долларов за киловатт установленной мощности. Какие это будут топливные элементы — никто не знает. Отказывайтесь от платины, отказывайтесь от дорогих комплектующих».

Дело в том, что с платиной связана еще одна проблема: для того чтобы топливный элемент на платине работал, ему нужен чистый водород в качестве источника топлива. Чистый водород стоит очень дорого. Соответственно, помимо того, что у вас получается очень дорогой топливный элемент, у вас получается очень высокая себестоимость или киловатт/час электричества. Разница между химическим и чистым водородом примерно в 7—10 раз. Баллоны представляете себе, которыми шарики заполняют воздушные? Вот такой баллон технического водорода стоит 100 рублей, чистого — 1 000 рублей. Соответственно, киловатт/час стоит вам либо 60—70 центов, либо доллар. Все равно получается дорого.

Плюс всей этой водородной тематики, он полностью нивелируется тем минусом, который мы имеем от платины, от водорода чистого и от всех остальных проблем.

Помимо этого, платиноидов всего добывается 600—640 тонн — никто точно, к сожалению, не знает, поскольку данные закрыты. В среднем в мире производится 60 миллионов автомобилей в год, если мы говорим «1 грамм платины», «1 киловатт установленной мощности» и «1 кв. метр каталитической поверхности», то такой несложный расчет. Учитывая, что нам нужно как минимум 50, а на самом деле 100 киловатт в расчете на один автомобиль в среднем, мы получаем, что у нас все 60 миллионов автомобилей будут потреблять все 600 тонн платины. Структура потребления платины следующая: 350 тонн — это крупнотоннажная и каталитическая (в том числе автомобильные катализаторы) химия, которая из нефти дает всякие пластики, полиэтилены, полимеры и т. д. Примерно 100—150 тонн — это металлургия, примерно 50 тонн — это электроника, 10 тонн — ювелирка. Даже если мы всю платину, которую добываем, пустим на машины, это тоже будет не выход из положения. Высокая стоимость и отказ от пластиков — мы не можем себе этого позволить. В результате, собственно, Миллс так и сказал, что я не знаю — как, я не знаю — что, я не знаю — кто, я не знаю — каким способом, делайте, что хотите, но сделайте.

Уверяю вас, 760 миллионов долларов в год, которые его подразделение получает на разработку водородных всяческих технологий, производств, хранений, транспортировка водорода, производство из него электрической энергии, решат эту проблему до 2015 года. По крайней мере сейчас есть пилотные образцы, которые стоят порядка 100—120 долларов за киловатт установленной мощности. Правда, это низкотемпературные щелочные топливные элементы, но есть шанс к 2015 году получить 30—50 долларов за киловатт.

Соответственно, проблема альтернативной энергетики заключается не столько в том, что нам нужно отказаться от нефти, сколько в том, как перейти на водород. Полностью мы пока не сможем этого сделать, потому что самолеты как летали на керосине, так и летать будут на керосине, никакое иное топливо не подходит для реактивных двигателей пока.

Скорее всего, мы пойдем частичным путем: где-то будем ставить альтернативные источники энергии. Например, в деревнях, куда Газпром тянет почему-то нефть с газопроводом, и куда идут электрические линии 10-киловаттные. Предположим, там живет 100 семей. Через 5 лет там количество семей увеличится на 10—15%. Меньше чем 10 киловатт мы туда протянуть не можем. Мы туда протянем 10 киловатт, но продавать им будем всего 1 киловатт. Газпром туда потянет очередную газовую ветку. Вместо этого можем сказать: «Ребята, давайте мы построим там ветряные генераторы, солнечные элементы, поставим электролизер и поставим топливный элемент. И у нас там эта схема будет работать очень эффективно. Тем самым государство: а) будет получать больше выручки от продажи газа и у нас будет развиваться хай-тек. Ветряной генератор — он только с виду простой пропеллер. На самом деле пропеллер — это пластики и композиты. Пластики и композиты, электролизеры, топливные водородные элементы, солнечные батареи — это все хай-тек.

С солнечными батарейками, с солнечными элементами, с фотоэлементами есть своя очень тяжелая проблема. КПД солнечных элементов, которые сделаны из поликристаллического кремния, это 15% (я средние цифры называю), у солнечных элементов, сделанных из монокристаллических элементов — это 25%. Никто, строго говоря, не знает, какой ущерб наносит нам вот эта солнечная энергетика. Потому что на кремний идет достаточно много ядовитых веществ, получение кремния содержит в себе достаточно много ядовитых химических процессов, мы наносим удар по экологии.

Вторая проблема, это солнечное излучение, которое падало на землю в виде тепла. Оно участвовало в балансе нашего климата: то есть земля днем нагревалась, ночью остывала, теплый воздух поднимался, были какие-то конвективные потоки, была какая-то циркуляция воздуха. А сейчас то тепло, которое падает на солнечные элементы, частично забирается в виде электричества, это электричество куда-то поступает, и мы нарушаем термические циклы.

В Испании уже год работает 50 мегаваттная станция по производству электричества на фотоэлементах, и две группировки ученых спорят до сих пор. Одни говорят, никак не влияет, а у вторых есть данные, которые говорят, что влияет. Однозначно можно сказать, что да, влияет. Вопрос: насколько сильно, насколько критично, насколько это сложно? К сожалению, по испытанию одного года это сказать нельзя. Вот через 5—10 лет мы сможем сказать, какой ущерб, вред наносит солнечная энергетика окружающей среде. Если мы поднимем КПД солнечных элементов хотя бы в 2 раза, то мы достигнем цифр 50—75%. И это уже дает нам некий шанс на то, что количество мест на Земле, частично в состоянии обеспечить человечество энергией.

Есть другая проблема с этой электроэнергией — она вырабатывается в виде постоянного тока. Линии по переброске постоянного тока — это очень дорогое и технически сложное удовольствие. Постоянный ток у нас нигде не используется для передачи мощности, у нас используется переменный ток, значит, нам нужны преобразователи. Очень большие потери идут при преобразовании постоянного тока в переменный. Сейчас вполне серьезно обсуждается концепция, что у нас во всей бытовой технике стоят выпрямители, то есть, везде в приборах используется постоянный ток. Возникает вопрос: почему мы в одном месте производим постоянный ток, потом делаем его переменным, потом, когда втыкаем прибор в розетку, используем постоянный ток. Может быть, нам вот эту переменную убрать?

Это та же самая проблема, которая у нас есть с нефтью. У нас раньше была одна машина, потом две машины, потом завод машин Форда, потом General Motors, потом Daimler, Chrysler, Mercedes-Benz, Volkswagen, Honda. Параллельно с этим развивалась добыча и переработка нефти, заправки и все остальное прочее. Сейчас мы не можем взять, вырвать всю эту инфраструктуру и построить с нуля огромную новую инфраструктуру.

Та же самая проблема есть в энергетике. СМИ говорит, что есть там какой-то «мировой заговор», что нефтяные компании плохие и всячески давят новую энергетику. Два крупнейших инвестора в альтернативную энергетику, в водородную энергетику, в геотермальную энергетику, в другую энергетику — это British Petroleum и Shell. Это две крупнейшие нефтяные компании в мире инвестируют очень приличные суммы.

Есть большая проблема, связанная с добычей и производством водорода. В середине 60-х годов появился такой умный человек, который сказал: «Ребята, у нас водород является самым распространенным элементом во Вселенной, его больше всего». И этот умный человек сказал, что тогда в земле тоже должно быть много водорода. На основании вот этого он построил некую теоретическую модель, которая говорила о том, что на глубине от 10 до 17 км под землей должны быть огромные запасы водорода в гидрированном состоянии.

Поскольку теория была новая, она была как-то очень прохладно воспринята научным сообществом, особенно геологическим. Была только одна очень любопытная статья на эту тему в журнале «Успехи физических наук», правда, вместо Земли решили рассмотреть околоземную атмосферу и, в общем, дядька оказался прав.

Поскольку мы до сих пор не умеем бурить на глубину 10—17 км, ученый, к своему стыду не помню фамилию, по-моему, Лукьянов сказал так, что в принципе, у нас земная кора, у нее есть разломы, и она где-то выходит наверх. Где она выходит наверх на нашей территории наиболее близко? Это Байкальский разлом. Курилы, Камчатка. Он пробил какую-то исследовательскую программу в Академии наук, дали ему деньги, поехал, посмотрел, забурился на 3—5 км — есть водород! Много водорода, безумное количество водорода. Дошло до того, что в 1986 году Совет министров СССР, Академия наук, ЦК КПСС, в общем, все приняли программу по этому подземному бурению. А в 1985 году у нас началась перестройка, в 1995 все закончилось. К сожалению, мы эту программу так и не реализовали. Но все-таки Shell и British Petroleum пытаются научиться бурить очень глубоко.

Согласно предсказаниям этой теории, на глубине от 10 до 17 км на территории примерно 100 кв. метров должно быть такое количество водорода, которое позволит обеспечить город с населением примерно в 1,5 миллиона человек и со всей необходимой инфраструктурой, с автомобилями, электричеством, водой и всем остальным прочим на 500 лет как минимум. Это непросто много, это очень много.

Вопрос. А что так глубоко за ним лезть?

Кучкин. Так устроена наша планета, именно там такие высокие давления, именно там водород собирается. Понимаете, никто еще туда не забурился, поэтому, строго говоря, точно никто не знает. Но у нас есть возможность отказаться от производства электричества в виде сжигания угля, нефти, газа, в виде гидроэлектростанций, просто его получать из земли. Нефтяные компании будут называться водородные компаниие. Суть их не изменится, будут бурится в землю и добывать необходимое количество водорода, при этом нам не нужна будет большая инфраструктура с трубами, заводами, еще чем-то.

Многие знают о том, что у Земли есть геотермальные ресурсы. Они не очень большие по мощности, но если пробурится на глубину от 50 до 120 метров, то поверхности размером 20 на 30 метров хватит на то, чтобы весь этот лагерь обеспечивать горячей водой, электричеством и отоплением. И такие примеры есть. К сожалению, с городами уже такого не получится, потому что для этого нужны очень большие площади. Количество мощности, которое мы можем снимать с такой поверхности, очень и очень невелико. Но, тем не менее, в каких-то альтернативных случаях, например, здесь это было бы хорошо, с точки зрения экологии, с точки зрения комфортности, и у вас по крайней мере в палатках всегда было бы тепло и было бы электричество.

Вот суть альтернативной энергетики. Она на самом деле не альтернативная. У нас нет ни какого выбора другого, кроме как ее развивать. Мы никаким другим способом и никаким другим образом не сможем обеспечить себя энергией, у нас ресурсы заканчиваются, нефть заканчивается. Нефть нам нужна для других целей. Она не нужна нам в виде горячего воздуха и выхлопов в атмосферу, она нам нужна в виде продукции. Значит, мы каким-то другим способом будем пытаться получить электрическую энергию. Электрическая энергия нам нужна для промышленных предприятий, для быта, для передвижения, для перемещения. Есть прецеденты с водородными автомобилями, к сожалению, пока они получаются дорогими. Но если мы сделаем 30—50 долларов за киловатт установленной мощности, даже 100 долларов за киловатт установленной мощности, нам хватит, по стоимости это будет удовлетворительно, чтобы поставить 25 киловаттный двигатель на автомобиль городского цикла и вполне им пользоваться. Мы уже сократим свое потребление нефти как минимум на 50%. Соответственно, у нас на 50% увеличится срок жизни нашей цивилизации с точки зрения пластиков. Это не значит, что когда нефть закончится, мы будем бегать — извините — по помойкам, пытаться находить старый пластик и делать из него новый. Мы что-нибудь другое придумаем и как-нибудь обязательно выкрутимся из этой ситуации. И эта ситуация будет такова, что альтернативная энергетика будет обычной энергетикой.

Вопрос. КПД вот этого топливного элемента? Какое у нас состояние по водородной энергетике в стране? Какие разработки ведутся в том же или другом направлении? Когда топливный элемент (железка) использует, что от него остается?

Кучкин. Срок службы должен быть 20 тысяч часов. Остается примерно то же самое, что остается от автомобиля: набор деталей, который можно разобрать и утилизировать.

У нас в России никто не занимается водородной энергетикой. Были у «Норильского Никеля», «ОНЭКСИМа» и компании «НИК НЭП» заявления о том, что они будут заниматься водородной энергетикой.

Есть в России единственное место, где занимаются с топливными элементами — это Новосибирский завод химконцентратов, в силу того, что они там разрабатывали еще в советские времена низкотемпературные щелочные топливные элементы для лунной программы и для всяких военных целей, они этим занимаются серьезно. Все остальные попытки носят какой-то спорадический, непонятный совершенно, неструктурированный характер.

В ФГУП «Центр Келдыша» этим занимается. Но в основном он занимается тем, что «НИК НЭП» покупает где-то там импортные комплектующие, а центр Келдыша из них пытается собрать какие-то девайсы. Это опять таки не хай-тек, это простой инжиниринг. Я могу пойти с тем же самым успехом на какой-нибудь радиорынок, отобрать деталей, собрать компьютер. Это не будет означать то, что я делаю компьютеры. Это будет означать, что я умею из деталек собирать какие-то девайсы. Нужно уметь делать сами детальки — это очень важно. Если вы умеете делать процессор — вы умеете делать компьютер, если вы не умеете делать процессор, то вы умеете собирать компьютер, но не делать.

КПД топливного элемента — 80%.

Если по электричеству, воде и теплу считать, то это получается до 90% КПД. В противном случае, тепло рассеивается. По электричеству — 50%. Самые эффективные — это щелочные топливные элементы, у них КПД 55—60% может быть только по электричеству. У всех остальных КПД на уровне 30—40%. По электричеству, не по комбинированному циклу, включая тепло.

Как мы будем запасать водород — непонятно. В автомобильной промышленности принята в настоящий момент концепция, что это будут баллоны под давлением 350 и 700 атмосфер. И мы будем запасать водород в них в газообразном состоянии. Дело в том, что с точки зрения физики и химии нужно затратить огромное количество энергии, чтобы водород закачать в фуллерены или нанотрубки. Согласно закону сохранения энергии, столько же энергии нужно потратить, чтобы оттуда потом этот водород достать. Поэтому, вряд ли. У всех совершенно разные данные по сорбции водорода, одни говорят одно, начинают повторять — получается другое, у третьих — третье, у четвертых — четвертое. На самом деле, эта проблема имеет отношение и к нанотехнологиям, и к фуллеренам, и к углеродным нанотрубкам. Мы пока не умеем получать, у нас нет технологии такой же простой, как кирпичный завод. Вот он выдает эти глиняные прямоугольнички под названием «кирпичи», и мы всегда знаем: сколько кирпичей, какого они качества, с заранее заданными параметрами физическими, механическими, геометрическими, и т. д. Вот той же самой технологии, которая бы позволяла нам получать заранее необходимого размера, длины и качества углеводородные всякие устройства, типа фуллеренов, нанотрубок, в мире нет. И это основная проблема, которую сейчас пытаются решить наука и техника. То есть получение наноустройств, заранее заданного размера, с заранее заданными свойствами в массовом количестве по дешевой цене. Если мы решим эту проблему, мы решим сразу огромное количество проблем.

Вопрос. В США строят электростанции солнечные на зеркалах?

Кучкин. Да. Ну, это не совсем зеркала. Там есть соленая вода как носитель, она нагревается, испаряется, крутит турбину.

Мы отбираем тепло у земли и пускаем его в электричество. Какой ущерб мы наносим? Пустыни — они не просто так существуют. В природе никогда ничего не бывает просто так, всегда этому есть какое-то рациональное объяснение. Не было бы пустынь — не было бы ледников.

Вопрос. Мы затрачиваем энергию, она потом расходуется?

Кучкин. Она переходит в тепло по более длинному циклу и не там, где она должна была переходить, понимаете? Мы, грубо говоря, ставим некий тепловой насос, который в пустыне тепло отсасывает и куда-то в виде электричества в северные районы передает, там оно переходит в тепло. В результате у нас северные районы нагреваются, а южные территории остывают. Пока в микроскопических масштабах. Что будет в макроскопических масштабах — никто не знает. Есть такой фильм «Послезавтра» (The Day After Tomorrow). Многие говорят, что этого не может быть, но ведь никто и не пробовал. Честно говоря, пробовать и не очень хочется.

Есть гипотеза, что у нас у всех будут маленькие источники атомной энергии, которые всю жизнь будут работать. Сомневаюсь я, что человечество настолько поверит ученым, что будет с собой в кармане носить маленькие «чернобыли».

По оценкам, урана всего на 300 лет хватит. А солнца, электричества, воды у нас, в общем, залейся в ближайшие 5 миллиардов лет. Солнце не взорвется. Это точно совершенно. Правда, надо понимать, что через 2 миллиарда лет у нас уже жарковато будет жить на Земле, потому что Солнце начнет раздуваться, количество тепла, которое оно начнет выделять, начнет сильно возрастать, и нас припекать будет очень сильно. И надо будет уезжать с нашей планеты куда-нибудь.

Вопрос. А нельзя использовать не платину, а смесь никеля?

Кучкин. Никель Ренея — есть такой. Все равно дорого получается. Никель — не дешевая штучка, во-первых. Во-вторых, чистый водород и там свои тараканы в этой технологии. Пробовали — не получается. Падает КПД, падает эффективность, вы получаете уже не 0,86 киловатта с 1,2 кв. метра каталитической поверхности, а получаете где-то 0,45. А это уже в 2 раза больше по массе. Понимаете, ни одна технологи не бывает хорошей, там есть обязательно что-то плохое. Поэтому вопрос: насколько мы готовы и чем мы готовы пожертвовать.

Вопрос. Что можете сказать про термоядерную энергетику?

Кучкин. Ничего хорошего. И ничего плохого. Заработает, по прогнозам, реактор в Карадаше к 2050 году. И то заработает в экспериментальном режиме. Что такое термояд? У нас есть вода, мы эту воду нагреваем, эта горячая вода вращает турбину. В Японии строится второй аналог, если вы, может быть, не в курсе. Дело в том, что рассматривались Япония и Франция как кандидаты. Японцы отдали это французам, но выторговали себе возможность строить аналог. И японцы это делают, уверяю вас, не просто так.

Вопрос. Говорят, что им даже удалось провести эксперименты, которые КПД 25% показали. Им удалось подписать соглашение с агентством, первую фазу они проверили, они получили вторую фазу. Есть ли у нас в стране подобные эксперименты в этой области?

Кучкин. Еще Михаил Васильевич Ломоносов, основатель Московского университета и один из величайших людей, сказал, что «из ничего ничего не бывает. И ежели от чего-то что-то убудет, то к другому прибавится».

Я так и не понял, они, затрачивая 1 киловатт энергии, получают 25 киловатт энергии?

Рассказываю вам реальную историю из жизни. Приходит как-то ко мне директор нашего фонда небольшого и говорит: «Слушай, тут есть совершенно чумовая разработка, у мужика получается вечный двигатель. Он берет стакан воды, засовывает туда алюминиевую проволочку, алюминиевую проволочку взрывает, у него вырабатывается огромное количество энергии». То же самое происходит в автомобиле. У вас маленькая искорка, которая поджигает бензиновую смесь или вообще дизель, который вообще ничего не поджигает, просто бум! — сдавливает — и там происходит взрыв. То есть вы тратите один электрон, условно говоря, на поджиг смеси, а смесь вам выдает несколько сотен лошадиных сил. Совершенно верно, все очень просто. Но надо уметь считать.

В этой проволочке алюминиевой в виде химической связи запасена энергия. Когда вы эту проволочку сжигаете — эта энергия освобождается. То есть вам на инициацию вот этого поджига нужно чуть-чуть совсем. А выделяется энергии больше, вот и все. Закон сохранения энергии действует. Энергия из химических связей переходит в тепловую. У них то же самое. А это говорит о том, что реально КПД там не больше 100—15%. Я видел много проектов, когда приходит человек и говорит: «Вы знаете, у меня в расчетах КПД 300%, пока всего получали 160%». Обычно я всегда отвечаю: «Получишь 200 — приходи». И он с энтузиазмом уходит. Честное слово, никто еще не возвращался. И не вернется.

Понимаете, иногда мир устроен чуть-чуть хитрее, чем вам кажется. Иногда у них могут быть какие-то свои специальные цели, о которых они, может быть, ученым не говорят. Во-вторых, они исследуют какой-то процесс. А в-третьих, иногда людям специально дают деньги, чтобы они занимались не тем.

Я вот могу вам сказать, что исследовательские проекты в наших некоторых компаниях структурированы очень хитро. Так, чтобы только один человек понимал, что и зачем, и как делается. Просто, чтобы секреты не воровали, и чтобы никуда не стекло что-то ценное. И я вам могу точно совершенно сказать, что у нас тоже есть проекты, которые совершенно в тупую делаются. Люди абсолютно уверенны, что они занимаются, правильным, важным и нужным делом.

Вопрос. То есть фактически альтернативы водороду нет?

Кучкин. Пока считается, что нет. Что будет на самом деле — никто не знает. Если могли бы брать кислород — брали бы кислород. Берут водород. Понимаете, так получилось, что мы попали туда. Может быть, если бы у нас была возможность добурится до ядра Земли, и у нас была бы эффективная термопара. Мы бы закопали вот туда глубоко эту термопару, второй бы конец положили бы сюда, и сидели бы и в ус не дули. Но не можем мы этого сделать. Не исключено, что в будущем у нас не останется альтернативы этому способу. Мы сожрем все, сожжем все, переработаем все, и единственная возможность, которая у нас останется — это закопаться туда, очень глубоко, засунуть туда один конец термопары, сюда положить второй конец термопары и вот на этой гигантской разнице температур получить электрическую энергию. Или второй конец термопары вообще закинуть куда-то в космос. Потому что там холодно. Дело в том, что в космосе температура может очень здорово «гулять». На Марсе она «гуляет», например, от -160 до +450 градусов за сутки.

Вопрос. Есть Япония и Штаты, а еще какие страны развивают альтернативную энергетику?

Кучкин. Дания, Швейцария, Голландия, Норвегия. В Голландию, если поедете, увидите: там огромное количество ветряков стоит. Везде, где только можно.

По водороду: Германия, Англия, Франция, Штаты, Испания, Китай, Тайвань — все занимаются. Они там тоже этим занимаются, только в более структурированном виде, чем мы.

Знаете, что такое пирамида Маслоу? Вот мы на этой пирамидке не очень хорошо выглядим, в самом низу болтаемся пока. По большому счету в каменном веке. Поэтому нам эти технологии, с точки зрения общества, особо не нужны. Это можно стимулировать принятием каких-то законодательных решений, актов, или еще чего-нибудь. Но наверху вроде бы движение есть, а по мере опускания вниз где-то теряется. Видно, что энергия, которая сообщена этому процессу, не очень сильная. Пока это желание, пока эта мысль идет вниз, она теряет кинетическую энергию, как бы и потенциальную, и где-то там умирает.

Вопрос. Во многих странах альтернативная энергия развивается, почему в России этого нет?

Кучкин. Пирамида Маслоу, понимаете? Маслов уехал из России и стал Маслоу, написал хорошую работу. Зворыкин придумал телевизор, уехал из России, наладил выпуск телевизоров. Мы пока на нижней ступени развития стоим.

Я, например, не понимаю, почему наше государство не скажет: «Ребята, не надо в деревню тянуть газ и электричество — это долго, дорого. Давайте ветряки, солнечные элементы, электролизеры и водородные топливные элементы поставим, и все». А этот газ и металл сэкономленный будем продавать или делать из него что-то полезное. Не понимаю, почему это у нас не сделано. В Японии сделано — нормально вполне.

Вопрос. Биогаз?

Кучкин. Это тупик, поверьте мне! Во-первых, его нужно эффективно ферментами разлагать. У нас нет таких эффективных штаммов, таких бактерий-экстремофилов, которые в состоянии все это делать очень эффективно. Если это просто пустить на естественный самотек, то отходы остаются такие, что лучше вот эти отходы собирать, перерабатывать в компост, потом вываливать на поля.

Та же самая проблема с биотопливом. Вот все кричали-кричали: «Биотопливо, биодизель, биогазы». Довели состояние до того, что на 30% сократились посевы сельхозпродукции. Вот эти фермеры получали всякие дотации на выращивание сои, канолы, кукурузы и довели мир до состояния голода, взвинтив цены на продовольствие. Это является следствием вот этой политики по биогазам, как ни странно. Вот вам второй край альтернативной энергетики. Программу свернули и сказали: «Все ребята, никаких субсидий, никаких инвестиций от государства, идите вы к черту. Без вас проблем хватает, а вы еще тут проблемы на нашу голову за наши деньги нам же делаете». Вопрос: почему они сразу об этом не подумали? В принципе, люди везде одинаковые, они задней мыслью сильны, а передней как-то не очень иногда.

Вопрос. А ваш личный прогноз?

Кучкин. Все будет так, как оно должно быть. Даже если все будет иначе. Понимаете, человек, к сожалению, и человечество вообще очень непредсказуемы. Вы Айзека Азимова «Основание империи» читали? Вот там изложена такая гипотетическая ситуация, что дядька придумал математическую историю, закон о развитии человечества, и во всех критичных местах, когда должно было случиться что-то нехорошее, заложил закладки, какие-то специально там спроектировал. Закладки вылезали и выводили человечество из кризиса. И потом в конце концов вроде бы народ разобрался со всеми проблемами, расселился по Галактике, и все было хорошо. Это — фантастика.

Есть законы физики, есть законы химии, есть законы социологии, есть законы общества, есть законы философии, есть наблюдения в психологии, есть приемы социального конструирования. Но экономика, человеческое общество, это как броуновское движение. Мы можем сказать, что в среднем произойдет «это», когда — не можем.

Когда появились паровозы, люди говорили так, что этот черный дым от паровозов постепенно закроет от нас солнце, у нас станет темно и холодно. А люди, которые ездят на поездках со скоростью 40 миль в час, сойдут с ума.

На рубеже веков в Лондоне вполне серьезно говорили о том, что количество экипажей вырастет до такой степени, что лошадиный помет закроет все, практически до третьего этажа. Количество лошадей, действительно, увеличилось. В этом отношении прогноз сбылся. Только они были компактифицированны в виде двигателя внутреннего сгорания. По-другому, но заваливают нас отходами, но не до третьего этажа. Поэтому, да, в какой-то степени прогноз сбылся, лошадей стало больше, только они стали другие и железные. Поэтому невозможно спрогнозировать.

Вопрос. Какое производство электроэнергии самое дешевое?

Кучкин. Гидрогенерация. Геотермальная пока дороговата. На Камчатке — дешево. В Ирландии, Исландии, Дании, Японии — это тоже просто. У нас в Крыму тоже есть геотермальная энергетика. Прямо выходит туда наверх. В Штатах тоже есть. Но так, чтобы вот здесь, у нас, — не просто.

Есть другая проблема, что если вы вырабатываете электроэнергию сами, то вы должны присоединяться к федеральным сетям общего пользования, а за это с вас такие деньги просят. Во всем мире это либо бесплатно, либо еще тебе доплачивают за то, что ты производишь электричество и потом его кому-то перепродаешь. У нас — наоборот. Ты должен заплатить кому-то что-то и непонятно за что. И заплатят ли тебе потом за электричество — непонятно.

С производством кремния нет проблем никаких в мире. Вот с 27 по 29 февраля этого года в Токио была конференция по альтернативной энергетике, одновременно с этим проходили конференция PV EXPO. Я там ходил, с народом разговаривал, они говорят: «Ребята, никаких проблем нет». Вот «водородники» все говорят: «Что-то дорого пока, не очень хорошо». Некоторые говорят: «Вот это сделали дешево пока, но в целом не очень получается дешево». Там столько фабрик построили, столько мощностей. Может, для России это проблема, для всего остального мира это не проблема.

Они какие-то смешные цены называли: 2,5 доллара за панель. Получается, условно говоря, 13 центов за киловатт, если первые два года — недешево, так скажем. Но у них срок службы 15 лет. В течение 15 лет — халява. Единственное, что раз в полгода, а лучше раз в квартал, нужно мыть, чтобы на них пыль не скапливалась, и все.

Вопрос. По водороду что можно почитать?

Кучкин. Есть книжка Коровина «Топливные элементы». Есть такая библиотека, которая называется «Колхоз», если вам кто-нибудь даст к ней доступ, то получите.

Вопрос. Какова стоимость энергии?

Кучкин. Можно примерно прикинуть, что 300 кг, где-то 3,6 киловатта электрохимический генератор. Важно понимать, что есть топливный элемент, а есть электрохимический генератор. Топливный элемент — это часть электрохимического генератора. Поскольку там еще всякие трубки, фильтры, запорная арматура, регулирующая арматура, это, в общем, тоже все там железно выглядит, и из железа делают. 15 киловатт 300 кг весит, или 360. Реально все это можно компактифицировать. Сам топливный элемент дорогой, а задача сделать его очень маленьким, хорошим, компактным и легким — это не вопрос.

В автомобиле, кстати говоря, очень большая проблема: вы можете скорость регулировать ручкой, автомобилисты бьются — сделать руль людям, рычаг, чтобы им было привычно ездить, или просто поставить вот эту штучку, чтобы человек крутил ее, как громкость регулировки звука, и ездил. Психологически пока получается руль, это понятней, хотя в приемниках у нас вроде вот эта ручка, никто рулем не крутит ничего.

Знаете, однажды на одном совещании военные спросили ученых: «А можете сделать самолет невидимый, вы же там плазмой занимаетесь?» Те говорят: «Можно». Тогда генерал говорит: «А мы сейчас молодых студентов спросим, аспирантов, которые делают — Вы верите в это?» Те говорят: «Верим! Только за одним самолетом-невидимкой будут летать 10 самолетов с генераторами». Как-то военные не поддержали после этого проект.

Здесь примерно то же самое будет, понимаете? У вас будет, с одной стороны, топливный элемент такой легкий и вертолет, тяжелые баллоны с водородом. Но он летать будет не сильно далеко, я вас уверяю. И страшновато будет летать на нем. В свое время в Советском Союзе сделали Ту-104, который летал на жидком водороде. Нормально абсолютно, хороший самолет, только там полезного места практически не было. 7 членов экипажа, 10 механиков, и все. Это при том, что в него 154 человека влезает

Вопрос. А КПД топливных элементов?

Кучкин. КПД у топливных элементов — от 30 до 45% в среднем по электричеству, 80% по электричеству и теплу. Это примерно как средняя температура по больнице. У вас есть больные, которые перестали быть больными, лежат в морге при отрицательной температуре, есть люди, которые лежат с повышенной температурой, но в среднем — 36,6.

Вопрос. А суперконденсаторы?

Кучкин. Ну, суперконденсатор работает. Наши делают, продают, в том числе в Штаты. Ничего там такого, особо революционного, нет.

С кремнием очень большая проблема и кремний был бы идеальным материалом для литиевых аккумуляторов, литий-ионных, единственная проблема — деградация. Вот если стандартные материалы выдерживают до 1 000 циклов зарядки-разрядки, то кремний больше 100 не выдержит. И после 50 он начнет сильно деградировать по емкости. А стоимость при этом — это будет стоить примерно столько же.

Вопрос. А какие перспективы есть?

Кучкин. Все будет так, как оно должно быть, даже если все будет иначе. Но, тем не менее, все будет хорошо. Понимаете, нам нужна технология дешевая и массовая. Если у нас будет технология дешевая и массовая, все будет нормально. Что это будет, никто, строго говоря, не знает. Заранее, к сожалению, мы не можем дать ответа. Не понятно, получится до конца все доделать или не получится. Вообще, электрохимия — штука очень сложная. Вы сделали замечательный катод, мучились, сделали замечательный анод, когда стали делать катод и анод вместе, загрузили все это в топливный элемент, начали смотреть общую электрохимию, оказалось, что по отдельности это очень хорошо, а вместе как-то не дружат они. Начали оптимизировать. Сейчас вроде бы добираемся до той цели, куда хотели, но это все сложные процессы очень.

Вопрос. Как долго будут делать?

Кучкин. Не знаю. Литий — хорошая вещь. Но с ним у всех проблемы. Кто сможет решить эту проблему, тогда будет хорошо. Безусловно, у свинцово-кислотных свои плюсы, у литиевых — свои плюсы. То, что плюсы для свинцово-кислотных, минусы для литиевых, и наоборот. Вообще, Toyota Prius ездит, там ставят литиевые, и вроде пока нормально. Уже продается, можно купить, правда, пока дороговато, но это, потому что с литием не научились работать до конца. Поэтому аккумуляторы дорогие получаются. После того, как мы перейдем отметку в 200 тысяч машин, будем производить 10 миллионов, вот тогда цена будет другая. Все зависит от того, в каком режиме он ездит. Среднестатистическая машина по среднестатистической дороге ездит в среднем 300 км. 300 км — пробег без подзарядки. Правда, заряжается часов 5—6.