Виталий Петрунин: «Мы на пороге водородной эпохи»

Виталий Петрунин: «Мы на пороге водородной эпохи»

«Весь прошлый год мы прожили под знаменем 75-летия: 75 лет Победы, 75 лет Российскому атомному проекту, 75 лет ОКБМ.

В осмысление этого приходят соображения вот какого рода. Великий наш историк Василий Осипович Ключевский, 180 лет с рождения которого страна отмечала в конце января, в свое время подсчитал, что со времен Куликовской битвы до XX века Россия 366 лет прожила в войнах, на каждый год мирной жизни страны приходилось два военных года. Я не поленился и посчитал дальше, до середины ХХ века. На полвека пришлось прибавить еще 22 года: японскую, Первую мировую, Гражданскую, Великую Отечественную. Получается, что за 570 лет истории наша страна 388 лет провела в войнах.

И вот мы празднуем 75-летие мирной жизни после Победы и понимаем, что сломать этот механизм многовекового хода отечественной истории удалось только благодаря тому, что 75 лет назад был запущен и затем успешно реализован тот самый Первый атомный проект. Именно благодаря этому мы, страна и атомщики, в частности, имеем сейчас возможность заниматься гражданскими технологиями, к которым относится и водородная энергетика», – так начался наш разговор с Виталием Петруниным, доктором технических наук, профессором, первым заместителем генерального директора-генерального конструктора АО  «ОКБМ Африкантов», о развитии водородной энергетики и об участии в этом деле ОКБМ.

— Виталий Владимирович, в октябре 2020 года правительством РФ был утвержден «План развития водородной энергетики в Российской Федерации до 2024 года». Означает ли это, что от разговоров о перспективах водородной энергетики мы переходим к практическим шагам?

— К сожалению, набор критической массы, необходимой для перемен в таких масштабных делах, всегда происходит очень медленно. Ещё в советское время, в середине семидесятых годов, мы начинали активно заниматься водородной тематикой. Эти работы были остановлены в начале девяностых годов в силу целого ряда причин: произошел распад страны, случился глубокий экономический кризис начала девяностых годов, прекратилось финансирование промышленности и нашей отрасли. Но, на мой взгляд, основная причина не в этом. Она заключается в том, что востребованность водорода и шире – водородной энергетики – нарастает во всем мире очень медленно, и в конце прошлого века она не была столь значимой, чтобы масштабно двигать эти проекты.

По моим оценкам, году к тридцатому мы, я имею в виду и Россию, и мир в целом, выйдем на полномасштабную отработанную технологию водородной энергетики. И это будет не водородная энергетика только, но водородная экономика, а в перспективе – водородная цивилизация. Но здесь не может быть каких-то спонтанных, взрывных процессов, развитие должно идти эволюционным путем.

Во всем мире этот процесс наработки критической массы идет активно и вполне конкурентно. В нем участвуют Корея, Китай, Австралия, США. Страны ЕС создали Европейский альянс чистого водорода (The European Clean Hydrogen Alliance, ECHA) и приняли водородную стратегию для климатически нейтральной Европы, обнародованную летом прошлого года, в реализацию которой, в отработку всех технологий до 2030 года планируется вложить 145 миллиардов евро. Германия идет впереди всех европейских стран в этом процессе, но и Франция, и Нидерланды, и Португалия – все развитые страны очень активно занимаются водородной тематикой.

Подтягивается к этому и Россия, особенно в последний год у нас началась активная работа по планированию конкретных шагов и действий по развитию водородных технологий, водородной энергетики. К этому процессу правительство подключило различные институты, утвержден план мероприятий, о котором Вы упомянули. Но пока это только планы, в которых преимущественно речь идет о подготовке и проработке предложений по тем или иным аспектам этой проблемы. Но этот план, в частности, уже предусматривает создание до 2024 года опытного образца железнодорожного транспорта на водороде, реализацию пилотного проекта производства водорода с использованием российских атомных станций до конца 2023 года и многое другое, связанное с разработкой нормативно-правовой базы, с подготовкой кадров.

— В начале февраля правительство утвердило «Комплексную программу развития техники, технологий и научных исследований в области использования атомной энергии в РФ на период до 2024 года», в которой есть направление, связанное с производством водорода на базе высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов – ВТГР. Программу, насколько известно, готовил Росатом. Здесь также только планы? Или есть основа и для практических действий?

— Последние год–полтора, Росатом в целом и непосредственно ОКБМ обосновывали и планировали ключевые работы, определяли необходимые нам передовые технологии, требуемые средства для организации производства водорода с помощью высокотемпературных реакторов. Это непростой и достаточно продолжительный процесс: надо сформировать системы управления, определить, какие предприятия будут задействованы в реализации проекта, учесть, какие НИОКРы надо провести, и так далее. Надо очень обоснованно подойти к решению всех задач.

В конце февраля в Росатоме выпущен приказ о переходе к практическим действиям по научно-исследовательским и опытно-конструкторским работам по разработке технологических решений для создания атомной энерготехнологической станции с высокотемпературным газоохлаждаемым реактором и химико-технологической компонентой для производства водорода. ОКБМ в соответствии с этим инвестпроектом является головной организацией. Есть две ключевые позиции, за которые мы будем отчитываться перед правительством и президентом, две вехи: мы должны к 2024 году полностью разработать проектную документацию и пройти Главгосэкспертизу атомной станции с высокотемпературным реактором, это первая позиция; и вторая — к 2030 году построить первую опытно-промышленную станцию для производства водорода.

И это как раз то самое знаковое событие, которое знаменует переход в практическую плоскость.

Мы весь комплекс работ, которые нам предстоят по водородной тематике, спланировали, сейчас уже переходим к стадии заключения договоров. ОКБМ будет заниматься атомной станцией, высокотемпературным реактором и химико-технологической частью для получения водорода. На подряде у нас очень много институтов и предприятий, где мы будем формировать доказательную базу, обосновывать проект и НИОКРы. Это и ВНИПИЭТ, и Курчатовский институт, и НИИ атомных реакторов в Димитровграде, где мы будем испытывать топливо, проводить различные эксперименты по тем позициям, которые в свое время не довели до конца. Будем испытывать графит, который является основным конструкционным материалом активной зоны реактора. И научно-исследовательский институт НПО «Луч» в Подольске, где будем проводить различные эксперименты по обращению с отработанным ядерным топливом. Да и само топливо для ВТГР тоже предстоит создать заново.

— Известно, что ВТГР – ваше направление, ОКБМ занималось высокотемпературными реакторами еще в советское время и надо полагать, что в этой теме многие технологические решения вам известны.

— Менее пятидесяти лет назад, в середине семидесятых годов ОКБМ получило техническое задание на создание высокотемпературного газоохлаждаемого реактора. И этот проект был разработан. Во второй половине восьмидесятых годов было выпущено постановление Совета Министров СССР о том, чтобы построить в стране пять станций с высокотемпературными реакторами, эти станции называли тогда «атомными энергетическими комплексами на базе ВТГР». Это постановление вышло летом 1987 года, в разгар перестройки, в стране запускались новые процессы. Но проект, о чем мы говорили в самом начале, был свернут.

Да, годы после распада Советского Союза, когда мы не занимались этими вопросами, упущены. Но, благодаря мудрым руководителям, бюро удалось не утратить компетенции. Мы же работали совместно с американцами в самое лихолетье, с 1995 по 2014 годы. И это позволило сохранить костяк и конструкторов, и расчетчиков. Кроме того, у нас в ОКБМ с восьмидесятых годов сохранилось колоссальное количество стендов, некоторые законсервированы до сих пор. Сохранились все архивы той поры, все научно-исследовательские отчеты, результаты НИОКРовских работ.

И вот уникальный случай. Несколько лет назад пришел ко мне наш бывший сотрудник, в девяностых годах он работал здесь начальником лаборатории. Ушел, 20 лет занимался где-то в бизнесе. Он пришел с тем, что хотел бы защитить диссертацию: все эти годы ему не давало покоя то, что осталось у него в голове, в нереализованных разработках. Человеку уже за семьдесят, но в марте он будет защищать диссертацию. Он написал книгу по этой тематике, о тех самых технологиях, используемых в высокотемпературных газовых реакторах. Так что квалифицированные кадры, разработки, подготовленные нашими специалистами в последние годы, и архивы с отчетами – это наша мощнейшая база.

— Виталий Владимирович, давайте расскажем читателям о технологии получения водорода и о том, почему без атомных станций в этом процессе не обойтись.

— Технологии получения водорода давно известны. Это паровая конверсия метана, когда смесь метана и пара нагревается в присутствии катализаторов до температур 800-850˚С и выше, в результате химических реакций выделяется водород и СО2. Второй метод получения водорода, метод электролиза водяного пара при высоких температурах 800˚С. Этот метод сейчас во всем мире активно отрабатывается с тем, чтобы повысить КПД электролизных процессов и снизить стоимость водорода, по сравнению с обычным электролизом воды, в котором водород получается в 3-5 раз дороже, чем при паровой конверсии. Преимущество электролиза – отсутствие выброса парниковых газов, в то время как при получении водорода методом паровой конверсии до 40% метана приходится сжигать для нагрева парометановой смеси. Хорошо известно, что развитыми странами – потенциальными покупателями водорода – взят курс на декарбонизацию энергетики, что означает отсутствие углеродного следа в поставляемом водороде. И, несмотря на то, что при электролизе водород получается дороже, развитые страны идут этим путем, в частности, Германия, где дотируется производство водорода, при котором электроэнергию для электролизеров получают на ветряных станциях и солнечных элементах.

Нам также известна эта технология, на наших атомных станциях давно производится водород электролизом в небольших количествах для собственных целей, он нужен для охлаждения турбин атомных станций.

Есть и еще более перспективные технологии получения водорода, более уникальные. Когда я говорю о водородной цивилизации, я имею в виду, что в конечном итоге водород будет производиться из воды термохимическим разложением: если воду нагреть до температуры 2000 градусов, она разлагается на водород и кислород. Но это сейчас делается лишь в лабораторных условиях, потому что нет материалов под такие температуры, нет никакой нормативной базы и так далее. Когда будут в промышленных масштабах доведены до кондиции технологии получения различных высокотемпературных композитных материалов, тогда будем получать водород именно таким способом.

Атомные станции – один из наиболее доступных источников энергии и высокопотенциального тепла, необходимых для получения водорода. Более того, мы говорим и доказываем, что именно атомно-водородная энергетика на основе высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов позволяет получить обществу необходимую энергию с наименьшими затратами.

Сейчас мы можем на наших реакторах получить температуру только в 1000 градусов. Но для того, чтобы её создать, нужно реализовать целый комплекс работ по доведению до кондиции определенных сплавов. Нужно провести соответствующие обоснования и ресурсные испытания, то есть, пройти определенный путь, последовательно решая задачи. Это и есть реальные практические шаги по отработке технологий и построению водородной энергетики.

— А не отстанем мы здесь от мира? Китайцы уже построили свой высокотемпературный реактор.

— Я еще раз остановлюсь на этом моменте: в атомной энергетике неприемлемы революционные прыжки, надо идти эволюционным путем, продвигаясь вперед шаг за шагом. И именно об этом свидетельствует наш собственный опыт.

Что касается китайцев, которых многому научили немцы и мы, то они мудро идут именно таким эволюционным путем, продвигаясь вперед шаг за шагом. Они сначала построили маленький высокотемпературный экспериментальный реактор на 10 МВт в университете Синьхуа. А полтора года назад построили высокотемпературный реактор, два блока по 250 МВт на одну турбину. Сейчас они завершили и холодное, и горячее испытания и уже грузят топливо в активную зону. И хотя китайцы этого не афишируют, очевидно, что они строят станцию именно для получения водорода.

Но никакого глобального отставания у нас нет, несколько лет в атомной энергетике мало что значат. Тем более, что во всех вопросах, связанных с реакторными делами, я убежден, мы находимся на передовых рубежах.

А что касается промышленного производства водорода, то уже сейчас, чтобы продемонстрировать, что мы можем реализовать эту задачу, в инвестпроект, о котором я говорил вначале, мы заложили создание опытно-промышленного электролизного производства на Кольской атомной станции. Там блоки работают не на полную мощность, есть избыток электроэнергии. Будем получать водород электролизом. Пусть он на первом этапе обойдется подороже, но это позволит отработать технологию и в дальнейшем применять не немецкие или бельгийские электролизеры, которые пока превосходят наши по некоторым характеристикам, а российские. На этот проект уже заложен довольно большой объем средств. Отработав технологию, мы поставим электролизеры на других станциях, где тоже есть избыток производства электроэнергии. И будем получать водород – чистый продукт для экологически чистой энергетики.

— Задействовав незагруженные мощности АЭС, отработав технологию и построив электролизеры, вы можете упереться в нерешенность всей цепочки последующих задач, связанных с хранением, транспортировкой водорода и т.д. Ваши планы учитывают эти проблемы?

— Произвести водород – мало, его надо хранить и доставлять потребителю. Хранение и транспортировка – самые дорогостоящие составляющие. Технологии хранения известны давно, но они тоже не доведены до конца, как я считаю, в силу все той же недостаточности критической массы. И вот теперь этими проблемами начинают активно заниматься профильные институты, а развитые страны уже отрабатывают различные технологии. К примеру, можно подмешивать водород в метан, идущий по трубопроводам; австралийцы, немцы, итальянцы и французы уже провели определенную работу в этом направлении. Газпром в этом вопросе тоже сотрудничает с немцами. Так что это вполне перспективная технология транспортировки водорода. Но и здесь нужно обоснование и отработка технологии, так как водород воздействует на металл трубопроводов, вызывая так называемый «эффект охрупчивания», что приводит к сокращению ресурса работы трубопроводов.

Задача будет решаться именно системно. Если вы посмотрите программу развития водородной энергетики в Российской Федерации до 2024 года, то обнаружите там как раз такой комплексный подход к вопросу создания в стране экспортно ориентированной водородной энергетики.

По нашим расчетам одна атомная станция в четыре блока с высокотемпературными реакторами по 200 МВт может произвести 1 миллион тонн водорода в год. А его для развития России и для мировой экономики надо существенно, в сотни раз больше. При этом и экономисты, и технари считают, что самый дешевый способ масштабного производства водорода – с помощью атомных станций.

— Из этого следует, что нам придется строить десятки или даже сотни новых атомных станций, чтобы производить водород для экономики будущего?

— У нас нет выбора, весь мир идет по пути декарбонизации, то есть построения экономики с нулевыми выбросами углекислого газа, — именно такой видится водородная экономика. А мир – это ученые, государственные деятели, политики, озабоченные сохранением планеты. Понимаете, водород в качестве основного источника энергии – это совершенно другая экономика, другой мир. Известно, что только 10 % водорода, добавленного в метан, при его сжигании сокращают выбросы СО2 на порядок. А КПД водородных топливных элементов уже сегодня, когда мы, по сути, в самом начале разработки этих технологий, в разы выше, чем у наилучших современных двигателей внутреннего сгорания, которые совершенствуются уже целое столетие. Поэтому мир и говорит о будущем именно как о водородной цивилизации.

Движение в сторону этой цивилизации не остановить. Уже сейчас в ЕС рассматриваются различные варианты налога на товары и продукты, при производстве которых остается так называемый «углеродный след». И наоборот, вводятся преференции для «зеленых» продуктов. Вот это и есть проявление созревания той самой критической массы. Так что водородная энергетика – это веление времени. Если мы не пойдем по этому пути, мы попросту станем неконкурентоспособны. И в этой связи, сто станций придется нам построить для выработки необходимого стране водорода или двести – вопрос не главный. Главное, что мы можем это сделать.

Материал подготовлен для журнала «Атомный проект»


Возврат к списку

Важное