Техногенный водородный цикл как необходимое условие энергоэффективного хозяйственного механизма (взаимосвязь проблем и возможностей в области водородных технологий, воды и атомной энергетики в аспектах устойчивого развития человечества) Щепетина Т.Д. НИЦ Курчатовский институт, г. Москва

Интерес к Н 2 обусловлен - достигнутым технологическим прогрессом так и привнесенными: - экономическими обстоятельствами (высокой ценой на ископаемые энергетические ресурсы), - политическими аспектами формирования рынка энергоносителей. - прогнозируемыми изменениями климата в результате парникового эффекта

Существенной оздоровительной мерой было бы массовое переключение на источники энергии, не эмитирующие парниковые газы Такими возможностями являются: ВИЭ Энергосбережение Атомная энергетика Водородная энергетика «энергоэкологическая революция» - водородная энергетика / водородная экономика/водородная цивилизация

структура использования Н 2 Технологии в химии и нефтехимии % Синтез аммиака Гидрогенизация и гидроочистка Гидрокрекинг Синтез метанола Нефтехимический синтез Различные химические производства, металлургия, жидкий водород и др Топливо: Ракета-носитель «Энергия»

На ближайшую перспективу наиболее актуально использование водорода: В нефтеперерабатывающей промышленности как универсальный реагент для углубления процессов очистки продуктов от серы; для крекинга для переработки тяжелых фракций нефти до легких ее компонентов автотранспорт и топливные элементы для автономных потребителей (до 300 кВт)

Состояние и прогноз годового потребления водорода в мире, млн.т. Годы Потребление, т/год 11,513,650, Энергетический эквивалент, млн.т.н.э Необходимая энергия для производства,млн.т.н.э.: минимальная средняя Минимальная требуемая тепловая мощность АЭС с ВТР, ГВт при =0,8; *) *) - «это нереально, но это открывает в 21 веке для ЯЭ энергетическую нишу не меньшую, чем для производства электроэнергии»

Что такое водород – это вторичный энергоноситель (переносчик, аккумулятор энергии и химреагент) 1 м3 Н 2 - эквивалент 400 г.у.т. На 1 м3 водорода путем электролиза расходуется 5,5-6 квт.час электроэнергии (или г.у.т. ). Кроме энергозатрат – Сопряженные проблемы : институциональные, эффективное хранение, транспортировка, использование

Справка // Н2 от возобновляемых источников энергии «Чистое от чистого» : По расчетам объединения «Беллона», чтобы к 2010 все продаваемые в Европе автомобили могли работать на водороде, требуется установка приблизительно новых ветряков ежегодно, или введение дополнительных мощностей в солнечной энергетике около 200 ГВт в год, что в 2700 раз превышает существующие

Пенжинская ПЭС 87 ГВт

технологии получения Н 2 и сопутствующие факторы паровая конверсия метана: (1ст.) СН 4 + Н 2 О = СО +3Н 2 ; (2ст.) СО + Н 2 О(г) = СО 2 +Н 2 низкая стоимость - 1,0-1,5 долл/кг на сегодня США производят в год около 10 млн т Н 2, расходуя 5% полного потребления природного газа и испуская около 100 млн т СО 2 Но это не путь рачительного хозяина!!!

Основной источник Н 2 должен быть не из газа, а из воды - электролиз или прямое восстановление с привлечением высокотемпературных атомных реакторов (ВТР, ВТГР) //100%-ная термическая диссоциация (пиролиз) воды на водород и кислород Н 2 О Н 2 + ½ О 2 возможна при температурах оС (!!материалы?)//

Отсутствие материалов, способных выдерживать высокие температуры вынуждает идти по пути термохимического расщепления воды в присутствии катализаторов при температурах 600 – 1000 оС Возможные технологии: низкотемпературный электролиз высокотемпературный электролиз пара (t~ 800 оС ) термохимическое разложение воды (серно-йодный цикл t ~ 350 и 850 оС)

Если для производства Н2 нужна вода и энергия, (вода+тепло+Э/Э) Атомно-водородная энергетика Для производства примерно 10 млрд.т.н.э. водорода в год необходимо создать систему ЯЭ тепловой мощностью примерно 20 млрд.т.н.э. в год (примерно 30 тыс ГВт тепловых), что примерно в два раза превышает максимальные прогнозы (WEC) мощности ЯЭ на 2100 г.

Некоторые граничные условия Водородной Экономики Эпоха дешевых энергетических ресурсов заканчивается; предстоит сложный период адаптации ; Атомная энергетика, как квази- возобновляемая энерготехнология, наиболее готова оказать поддержку, помогая обществу увеличить временной интервал этого перехода : сама на себя возьмет часть производства э/э, позволит вовлечь в сферу эффективного хозяйствования запасы низкокачественных и труднодоступных ресурсов органического топлива

Водородная экономика требует гармонизации ТЭК ; Очевидна системная задача – сопряженная по водороду – воде – энергии - экологии Рационализация использования ресурсов )Экономика( Институциональные проблемы Необходимость Консолидации энерготехнологий – АЭ с традиционными

Основные проблемы водородной энэргетики / водородной экономики : технологии производства, хранения, транспортировки подготовленная вода (опреснение) все это требует энергозатрат /и имеет экологический резонанс/ +институциональные вопросы (инфраструктурные) Но еще есть и рост собственно энергопроизводства/потребления и проблема пресной воды как самостоятельная

вода В мире

ГЛОБАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ Санкт-Петербург, 16 июля 2006 г. Повышение прозрачности, предсказуемости и стабильности глобальных энергетических рынков Улучшение инвестиционного климата в энергетическом секторе Повышение энергоэффективности и энергосбережения Диверсификация видов энергии Обеспечение физической безопасности жизненно важной энергетической инфраструктуры Сокращение масштабов энергетической бедности Решение проблем изменения климата и устойчивого развития

«Водородная экономика» может стать системообразующим фактором для гармонизации ТЭКа : Решающим фактором является не прибыль с добычи и продажи ресурсов (история экономики показывает, что богатеют не те, кто добывает, а те, кто эффективно использует ресурсы) Рачительный хозяин – тот, кто использует ресурсы согласно их уникальным свойствам: уголь, газ, нефть – единственное сырье для оргсинтеза и транспорта, уран – только топливо При помощи АЭ Водород может стать синергетическим элементом/фактором в задаче гармонизации ТЭКа (сохранить газ, облагородить уголь и тяжелую нефть)

Комплексное использование различных энергоисточников

Роль АЭ в ТЭК АЭ может взять на себя производство более половины добавляемого тепла для обеспечения процессов газификации угля и получения Н 2 Энерготехнологический комплекс: АЭС+производства Н 2, пресной Н 2 О, моторных топлив = автономный нуклеополис Применение ядерной энергетики для интенсификации добычи, переработки, перекачки нефти и газа Вовлечение огромных запасов неконвенционных УВС (превращение сланцев и тяжелой нефти в моторное топливо с применением водорода)

Ядерная энергетика как новый тип квазивозобновляемой энерготехнологии Атомно-водородная энергетика – это конверсия энергии деления ядер тяжелых элементов во вторичные энергоносители, более привычные для использования (через Н 2 в ЖМТ) Практически неограниченная ресурсная база - АЭ это реакторы-размножители на быстрых нейтронах и замкнутый топливный цикл

24 Энергия и ресурсы «В мировом масштабе выживет та страна, которая в точности будет знать свои ресурсы, сумеет направить на их использование народные духовные силы» - В.И.Вернадский

Заключение Дальнейшее развитие экономики невозможно без всемерного развития науки об обществе и природе и их взаимодействии, опережающего «физическое» развитие общества. Человек не может процветать в условиях деградации природы и поэтому не следует развивать энергетику в ущерб продуктивности биосферы. Когда идет спор о том, какая энергетика эффективней и безопасней (органическая, возобновляемая, ядерная, включая термоядерную), мы говорим только о минимизации ущерба - у нас нет способов безопасного и экологически приемлемого использования энергии без нанесения ущерба природе. Опережающее развитие науки является необходимым условием повышения эффективности использования энергии. Главным вопросом энергетической политики становится задача перекачки «капиталов» из нефтегазового сектора в альтернативные, в перспективе в ядерно-водородную технологию.

Благодарю за внимание!