Водород в автомобиле

Водород в автомобиле
[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]
03.04.2004 12:29

Водород в автомобиле. Часть первая: раскол среди революционеров
Тезис "водород — топливо будущего" звучит всё чаще. Большинство крупных автопроизводителей проводит опыты с топливными элементами. Такие экспериментальные автомобили в большом количестве мелькают на выставках. Но есть две компании, которые исповедуют иной подход к переводу машин на водородное питание.

Водородное будущее" автотранспорта эксперты связывают, прежде всего, с топливными элементами. Их притягательность признают все.

Никаких движущихся частей, никаких взрывов. Водород и кислород тихо-мирно соединяются в "ящике с мембраной" (так упрощённо можно представить топливный элемент) и дают водяной пар плюс электричество.

Ford, General Motors, Toyota, Nissan и многие другие компании наперебой щеголяют "топливоэлементными" концепткарами и собираются вот-вот "завалить" всех водородными модификациями некоторых из своих обычных моделей.

Водородные заправки уже появились в нескольких местах в Германии, Японии, США. В Калифорнии строят первые станции по электролизу воды, использующие ток, выработанный солнечными батареями. Аналогичные эксперименты проводят по всему миру.

Считается, что лишь водород, выработанный экологически чистым способом (ветер, солнце, вода) действительно обеспечит нам чистую планету. Тем более, что, по подсчётам экспертов, "серийный" водород будет не дороже бензина.

Особенно привлекательным тут выглядит разложение воды при высокой температуре в присутствии катализатора.

О сомнительной экологической чистоте производства солнечных батарей; или проблеме утилизации аккумуляторов автомашин на топливных элементах (фактически — гибридов, так как это электромобили с водородной электростанцией на борту) — инженеры предпочитают говорить во вторую-третью очередь.

Между тем, есть ещё один путь внедрения водорода на автотранспорте — сжигание его в ДВС. Такой подход исповедуют BMW и Mazda. Японские и немецкие инженеры видят в этом свои преимущества.

Прибавку в весе машины даёт лишь водородная топливная система, в то время, как в авто на топливных элементах прирост (топливные элементы, топливная система, электромоторы, преобразователи тока, мощные аккумуляторы) — существенно превышает "экономию" от удаления ДВС и его механической трансмиссии.

Потеря в полезном пространстве также меньше у машины с водородным ДВС (хотя водородный бак и в том, и другом случае съедает часть багажника).

Эту потерю можно было бы вообще свести к нулю, если сделать автомобиль (с ДВС), потребляющий только водород. Но тут-то и проявляется главный козырь японских и германских "раскольников".

BMW и Mazda предлагают сохранить в автомобиле возможность ездить на бензине (по аналогии с распространёнными ныне двухтопливными машинами "бензин/газ").

Такой подход, по замыслу автостроителей, облегчит постепенный переход автотранспорта только на водородное питание.

Ведь клиент сможет с чистой совестью купить подобную машину уже тогда, когда в регионе, где он живёт, появится хоть одна водородная заправка. И ему не придётся опасаться застрять поодаль от неё с пустым водородным баком.

Меж тем, серийный выпуск и массовые продажи машин на топливных элементах долгое время будут сильно сдерживаться малым числом таких заправочных станций. Да, и стоимость топливных элементов пока велика.

Кроме того, перевод на водород обычных ДВС (при соответствующих настройках) не только делает их чистыми, но и повышает термический КПД и улучшает гибкость работы.

Дело в том, что водород обладает намного более широким, по сравнению с бензином, диапазоном пропорций смешивания его с воздухом, при которых ещё возможен поджиг смеси.

И сгорает водород полнее, даже вблизи стенок цилиндра, где в бензиновых двигателях обычно остаётся несгоревшая рабочая смесь.

Итак, решено — "скармливаем" водород двигателю внутреннего сгорания. Физические свойства водорода существенно отличаются от таковых у бензина. Над системами питания немцам и японцам пришлось поломать голову. Но результат того стоил.

Показанные BMW и Mazda водородные автомобили сочетают привычную для владельцев обычных авто высокую динамику с нулевым выхлопом.

А главное — они куда лучше приспособлены к массовому производству, чем "ультраинновационные" машины на топливных элементах.

Водород в автомобиле. Часть вторая: чистая энергия заряжает ДВС

BMW и Mazda сделали ход конём, предложив постепенный перевод автотранспорта на водород. Если построить машины, способные питаться и водородом, и бензином, говорят японские и немецкие инженеры, то водородная революция получится "бархатной". А значит — более реальной.

Автостроители двух известных фирм преодолели все трудности, связанные с такой гибридизацией.

Как и для авто на топливных элементах, которым предрекают скорый рассвет, создателям машин с водородным ДВС нужно было сперва решить, каким способом хранить водород в автомобиле.

Самый перспективный вариант — металл-гидриды — ёмкости со специальными сплавами, которые впитывают водород в свою кристаллическую решётку и отдают его при нагревании.

Так достигается самая высокая безопасность хранения и самая высокая плотность упаковки топлива. Но это и самый хлопотный, и дальний по срокам массовой реализации вариант.

Ближе к серийному производству топливные системы с баками, в которых водород хранится в газообразном виде под высоким давлением (300-350 атмосфер), либо в жидком виде, при сравнительно невысоком давлении, но низкой (253 градуса Цельсия ниже нуля) температуре.

Соответственно, в первом случае нам нужен баллон, рассчитанный на высокое давление, а во втором — мощнейшая теплоизоляция.

Первый вариант более опасен, но зато в таком баке водород может сохраняться долго. Во втором случае безопасность куда выше, но на неделю-другую водородный автомобиль на стоянку не поставишь.

Точнее, поставишь, но водород хоть медленно, но будет нагреваться. Давление вырастет, и предохранительный клапан начнёт стравливать дорогое топливо в атмосферу.

Mazda выбрала вариант с баком высокого давления, BMW — с жидким водородом.

Немцы понимают все недостатки своей схемы, но сейчас BMW уже экспериментирует с необычной системой хранения, которую будет ставить на следующие свои водородные машины.

Пока автомобиль эксплуатируется, из окружающей атмосферы вырабатывается жидкий воздух и закачивается в промежуток между стенками водородного бака и внешней теплоизоляцией.

В таком баке водород почти не нагревается, пока испаряется жидкий воздух во внешней "рубашке". С таким устройством, говорят в BMW, водород в бездействующей машине может сохраняться почти без потерь примерно 12 дней.
Следующий важный вопрос — способ подачи топлива в двигатель. Но здесь сначала нужно перейти, собственно, к автомобилям.

BMW уже несколько лет эксплуатирует целый флот из опытных водородных "семёрок". Да, баварцы перевели на водород именно флагманскую модель.

Заметим, первый автомобиль на водороде BMW построила в 1979 году, но лишь в последние несколько лет фирма буквально взорвалась новыми водородными авто.

В рамках программы CleanEnergy в 1999-2001 годах BMW построила несколько двухтопливных (бензин/водород) "семёрок".

Их 4,4-литровые V-образные 8-цилиндровые двигатели развивают на водороде 184 лошадиные силы. На этом топливе (ёмкость в последней версии авто составляет 170 литров) лимузины могут пройти 300 километров, и ещё 650 километров — на бензине (в машине оставлен стандартный бак).

Также компания создала 12-цилиндровый двухтопливный двигатель, а ещё оснастила 4-цилиндровым 1,6-литровым водородным движком экспериментальный MINI Cooper.

Сначала компания развивала впрыск газообразного водорода во впускные трубы (перед клапанами). Потом экспериментировала с непосредственным впрыском газообразного водорода (под большим давлением) непосредственно в цилиндр.

А позже объявила, что, по всей видимости, впрыск жидкого водорода в область перед впускными клапанами, — самый многообещающий вариант. Но окончательный выбор не сделан и изыскания в этой области будут продолжены.
У Mazda своя гордость: она приспособила под водород свои знаменитые роторные двигатели Ванкеля.

Впервые такую машину японская компания построила в 1991 году, но это был чистый концепткар от бампера до бампера.

А вот в январе 2004 года разорвалась бомба. Японцы показали водородный (а точнее — двухтопливный) вариант своего знаменитого спорткара RX-8.

Его роторный мотор с собственным, кстати, именем RENESIS, завоевал титул "двигатель 2003 года", впервые в истории обставив на этом международном конкурсе классических поршневых соперников.

И вот теперь RENESIS научили "есть" водород, сохранив и бензиновое питание. При этом японцы подчёркивают преимущество двигателя Ванкеля при такой конверсии.

Перед впускными окнами в корпусе роторного мотора — масса свободного места, где в отличие от тесной головки цилиндра поршневого ДВС легко разместить форсунки. Их две на каждую из двух секций RENESIS.

В двигателе Ванкеля полости всасывания, сжатия, рабочего хода и выхлопа разделены (в то время как в обычном моторе — это один и тот же цилиндр).

Потому здесь не может произойти случайного преждевременного воспламенения водорода от "встречного огня", да и форсунки для впрыска работают всегда в благоприятной (в смысле долговечности), холодной зоне мотора.

На водороде японский Ванкель развивает 110 лошадиных сил — почти вдвое меньше, чем на бензине.

Вообще-то, в расчёте на вес водород энергетически более "содержательное" топливо, чем бензин. Но таковы настройки топливных систем, выбранные инженерами Mazda.

Итак, BMW и Mazda нанесли двойной удар по стану сторонников топливных элементов.

Хотя стоимость последних постоянно снижается, а технологии совершенствуются, не исключено, что именно серийные ДВС на водороде откроют новую эру на дорогах планеты.

Вот прогноз баварцев.

В последующие три года водородные заправки (хоть по одной) построят во всех западноевропейских столицах, а также на самых крупных трансъевропейских магистралях.

До 2010 года первые двухтопливные авто появятся в магазинах. В 2015-м на дорогах их будет уже несколько тысяч. В 2025 году четверть мирового автопарка будет питаться водородом.

Какую пропорцию среди водородных машин составят машины с ДВС и авто на топливных элементах — деликатные немцы уточнять не стали.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Вода в бензобаке и другие добавки


Опубликовано в серии "Техника" издательства "Знание", №2, 1983 г.
К.Чириков, фрагмент (начиная со с.40)

Автор уверен - такой заголовок заставит учащенно биться сердце каждого автолюбителя. Правда, точнее было бы сказать "вода в двигателе", ибо речь пойдет в основном о нем.

Точно установлено, что вода позволяет: увеличить детонационную стойкость низкооктановых моторных топлив; экономить топливо; снизить концентрацию особо токсичных составляющих в выхлопных газах; повысить надежность и долговечность двигателя при работе на низкооктановых бензинах.

Все это объясняется тем, что вода снижает температуру горения и скорость горения топливовоздушной смеси; ускоряет превращение вредной окиси углерода в нейтральную двуокись; уменьшает содержание в выхлопных газах окислов азота; тормозит развитие цепных реакций предпламенного окисления углеводородов, повышает коэффициент наполнения цилиндра и др.

Стоит сразу сказать энтузиастам: почти все перечисленное выше можно было прочитать в книгах по двигателям, выпущенным в 20-30-х годах. Уже на заре автомобилизма было замечено, что в сырую погоду двигатели работают как будто лучше. Исследования феномена не замедлили себя ждать. В двигатели различными способами стали, наряду с бензином и дизтопливом, подавать воду. И хотя результаты, впрочем, как и сейчас, иногда были противоречивы, положительное влияние добавок воды в целом было установлено. В нашей стране в 30-х годах воду добавляли в топливо тракторных двигателей, а во время войны - авиационных. Известный афоризм "Новое - это лишь хорошо забытое старое", как видите, вновь подтверждается.

Как подавать воду в двигатель? Есть три пути:
в виде жидкости непосредственно в цилиндр или карбюратор;
в карбюратор или впускной коллектор в виде паровоздушной смеси отдельно от бензина;
совместно с бензином в виде водотопливной эмульсии в карбюратор.

Впрыск жидкости в цилиндр реализовать, очевидно, непросто, хотя первые эксперименты в 20-х годах с водой проделали именно со впрыском в зону выпускного клапана. Вода, кроме всего, непосредственно охлаждала клапан, что, при известных в то время недостаточно термостойких материалах, было немаловажно. Подача в зону впускного коллектора реализуется достаточно просто в различных вариантах. Один из них предполагает предварительное испарение воды теплом выхлопных газов и ввод водяного пара как можно ближе (для уменьшения возможности конденсации) к цилиндрам. Согласно второму воздух под влиянием разряжения "пробулькивают" через воду в бачке, и уже увлажненный воздух подают под карбюратор. Самый простой способ предполагает непосредственный ввод воды в карбюратор в зону наибольшего разряжения (в диффузор) через дозирующее устройство (иглу шприца). В этом случае вода распыляется подобно бензину.

Водотопливные эмульсии заливают в бак. Технология их приготовления достаточно сложна.

Сколько воды подавать? Считается, что оптимум лежит где-то около 10%. При дальнейшем увеличении концентрации воды мощность двигателя начинает падать. Однако, по оценкам, для увеличения октанового числа бензина на 10 единиц нужна водотопливпап смесь, содержащая 30-50% воды; воды требуется многовато. Какой же выигрыш можно получить реально? Представление об этом дает нижеследующая таблица, в которой приведенные данные получены на водотопливной эмульсии. Данных применительно к чистой воде пока нет. В таблице дано октановое число бензоводяной эмульсии (по моторному методу) при различном содержании воды.Марка бензина Содержание воды, %
0 5 10 20

А-66
66
66,5
67,5
72

А-72
72
72,5
74
76

А-76
76
77
78
81

АИ-93
85
85,5
86
88


Как видите, 20%-ная добавка переводит низкосортные бензины в вышестоящую категорию. А вот с бензином А-76 хуже. Нормального топлива для машин, потребляющих АИ-93 при 20%-ном содержании воды, не получается. Надо бы повысить концентрацию води еще на 10-20%. Но... В этой области уже начнутся неприятности. Какие? Двигатель станет плохо заводиться, ухудшится устойчивость его работы на переходных режимах. Упадет мощность.

Вместе с тем автолюбители наверняка вспомнят рассказы энтузиастов, уже долгое время эксплуатирующих, например, "Жигули" на бензине А-76 с 10%-ной добавкой воды. Обычно утверждают, что никакого снижения динамических качеств автомобиля не замечается, что никаких отклонений двигателя от нормы нет.

Это субъективные ощущения. Точно также можно услышать уверения, что автомобиль прекрасно работает на бензине А-76 без всяких добавок и изменений. Работать-то он работает. Но вот из строя выйдет гораздо раньше. Просто владелец не слышит, не хочет слышать или просто не умеет слышать характерных детонационных звуков.

Дело еще вот в чем. Для бездетонационной работы двигателя на каждом режиме требуется бензин с различным октановым числом, увеличивающимся по мере роста частоты вращения коленчатого вала. Рекомендуемая марка бензина гарантирует нормальную работу на любых режимах. Если никогда не переходить на высокие обороты, автомобиль можно практически безболезненно эксплуатировать и на низкооктановом бензине. Каждый двигатель в части требований к бензину обладает индивидуальным характером. Так что универсальных рекомендаций тут быть не может. Да и результатов испытаний такого рода недостаточно. В качестве примера можно привести зависимость требуемого октанового числа бензина от скорости движения для западногерманского автомобиля "Фольксваген-Сирокко" с двигателем объемом 1500 см3, степенью сжатия - 12, мощностью 85 л. с. При скорости до 90 км/ч автомобилю требуется бензин с октановым числом 86-87, повышение скорости до 120 км/ч требует увеличения октанового числа до 90 и только при скорости 150-170 км/ч необходим бензин с октановым числом 92 -93.

Спору нет. С водой будет получше. Но насколько? Никаких особых криминалов в переводе "Жигулей" на водобензиновую смесь нет. Однако надо оговориться, что сравнения по токсичности выхлопных газов при работе на 10-20% водобензиновой смеси и чистом бензине АИ-93 тоже нет. К тому же "чистота" выхлопа зависит от многих причин. Поэтому отсутствие претензии со стороны ГАИ при проверке состава выхлопных газов вашего автомобиля гарантировать никто пока не сможет.

Важно уточнить еще один момент. Воду желательно применять дистиллированную. При добавке 2 л обычной воды на 10 л бензина в двигатель попадет в 3-4 раза больше солей, чем содержится антидетонационной присадки в бензине. Очевидно, процессы, аналогичные нагарообразованию, усилятся. Результат ясен. Для примера можно указать, что эксперимент с работой автобусов па водотопливной эмульсии, проводившийся не так давно в Подмосковье, пришлось прервать из-за закоксовывания колец двигателей после пробега не более 10 тыс. км. Воды в смеси было 10%, эмульгатора - около 1%.

Это одновременно ответ на вопрос, почему эмульсии пока не распространены. Уже 0,5% известных эмульгаторов заметно ускоряют нагарообразование. А для образования устойчивых эмульсий их нужно около 1%. Однако эмульсии вскоре все же получат широкое распространение. Идут интенсивные поиски новых эмульгаторов, способов приготовления эмульсий, всевозможных экологически чистых антидетонаторов.

Добавка воды в целом положительно влияет на работу двигателей. Не реализовать заманчивые возможности двигателисты и химики себе не позволят. Дело лишь за новыми разработками.

Приемлемый по стойкости эмульсии и содержанию эмульсатора метод смешивания бензина с водой разработан в Японии. Интенсивное перемешивание воды, неионного поверхностно-активного вещества с гидрофильно-олеофильным отношением 4,3 (по объему около 0,01%) и бензина обеспечивает поддержание эмульгированного состояния в течение часа. При этом воды может быть до 30%. Теплотворная способность смеси составляет 10232 ккал/кг, а исходный бензин имеет 10933 ккал/кг. Так что разница не велика. Смешивание может осуществляться в баке автомобиля или непосредственно перед впрыском топлива в камеру сгорания. Для этого на топливном трубопроводе нужно разместить смеситель. Испытания смеси выявили значительное снижение содержания окиси углерода и окислов азота. Указывалось даже на 10%-ное увеличение мощности двигателя. Проводятся эксперименты с эмульсиями и двигателями с целью увеличения содержания воды до 40-50%. В случае успеха эффект может быть очень существенный.

Ведь даже снижение октанового числа вырабатываемых бензинов на 4-7 единиц, компенсируемое добавкой воды, позволяет увеличить выход бензинов на 10-15%, Каждому ясно, что высокооктановых бензинов из одного и того же количества нефти получится меньше, чем низкооктановых.

Следует сразу оговориться, что под высокооктановыми здесь понимаются неэтилированные бензины. Этилирование свинцовыми соединениями дает тот же эффект, но... экологически нежелательно. Нужны новые, безвредные антидетонаторы.

Несколько лет назад среди автолюбителей распространился слух, что "щепотка нафталина на бак" позволяет использовать 76-й вместо 93-го, что-де есть даже американский патент на эту тему. Есть и любители, испытавшие присадку нафталина, утверждающие, что слух правильный.

Вольному, как говорится, воля. Однако ни нового, ни верного здесь нет. Нафталин как топливо известен давно. Уже в 20-х годах испытаны смеси из 15% по весу нафталина (отнюдь не щепотка!) и 85% бензола. Бензол тогда считался одним из лучших топлив. Но был дорог, а нафталин - гораздо дешевле. Была отмечена удовлетворительная работа моторов и даже некоторое снижение расхода топлива. В те же годы в Германии были широко (!) распространены смеси, включавшие до 25% тетрагидронафталина (тетралина). Заметьте - широко! Только вот, к сожалению, нафталин вовсе не является антидетонатором. Единственная его заслуга в том, что он несколько способствует удалению нагара из камер сгорания, правда, одновременно увеличивая содержание канцерогенных веществ в выхлопных газах.

Более того, его разновидность присутствует во многих этилированных тетраэтилсвинцом бензинах. "Этиловая жидкость" помимо тетраэтилсвинца включает так называемые "выносители" (удаляющие окись свинца из двигателя) и твердую смазку штоков клапанов, которой и является монохлорнафталин.

Сам по себе нафталин характеризуется октановым числом на уровне лучших бензинов. Поэтому эффект может быть только при его введении в значительных количествах. Но теперь он гораздо дороже бензина, а, стало быть, это просто невыгодно и, кроме того, "ухудшает" состав выхлопных газов. Так что добавлять его в бензин практически бессмысленно.

Можно назвать еще ряд топлив, аналогичных по свойствам нафталину. Это пикриновые кислоты, тринитробензол, родственные им соединения. К высокооктановым присадкам относится и всем известный анилин, повышающий (при 10%-ной добавке) октановое число бензина с 78 до 89. Однако из-за высокой температуры кипения более 5% его обычно не добавляют.

Для повышения октанового числа бензина на 10 единиц можно добавить к нему 60% бензола, 30% этилового спирта, 8-9% анилина или 0,1% тетраэтилсвинца. Поэтому последний, несмотря на ядовитость и осаждение на деталях моторов, пока остается основным антидетонатором. Известны и другие соединения, даюшие чуть меньший эффект. Это, например, пентакарбонилжелезо, диэтилтеллур (расположены в порядке убывания эффективности). Однако все они экологически отнюдь не безвредны. Нужны, повторяем, вещества не усугубляющие и без того неприятный "выдох" моторов. О некоторых находках на этом пути стоит рассказать.

Высокую эффективность и приемлемую экологическую чистоту обнаружили водорастворимые антидетонаторы - фенолы. Самые активные из них: пирокатехин, пирогаллол, гидрохинон. Эти названия знакомы фотографам. Для усиления их действия к ним, как и в фотографии, добавляют едкие щелочи. Добавка в топливо 3% пирокатехина повышает октановое число бензина на 9 единиц, а 0,2% пирокатехинового фенолята калия - на 11 единиц. (Подробнее об этом можно прочитать в журнале "Химия и жизнь", № 5, 1981.)

Следует отметить, что подобный эффект, правда, в меньшей степени обеспечивает подача в двигатель водо-спиртовых смесей. Об добавлении к бензину метанола или этанола выше уже рассказывалось. Почти ничто не запрешает смешивать (растворять) их с водой. Почти, так как стойкость некоторых конструкционных материалов, в основном прокладок, может оказаться недостаточной, а смеси бензол - метанол - вода склонны к расслоению. Правда, при подаче такой смеси "под карбюратор" неприятности вряд ли возникнут. Ведь, по сути дела, водоэтанольные смеси представляют coбой водку. Каждому ясно, что от водки двигатель во всяком случае не пострадает.

Применение фенолов в качестве антидетонаторов, особенно одновременно с добавками в топливо воды, заманчиво. Однако количества фенолов ограничены, а производство сложно и дорого. Так что ожидать их распространения не приходится.

Гораздо лучшие перспективы у относительно новой присадки к топливам - метилтретбутилового эфира. Добавка его в объеме 5-7% эффективно повышает октановое число неэтилированных бензинов. Производство в требуемых объемах может быть организовано из бутана. Бутан в больших количествах получают при добыче нефти (в виде попутного газа) и переработке ее, а также выделяют из природного газа. На нефтеперерабатывающих заводах производство тонны метилтретбутилового эфира (МТБЭ) позволяет дополнительно получить две тонны так называемого прямогонного бензина. По свойствам МТБЭ близок к бензину, так что обращение с ним сложностей не вызывает. Он не ядовит, не образует вредных веществ после сгорания. Поэтому и за рубежом и в нашей стране автомобилисты с этим сложным названием будут встречаться все чаще....

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]


Водород - как перспективное моторное топливо


C 2001 года в промышленно развитых странах анонсированы и приняты крупные государственные программы НИОКР в области водородной энергетики. Они рассчитаны на период до 2020 г. и нацелены на уменьшение зависимости развитых стран от импорта энергоресурсов, решение комплекса экологических проблем, развитие новых технологий по использованию возобновляемых энергоресурсов. В перспективе это приведет к существенным изменениям топливно-энергетического баланса и формированию нового крупного международного рынка водородных технологий и энергоносителей, что будет иметь значительные социально-экономические и политические последствия для всего мира.

Основным направлением внедрения водородной энергетики является автотранспорт, в связи с обострением проблемы устойчивого обеспечения моторным топливом. Причин обострения проблемы несколько. Первая из них – истощение запасов нефти. По прогнозам комиссии ЮНЕСКО уже в первой четверти наступившего столетия в значительной мере будут исчерпаны разведанные запасы нефти. По данным Энергетической комиссии США за последние 20 лет в мире не было открыто ни одно новое крупное месторождения нефти. При этом, необходимо помнить, что в странах ОПЕК, из-за стремления увеличения квот на добычу нефти, примерно на треть завышены объемы ранее разведанных месторождений нефти.

В настоящее время каждую секунду во всем мире добывается и потребляется (химической промышленностью, автомобилями и т.д.) примерно 127 т нефти. По расчетам ОПЕК, при существующим уровни добычи нефть в Великобритании закончится в ближайшие 3-4 года, в Норвегии – во втором десятилетии, в США – в первом десятилетии. Истощение российской нефти прогнозируется на 20-е гг. Нефтяных запасов Ирана, Саудовской Аравии, Венесуэлы хватит только до 50 гг. нашего столетия.

Второй причиной обострения проблемы является увеличение количества автотранспортных средств. В настоящее время эксплуатируется около 700 млн . автомобилей, которые потребляют более 60% всей добываемой нефти. Учитывая, что сейчас в мире за каждые две секунды с конвейера сходит новый автомобиль, к 2015 году количество автомобилей в мире вплотную приблизится к отметке в один миллиард единиц. И всем этим машинам потребуется бензин или дизельное топливо. По прогнозам специалистов, для удовлетворения всех нужд потребление нефти должно возрасти до 190 т в секунду. В то же время мировая нефтяная промышленность уже сегодня не в состоянии увеличить объем добычи нефти для компенсации стремительного прироста автомобильного транспорта, что приводит к увеличению ее дефицита. График с уровнем автомобилизации представлен на рис. 1



В настоящее время в мире не хватает около 4 млн. баррелей нефти в день, что привело к беспрецедентному росту цен на нефть. Уже сейчас баррель нефти стоит более 60 долл. США. К 2025 г. дефицит нефти прогнозируется до 20 млн. баррелей в день, что очевидно приведет к непредсказуемому росту цен. К середине 30-х годов традиционные нефтяные топлива станут безумно дорогими, а к 2050 году полностью исчезнут. График роста дефицита нефти в мире представлен на рис. 2.

Аналогичные тенденции характерны и для нашей страны. Так, в России продолжается рост цен на нефтяные виды моторного топлива. В 2002 году цены на бензин выросли на 32%, на дизельное топливо – на 15%, в 2003 году, соответственно, на 36% и 16%. В результате к началу 2005 года уровень цен на бензин в России в плотную приблизился ценам в США и других развитых стран. Очевидно, что и в дальнейшем тенденция роста цен на нефтепродукты будет сохраняться.



Рис. 2. Рост дефицита нефти по миру в целом

Необходимо отметить, что транспортный сектор Европы, Японии и США на 90% зависит от нефти. Поэтому в связи с увеличением энергопотребления и истощением разведанных запасов нефти, в первую очередь, у развитых стран мира остается только один выход – срочно диверсифицировать свои топливно-энергетические балансы в сторону максимально возможного замещения в транспортном секторе нефтепродуктов другими видами энергоносителей.

Наиболее реальные альтернативные варианты - сжиженный природный газ (СПГ) или жидкий водород (ЖВ). Они экологичнее, а СПГ еще и дешевле. Сейчас качественный бензин в России стоит минимум 21 тыс. руб. за тонну, а СПГ – 8,5 тыс. руб. И этот разрыв будет расти. Учитывая, что запасы природного газа иссякнут на Земле к середине 70-х годов нашего столетия, водород смело можно рассматривается в качестве одного из наиболее перспективных вариантов моторного топлива XXI века.

Его ресурсы - огромны, а так как в процессе сгорания водорода образуется водяной пар, то можно сказать, что он является самым экологически чистым видом моторного топлива. Единственное токсичное вещество - окислы азота, содержащиеся в выхлопе водородного двигателя в совершенно незначительных количествах по сравнению с бензиновыми моторами и уж тем более - с дизелями, легко обезвреживаются в каталитических нейтрализаторах.
Прекрасно понимая перспективность в будущем водородного топлива, правительства США, Европейского Союза, Японии и других стран уже сейчас тратят миллиарды долларов на научные исследования и опытно-конструкторские работы, стремясь как можно скорее разработать промышленные технологии и внедрить их на рынке.
Водородное топливо для автотранспорта: газ сжатый или газ сжиженный?

Одним из серьезных вопросов в применении водорода в качестве моторного топлива является выбор способа его хранения на борту автотранспортного средства. Водород — самый легкий среди химических элементов, поэтому в заданном объеме его помещается значительно меньше, чем других видов топлива.

Так, при комнатной температуре и нормальном атмосферном давлении водород занимает примерно в 3 тыс. раз больший объем, чем бензин с равным количеством энергии. Поэтому для того, чтобы заправить машину достаточным количеством топлива, необходимо либо нагнетать водород под высоким давлением, либо использовать его в виде криогенной жидкости, либо же оборудовать автомобили сложнейшими топливными системами.

Обеспечение автозаправочных станций сжатым водородом и заполнение баллонов, находящихся в автомобиле, технически больших проблем не представляет. Современные материалы гарантируют высокую надёжность таких сосудов. Однако увеличивается вес автомобиля и уменьшается полезное пространство, т.к. баллон с одним кг сжатого при 70 МПа водорода занимает в 7,5 раз больше места, чем энергетически эквивалентное количество бензина.

В сжиженном виде водород занимает значительно меньше места, хотя для этого его необходимо охладить всего до двух десятков градусов выше абсолютного нуля. Однако, развитие криогенных технологий и успехи, достигнутые в сфере использования сверхнизких температур, уже сегодня позволяют без особого ущерба полезному пространству автомобиля хранить на его борту запас жидкого водорода, достаточный для пробега 500 км и более.

Достоинством данной системы хранения является наименьшая масса и высокая объемная концентрация водорода; жидкий водород эквивалентен газообразному, сжатому до 170 МПа. Поэтому если к системе хранения водорода предъявляются ограничения по массе и по объему, что характерно для транспортных средств, то преимущество имеет криогенная система хранения.

Жидкий водород, производство которого растет в мире ежегодно на 5%, является важным элементом инфраструктуры снабжения потребителей водородом. В США производственные мощности позволяют в год получать до 120 тысяч тонн жидкого водорода, из которых 15% расходуется на РКТ, остальное используется в химической промышленности (37%), металлургии (21%), электронике (16%), стекольной промышленности (4%).
Одним из способов связанного хранения водорода являются гидриды. Однако лучшие из известных сегодня гидридов - железотитановые и никель-магниевые - уступают по объемным и весовым параметрам криогенному способу хранения водорода.

Проводятся разработки в области систем хранения водорода с использованием углеродных нанотрубок, но все имеющиеся на сегодняшний день конструкции обладают рядом серьезных недостатков, которые не позволяют широко использовать на транспортных средствах.

Ввиду вышесказанного, очевидно, что в настоящее время криогенная система хранения водорода на борту транспортного средства, благодаря своим массовым и объемным характеристикам, а также уровню безопасности, более предпочтительна по сравнению с гидридной и системой хранения водорода в сжатом виде.

менно по этому пути идут практически все автомобилестроительные фирмы. Так, при проектировании силовой установки для модели «Ford U» инженеры компании «Ford» за основу взяли 2,3-литровую рядную "четверку", хорошо известную по «Ford Ranger» и «Mondeo». Семи килограммов водорода, хранящихся в двух криогенных емкостях, расположенных под задними сиденьями автомобиля, хватает на 500 км пробега. Багажное отделение не пострадало, а 118 л.с. мощности, которую развивает двигатель, достаточно «Ford U» на все случаи жизни.
В начале 2004 года два крупнейших автопроизводителя — «General Motors Corp» и «BMW Group» — объявили о намерении приступить к совместной разработке оборудования, предназначенного для заправки автомобилей жидким водородом. О масштабах задачи говорит такая цифра: в одной только в Германии планируется построить до 10 тыс. криогенных водородных заправочных станций.

Руководитель подразделения компании BMW по научной и транспортной политике, г-н Кристофа Хусса сообщил следующее: "В долгосрочной перспективе мы рассчитываем на создание в Германии сети АЗС в количестве 10 000 штук, которые будут предлагать водородное топливо. Но, уже начиная с сегодняшнего дня, мы должны работать над единым стандартом, чтобы впоследствии потребители не столкнулись с наличием отличных друг от друга систем. Нам необходима стандартизация заправочного оборудования. Сжиженный водород является самым удобным видом топлива в плане транспортировки, при отсутствии водородных трубопроводов. Работая в одной команде, мы ускорим процесс создания инфраструктуры для сжиженного водорода".

Заправочное оборудование для сжиженного водорода появится после предварительных спецификаций, разрабатываемых в рамках Европейского объединенного водородного проекта (European Integrated Hydrogen Project (EIHP). В настоящий момент спецификации EIHP находятся в стадии обсуждения и являются основой стандарта Европейской экономической комиссии ООН для работающих на водороде автомобилей. Г-н Хусс утверждает: "Концерн BMW и корпорация GM хотят создать такую заправочную систему, которая должна стать мировым стандартом, причем ключевым компонентом здесь является заправочное переходное устройство". Подписание соглашения по разработке между корпорацией «General Motors» — крупнейшим в мире производителем автомобилей — и концерном «BMW Group» — единственной в мире компанией, специализирующейся исключительно на производстве автомобилей класса "премиум" — является значительным шагом в деле создания и стандартизации технологий применения водородного топлива. На рис.3. представлен автомобиль компании «BMW Group» с ДВС на жидком водороде.



Рис. 3
Перспективные преобразователи энергии для жидкого водорода

В середине 1990-х многие автомобильные компании обратили свой взор на электромобили с топливными элементами (ТЭ). Притягательность топливных элементов имеет серьезное основание. Действительно, никаких движущихся частей, никаких взрывов. Водород не сгорает, как это происходит в тепловом двигателе, а разлагается внутри топливных элементов (или ячеек, как их иногда именуют) на разноименно заряженные ионы и электроны. Именно электроны и превращаются в полезный электрический ток, питающий цепь бортовой силовой установки, а что касается ионов водорода, то их связывает кислород, который в составе обычного воздуха подается внутрь топливного элемента, образуя "выхлоп" - водяной пар.

Однако, позже выяснелось, что топливные элементы обладают рядом серьезных недостатков. И прежде всего, высокой стоимость и коротким сроком службы. Так, американский минивэн «HydroGen3», работающий на топливных элементах стоит около $1 млн. и для большинства автолюбителей автомобили на топливных элементах очевидно так и останутся несбыточной мечтой. Более того, несмотря на заявленное разработчиками топливных элементов высокий теоретический к.п.д. (около 70%), эффективность даже лучших японских топливных элементов в настоящее время составляет менее 30%. Кроме того, применение топливных элементов на транспортных средствах дает существенный прирост массогабаритных характеристик автомобиля.

Для массового применения топливных элементов в автотранспорте их стоимость должна быть снижена до 200 долл./кВт (при современной стоимости от 5 до 10 тыс. долл./кВт). Вопросы дальнейшего развития ТЭ во многом связаны со снижением их стоимости, что определяется в основном уменьшением расхода платиновых металлов (используемых в качестве катализатора) и снижением стоимости, используемых в качестве мембраны фторированных и перфторированных пленок. Поскольку решение большинства из описанных выше проблем требует революционных научных открытий, многие американские исследователи подвергают сомнению целесообразность взятого правительством США курса на создание дорогостоящих демонстрационных проектов автомобилей с топливными элементами. По их мнению, технологии в создании топливных элементов достигли своих пределов, и они не видят возможности для дальнейшей их усовершенствования. Поэтому, сегодня технология топливных элементов развивается в основном только из-за перспектив по обеспечению нулевого уровня токсичности.

Более перспективным является другой путь внедрения жидкого водорода на автотранспорте - сжигание его в двигателе внутреннего сгорания (ДВС). Такой подход исповедуют ряд ведущих автостроительных компаний, таких как, например, «BMW», «Ford» и «Mazda». Вместо применения спорных и дорогостоящих топливных элементов, инженеры этих компаний пытаются наладить работу на водороде старого доброго двигателя внутреннего сгорания.
На «BMW» создан опытный седан «745H», V-образная “восьмерка” которого попросту сжигает водородное горючее – как бутан-пропан или природный газ в двигателях газобаллонных автомобилей. Жидкий водород запасается в криогенном баке; газ специальными электронноуправляемыми форсунками подается в цилиндры. При сильном обеднении водород-воздушной смеси (в 2 с лишним раза против стехимометрического состава) в камерах сгорания почти не образуются вредоносные оксиды азота (канцерогены); другие загрязнители при сжигании водорода в воздушной среде не формируются вовсе.

Так что из выхлопных труб «745H» в атмосферу поступает один только водяной пар; мечта “зеленых” близка к реальному воплощению.

В этой же компании создан самый быстрый на сегодняшний день автомобиль, работающий на водородном топливе, рис. 4. Модель, получившая обозначение «H2R», развивает скорость свыше 300 км/ч.



Рис. 3

И хотя на текущий момент полноценной замены традиционному ДВС нет, очевидно, уже скоро появится новое направление в двигателестроении на водородном топливе, которое имеет все шансы стать конкурентным. Речь идет о двигателях Стирлинга. Этот двигатель до конца XX века широко не применялся на автотранспорте из-за более сложной по сравнению с двигателем внутреннего сгорания конструкции, большей материалоемкости и стоимости.
Однако, в посл

днее время в ведущих мировых обзорах по энергопреобразующей технике, двигатель Стирлинга рассматривается как двигатель, обладающий наибольшими возможностями для дальнейшей разработки в применения водорода как моторного топлива. Низкий уровень шума, большой ресурс, сравнимые размеры и масса, хорошие характеристики крутящегося момента - все эти параметры дают возможность машинам Стирлинга в ближайшее время вытеснить двигатели внутреннего сгорания и топливные элементы в области водородной энергетики. Красноречивым примером подтверждения этого, может являться практика создания рядом зарубежных фирм, таких как «НАСА», «Кокумс», «Мицубиси дзюкоге», анаэробных энергетических установок для космических летательных аппаратов и подводных лодок, в которых первоначально применяемые электрохимические генераторы на топливных элементах практически полностью были заменены на стирлинг-генераторы. Ниже на рис. 5 представлена принципиальная схема двигателя Стирлинга.



Рис. 5

Двигатель Стирлинга является уникальной тепловой машиной, поскольку его теоретическая эффективность равна максимальной эффективности тепловых машин - эффективности цикла Карно. Он работает за счет теплового расширения газа, за которым следует сжатие газа после его охлаждения. Двигатель Стирлинга содержит некоторый постоянный объем рабочего газа, который перемещается между «холодной» частью (обычно находящейся при температуре окружающей среды) и «горячей» частью, которая обычно нагревается за счет сжигания любого вида топлива или других источников теплоты. Нагрев производится снаружи, поэтому двигатель Стирлинга относят к двигателям внешнего сгорания. Поскольку процесс горения осуществляется вне рабочих цилиндров и протекает равновесно, рабочий цикл реализуется в замкнутом внутреннем контуре при относительно малых скоростях повышения давления в цилиндрах двигателя, плавном характере теплогидравлических процессов рабочего тела внутреннего контура, при отсутствии газораспределительного механизма клапанов.
Необходимо отметить, что рядом зарубежных фирм начато производство двигателей, технические характеристики которых уже сейчас превосходят ДВС и топливные элементы. Достигнутые в настоящее время к.п.д. в серийных и опытных образцах двигателях Стирлинга даже при умеренных температурах нагрева (600…700 0С) представляются весьма внушительными цифрами – до 40%. В лучших зарубежных образцах двигателей Стирлинга удельная масса составляет 1,2 – 3 кг/кВт, а эффективный к.п.д. до 45%.

В настоящее время в Российской Федерации компанией, ведущей разработки по созданию машин, работающих циклу Стирлинга, является ООО «Инновационно-исследовательский центр «Стирлинг-технологии», в которой созданы опытно-промышленные образцы отечественных двигателей.
Этапы внедрения водородной энергетики на транспорте

В отличие от развитых зарубежных стран, в России до сих пор не существует концепции производства и использования альтернативных моторных топлив, что в значительной степени усложняет решение задач развития отечественного автомобиле- и моторостроения, а также экологизации автотранспорта.

Безусловно, проблема замены традиционного моторного топлива жидким водородом выходит далеко за рамки задач, решаемых в автомобильной индустрии. По сути, речь идет о новом технологическом укладе мировой экономики.

По оценкам Джозефа Ромма, бывшего помощника Министра Энергетики США, скорее всего, автомобили, работающие на водороде, достигнут показателей (стоимость машины, стоимость одной заправки, уровень безопасности, количество вредных выбросов и т.д.), не ранее 2030 года. Изготовление водородного топлива для автомобилей ныне в четыре раза дороже, чем производство автомобильного бензина в количестве, достаточном для производства аналогичного количества энергии. Кроме того, остается проблемой создание «водородной инфрастуктуры» - сети заправочных станций и сервисных центров, необходимых для обслуживания автомобилей, работающих на водородном топливе. По оценкам Аргоннской Национальной Лаборатории (Argonne National Laboratory), в масштабах США для этого требуется затратить более $600 млрд.

В отчетах Американского Физического Общества и Национальной академии наук США говорится, что для реализации программы перевода транспорта на водород необходимо осуществить технологический прорыв. По их словам, на сегодняшний день мировая энергетическая инфраструктура слишком хорошо развита, и для того, чтобы сделать водород конкурентоспособным по сравнению с традиционными видами топлива, необходимы большие капиталовложения. Самые многообещающие водородные технологии требуют от 10 до 100 кратного усовершенствования их стоимости, чтобы они были конкурентоспособными в сравнении с углеводородными видами топлив. Современные методы производства водорода в четыре раза более дороги, чем производство бензина.

Ввиду этого, по мнению автора, ориентировочные сроки внедрения водородной энергетики на транспорте могут быть следующие:

- США, Западная Европа, Япония - 2030 год
- Россия, СНГ, страны–экспортеры нефти и природного газа - 2040-2050 годы.

Перевод транспорта на водород не может происходить директивно и быстро. Для такого революционного шага в условиях страны требуется кардинальная подготовка – от создания производства водорода до изменений в налоговой политике и экономического стимулирования применения альтернативного топлива.

Сейчас во всех развитых странах мира приняты национальные программы такого перехода - но не непосредственно, а через энергетику, основанную на таком относительно более чистом топливе, как природный газ (метан).

Такого же мнения придерживается и Председатель Комитета по энергетике, транспорту и связи ГД В.А. Язев, который сделал следующее заявление на заседании Круглого стола, посвящённого обсуждению проекта закона «Об использовании альтернативных видов моторного топлива». «Использование природного газа в качестве моторного топлива – это переходный этап к водородной энергетике. Совершенно очевидно, что через 50–70 лет весь мир перейдет на водород, а инфраструктура водородной энергетики очень схожа с газовой…».

По мнению автора, одним из важнейших направлений развития внедрения альтернативных моторных топлив для решения социальных проблем населения, энергетики и транспорта является внедрение технологий сжиженного природного газа (СПГ), которые могут рассматриваться как промежуточный этап перехода к водородным технологиям и водородной экономике. Использование сжиженного природного газа подготовит переход к замене его водородом. Ведь для создания инфраструктуры производства, хранения и заправки СПГ, а затем и жидкого водорода, можно будет использовать подобное криогенное оборудование.

Учитывая вышесказанное, можно предположить, внедрение альтернативных моторных топлив в Российской Федерации будет имеет следующие этапы:

1 этап (2007-2040 годы): Создание инфраструктуры производства и переход на применение сжиженного природного газа (СПГ)
2 этап (2035-2050 годы): Создание инфраструктуры производства, хранения и переход на применение сжиженного водорода.
Другими словами, в ближайшее время в стране необходимо создать криогенную инфраструктуру и поэтапно переходить автотранспорт на СПГ, а в перспективе - на жидкий водород.
Концепция создания криогенной инфраструктура по переводу транспорта на сжиженный природный газ и жидкий водород

Одной из главных проблем перевода транспорта на СПГ и жидкий водород является отсутствие инфраструктуры автомобильных заправочных станций (АЗС), где в бак автомобиля можно было бы залить криогенное моторное топливо. Без достаточного количества АЗС, внедрение новой техники становится невозможным.

Учитывая, что на первоначальном этапе более перспективным моторным топливом является сжиженный природный газ, технологические решения по созданию криогенных заправочных станций СПГ должны быть таковы, чтобы эти станции можно было при необходимости быстро и без лишний капитальных затрат модернизировать в криогенные заправочные станции жидкого водорода. По мнению автора, такие заправочные станции могут быть созданы только на основе установок с применением поршневых криогенных машин Стирлинга (КГМ). КГМ Стирлинга относятся к ожижителям, действие которых основано только на внешнем охлаждении. Процесс ожижения газа идет при атмосферном давлении, без его предварительного сжатия. Это позволяет делать установки по сжижению и хранению жидкого природного газа и водорода на основе КГМ Стирлинга компактными и простыми в обслуживании.

Использование криогенных машин Стирлинга позволяет разработать принципиально новую Концепцию создания инфраструктуры заправочных станций криогенных моторных топлив для автомобильного транспорта РФ. Предлагаемая инфраструктура для городских условий основана на разумном сочетании небольшого количества крупных муниципальных заправочных комплексов и многочисленных малогабаритных заправочных станций, расположенными непосредственно в гаражах автохозяйств, которые в своей совокупности формируют широкую сеть обеспечения криогенными топливами потребителей. При этом, основная нагрузка по обеспечению автотранспорта криогенным топливом должна ложиться именно на гаражные заправочные станции, а городские заправочные комплексы будут предназначаться только для дозаправки промышленного и общественного транспорта при ее эксплуатации в черте города и при междугородних перевозках. Специфика подхода к созданию такой инфраструктуры определяется особенностями криогенных топлив: их высокой испаряемости, значительными потерями при транспортировки и заправки баков автотранспортных средств.

В настоящее время создан необходимый научно-технический и патентный задел, включающий в себя методологические основы расчета и технико-экономического обоснования криогенных гаражных заправочных станций, а также принципиальные схемы и технические решения, защищенные патентами РФ, что обеспечивает создание криогенной инфраструктуры СПГ и жидкого водорода в кратчайшие сроки.

Гаражные заправочные станции СПГ и жидкого водорода будут создаваться на базе унифицированных технологических блоков. Основные элементами, обеспечивающими работоспособность и безопасность станций, являются: криогенные машины Стирлинга, серийно выпускаемые отечественной промышленностью и выполненные с электродвигателями во взрывобезопасном исполнении; сертифицированные газораспределительные шкафы; низкотемпературные емкости для хранения криогенных топлив; малогабаритная электроприводная взрывозащищенная дистанционно управляемая арматура; стандартные контейнерные конструкции.

При переводе автотранспорта на сжиженный природный газ и жидкий водород особое внимание должно быть уделено сокращению потерь жидкого продукта на всех этапах обращения с ним. В настоящее время при разработке ожижительных установок идет борьба за каждый процент повышения коэффициента ожижения. Вместе с тем при работе с криогенными жидкостями потери достигают десятков процентов. Показано, что полезное использование жидкого кислорода и азота в ракетно-космической технике не превышает 50%! Применение гаражных заправочных станций на основе КГМ Стирлинга позволяет полностью решить проблемы потерь криогенных топлив, что позволит значительно снизить их стоимость.

В начале 2006 года планируется введение в опытно-промышленную эксплуатацию КриоАЗС на основе КГМ Стирлинга для заправки автотранспорта сжиженным природным газом на 41 автокомбинате г. Москвы. Данная КриоАЗС будет прототипом будущих гаражных заправочных станций жидкого водорода.
Новые отечественные технологии в производстве водорода

До 1990 года в нашей стране для реализации программ создания ракетно-космических комплексов Н-1 и «Энергия-Буран»и авиационного комплекса ТУ-155 были проведены серьезные научео-исследовательские и опытно-конструкторские работы по внедрению жидкого водорода. В результате этих работ было создано современное оборудование для криогенных систем топливообеспечения: эффективные ожижители водорода с энергозатратами около ' 22 кВт • ч/кг H 2, автомобильные цистерны объемом до 45 м 3 с суточными потерями от 1.2 до 0.8%, железнодорожные цистерны объемом до 100 м 3 с суточными потерями около 0.5%, хранилища жидкого водорода объемом от 5 до 1400 м 3 с суточными потерями 2.2-0.13% объема хранимого водорода, криогенные трубопроводы диаметром до 400 мм и длиной до 1 км, дистанционно управляемая арматура, высокоэффективные теплообменные аппараты, машинное оборудование (компрессоры, вакуумные насосы, эжекторная аппаратура и др.), контрольно-измерительные приборы и средства обеспечения безопасности. Эта техника может быть использована для централизованного производства и доставки к гаражным КриоАЗС жидкого водорода. Однако, данные системы получения водорода основываются на процессе электролиза воды, основным недостатком которого является энергоемкость процесса получения водорода разложением воды. Как правило, на это нужно затратить большее количество энергии, чем то которое может быть получено при сжигании произведенного водорода.

На сегодняшний день самым дешевым способом производства водорода является расщепление природного газа на Н и СО при помощи пара и катализаторов. Однако при этом непроизводительные потери энергии составляют около 15%. В результате, по словам куратора проводимой Министерством энергетики США исследовательской программы в области водородного топлива Пита Девлина (Pete Devlin), производство водорода, по количеству энергии эквивалентного литру бензина, обходится в $5.

Очевидно, что для широкого потребления водорода в качестве топлива необходимо разрабатывать новые способы его получения, основанного на использовании дешевых источников энергии. Автором разработана и предлагается новая технология получения водорода, основывающаяся на его получении из местных биоресурсов. Отличительной чертой этой технологии является то, что на производства водорода не затрачивается электроэнергия извне, эта энергия генерируется в процессе выполнения самой технологии. Сырьем для получения водорода являются торф, древесина, отходы сельского хозяйства.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Водородная энергетика как альтернатива нефтегазовой


Юрий Максименко, кандидат философских наук, инженер-конструктор

Энергия - это нефть. Есть нефть - есть свет и тепло. Нет нефти - нет света и тепла.

Можно, конечно, признать, что где-то по мелочи можно и ветряк использовать, и Солнцем воду разогреть в бассейне. Но если речь идёт о серьёзных энергопотребителях, таких, как мегаполисы с производственными предприятиями, то конкуренцию нефти может составить разве что атом. Но если мы и преодолеем страх перед новыми Чернобылями, то и тогда не найдём альтернативы нефтепродуктам для автомобильных, а тем более самолётных топлив.

Ведь так должен думать образованный человек, не так ли? Особенно если он считает себя холодным прагматиком, признающим абсолютный императив рынка, оспаривать который могут лишь безнадёжные романтики - экологи.

Надеюсь, эта статья поможет взглянуть несколько иначе на эти, казалось бы, прописные истины. Нет, мы не будем нарушать законы сохранения, даже не будем рассказывать о неких неведомых ранее находках в физике или химии. Напротив, мы напомним Вам то, что Вам рассказывали давным-давно. Например, величину солнечной энергии, которую получает земная поверхность: примерно 1 киловатт/м2. А значит, 1 км2 получает гигаватт. Гигаватт (мощность атомного энергоблока!) - это уже серьёзно, не так ли?

Около 90% мирового производства энергии приходится на ископаемое топливо. При том, что от Солнца земная поверхность получает почти в 100 раз больше энергии, чем её вырабатывает всё человечество.

Чем же тогда объяснить столь скромную (менее 10%) долю Солнца в мировом производстве энергии?

В первую очередь неравномерностью солнечной энергии и особенно её производных (энергия ветра, гидроэнергии, энергии морских волн) во времени и в пространстве. Есть ветер - наш ветряк даёт энергию, ураган - горят предохранители, нет ветра - жжём лучину. А если в нашей местности почти нет ветров, тогда как?

А нефть выступает как гарант стабильной подачи энергии. Надо только не забывать платить по счетам нефтяных компаний - и будет у Вас свет, тепло и радость.

Потому что нефть - вещество, аккумулировавшее энергию Солнца и способное отдать её. Но не только нефть может быть таким веществом.
Концепция энергоаккумулирующих веществ (ЭАВ)

Используя некий источник энергии (например, Солнце), можно получить вещество, аккумулировавшее эту энергию (с потерями, конечно!) и способное её отдать в ходе химической реакции. Назовём это вещество энергоаккумулирующим (ЭАВ). Нефть можно рассмотреть как одно из ЭАВ: именно применение её в этом качестве сделало её "кровью экономики".

Главный недостаток нефти как ЭАВ: невосполнимость (в тени этого недостатка остаётся опасность нефти, нефтепродуктов и их сжигания для экологии планеты). И рано или поздно (скорей рано) с этим придётся столкнуться. И если не быть готовым к этому, человечество может пережить жесточайшую рецессию за всю свою историю.

Но ведь можно разработать схему, при которой ЭАВ восстанавливается после реакции и может использоваться несколько раз. Для иллюстрации рассмотрим известный со школы опыт по получению водорода (в ходе изложения мы уйдём от натрия в качестве ЭАВ, пример носит иллюстративный характер).

2Na+H2O → Na2O+H2 ↑

Обратите внимание: с помощью ЭАВ (натрий) мы получили горючее, которое можно сжечь с выделением энергии. И заметьте: это смешение можно производить в минимальном количестве непосредственно перед отправкой водорода в карбюратор: то есть не нужно хранить на борту водород в свободном состоянии. Затем ЭАВ (в нашем примере - натрий) можно восстановить из окисла и повторить цикл ещё раз.

Итак, цикл использования ЭАВ состоит из трёх стадий:

1. Восстановление ЭАВ из окисла, используя некоторый источник энергии.
2. Получение с помощью ЭАВ водорода.
3. Использование водорода как топлива.

Как мы уже видим, использование ЭАВ тесно связано с водородной энергетикой.
ЭАВ и водородная энергетика

Отметим преимущества водорода как топлива по сравнению с бензином.

Неисчерпаемость. В Мировом океане водорода содержится 1,2 x 1013 т., дейтерия — 2 x 1013 т. Суммарная масса водорода составляет 1% общей массы Земли, а число атомов — 16%. Особенно важен здесь тот фактор, что при сгорании водород превращается в воду и полностью возвращается в круговорот природы.

Весовая теплотворная способность водорода (28630 ккал/кг) в 2,8 раза выше по сравнению с бензином. Энергия воспламенения в 15 раз меньше, чем для углеводородного топлива. Максимальная скорость распространения фронта пламени в 8 раз больше по сравнению с углеводородами.

Излучение пламени в 10 раз меньше по сравнению с пламенем углеводородов.

Экологичность. При использовании водорода как топлива исключается возможность усиления парникового эффекта, не выделяются вредные вещества (автомобильный двигатель выбрасывает 45 токсичных веществ, в том числе и канцерогены), нет опасности образования застойных зон водорода: он легко улетучивается.

Отметим и отрицательные качества водорода. Это низкие плотность и объемная теплотворная способность, более широкие пределы взрываемости и более высокая температура воспламенения по сравнению с углеводородами. Применение концепции энергоаккумулирующих веществ позволит снизить негативное влияние этих недостатков водорода как топлива, которые заметно перекрываются его достоинствами.

Водород вообще можно считать универсальным топливом, поскольку он обладает абсолютной экологической чистотой, может заменить бензин, дизельное топливо и мазут в тепловых двигателях (автомобильных, тракторных, комбайновых, локомотивных, судовых, вспомогательных и др.), пригоден для всех видов тепловых двигателей: поршневых с воспламенением от искры и сжатия, поршнетурбинных, во всех типах турбоустановок, двигателя Стирлинга, двигателей прямой реакции, для бытовых целей.

Работы по развитию водородной энергетики особенно активно развивались в СССР и США.

Так, в 1972 году в США на испытательном полигоне фирмы "Дженерал моторс" проводились соревнования городских транспортных средств, в которых участвовало 63 автомобиля с различными системами двигателей, в том числе на аккумуляторных батареях, аммиаке-пропане и два автомобиля на водороде. Последние заняли первое и второе места. Лучшие результаты показал конвертируемый на водород автомобиль фирмы "Фольксваген", в котором отработавшие газы были чище засасываемого в двигатель городского воздуха.

При использовании водорода для бытовых нужд в значительных масштабах энергетические затраты будут меньше стоимости используемого для этих целей электричества. Известно, что доля энергозатрат на бытовые нужды составляет около 20%. При этом необходимо учитывать, что бытовые котельные, камины, печи и плиты, использующие органические топлива, являются одним из основных источников загрязнения воздуха в жилых районах. Перевод их на водород позволит исключить это загрязнение. Поэтому, учитывая также возможность истощения источников природного газа, газовые компании США в большом объёме ведут исследования по его замене водородом. В Институте газовой технологии США разрабатывается "дом на водороде". Обогрев его осуществляется холоднопламенным каталитическим сжиганием водорода на декоративных панелях, а приготовление пищи - водородом на газовых плитах.
***

В СССР исследования в области применения ЭАВ и водородной энергетики, как и почти все серьёзные исследования, проводились в рамках военных программ. В самом деле: в случае конфликта с США СССР был весьма уязвим в плане энергоснабжения: все источники энергии далеко на востоке, почти вся армия, большая часть промышленности и административный аппарат - европейский и уральский регионы. Источники и потребители энергии связывали длинные, тонкие и немногочисленные нити нефтепроводов, перерезать которые для ВВС США удручающе легко.

Бог миловал: угроза военного конфликта с США потеряла реальные очертания. Но энергетические проблемы, подчас весьма жестокие (Приморье), возникли и без участия внешнего врага (увы!). Так что эти исследования как никогда актуальны для современной России.

У истоков этих исследований стоял профессор Илья Львович Варшавский (учеником которого автор имел честь быть в 1994-1997 гг.), известный в первую очередь благодаря циклу Варшавского-Чудакова. И именно он и предложил концепцию энергоаккмулирующих веществ.

При этом его идеи воплощались не только в статьях и отчётах. Так, в конце семидесятых годов коллективом отдела тепловых двигателей Института проблем машиностроения АН УССР под руководством И.Л. Варшавского совместно с В.А.Байковым и В.П. Журманом проведена конвертация автомобиля "Москвич-412" для работы на бензине, водороде и бензоводородной смеси. Водородное топливо вырабатывалось в реакторах периодического действия с порционной загрузкой ЭАВ на основе кремния или алюминия и регулируемой подачей воды. Были проведены дорожные испытания автомобиля, определены динамические качества автомобиля, максимальная скорость, топливная экономичность, эксплуатационные характеристики и токсичность отработанных газов.

В это же время был конвертирован для работы с добавками водорода, хранимого в гидридах, автомобиль ВАЗ-2101. Испытания показали, что применение водорода в качестве дополнительного горючего решает проблему снижения токсичности ОГ автомобиля (окись углерода отсутствует полностью, количество углеводородов и окислов азота не превышают перспективные допустимые нормы). Наряду со снижением токсичности добавки водорода снижают расход бензина примерно на 40% и повышают топливную экономичность двигателя на 10-15%. Добавки водорода расширяют концентрационные пределы воспламенения, повышают скорость горения бедных смесей.
***

Завершением работы над автомобилями, использующими бензоводородные смеси стала эксплуатация в Харькове серийных таксомоторов "Волга", снабжённых гидридными баками для хранения водорода.

Как уже отмечалось, перспективным и опробованным ЭАВ является кремний. Использование его в этом качестве упрощённо можно описать следующими тремя реакциями:
Восстановление кремния из окисла. Возможны две реакции:

Восстановление кремния углеродом: Q + C + SiO2 → Si + CO2 ↑

Разложение окисла: Q + SiO2 → Si + О2 ↑
Si + 2H2O → SiO2 + 2H2 ↑ + Q - получение водорода (используются катализаторы)
2H2 + O2 → 2H2O + Q - сжигание водорода



Осуществление второй реакции требует особых катализаторов и особых режимов (сочетания температуры и давления). Поэтому эта реакция протекает в специальном реакторе.

Рассмотрим, как может работать эта схема, в чём её преимущество перед использованием нефти.

SiO2 - это песок. Производство кремния (первая реакция) можно вести везде, где есть песок и некий источник энергии. Идеальным случаем является пустыня - песка и солнца там хватает, при этом пустыни практически не используются в хозяйственной деятельности, никому не помешаем. Работать станция по восстановлению кремния из песка может в автоматическом режиме.

Обратите также внимание на реакцию восстановления кремния углеродом: она может применяться для использования низкокачественных углей, сжигание которых нецелесообразно (например, углей московского угольного бассейна).

Кремний не требует каких-то особых условий хранения и перевозки: взрывопожаробезопасен, нерастворим в воде. Может храниться под открытым небом. В реакторе он, окисляясь снова до песка, восстанавливает водород из воды, после чего используется водород как топливо.

Так каракумский летний зной может согреть зимой Норильск и другие города. Разумеется, это далеко не единственная схема использования ЭАВ. Так как в рамках обзорной статьи невозможно рассмотреть все схемы использования ЭАВ, предлагаю заинтересовавшимся следующие источники:

1. И.Л. Варшавский. Энергоаккумулирующие вещества и их использование. Киев, "Наукова думка" - 1980. 238 с.
2. А.Н.Подгорный, И.Л.Варшавский Водород - топливо будущего. Киев, "Наукова думка " - 1971.

Интересная область применения гидрореагирущих ЭАВ для двигателей различных морских объектов рассмотрена в статье А.Н.Подгорного, И.Л.Варшавского, Максименко и Герасименко "Перспективы применения ЭАВ в двигателях морских транспортных средств" в журнале "Вестник Академии наук УССР" №1, январь 1980. стр. 18-29. Статья содержит сведения о сравнительных характеристиках ряда ЭАВ, способах получения, хранения и подачи в двигатель водорода.

В этих работах изложен ряд интересных схем применения ЭАВ. Мы же остановимся на весьма интересной и многообещающей, привлекшей внимание исследователей в последние годы.
Сероводород Чёрного моря

Энергетически неблагополучные местности (Грузия, Крым) стоят на берегу колоссального склада сероводорода (около миллиарда тонн). Сероводород - это готовое ЭАВ:

H2S+ Q → H2 ↑ + S

2H2 + O2 → 2H2O+ 14Q

Обратите внимание: при разложении сероводорода и последующем сжигании водорода получается 14-кратный энергетический выигрыш. Остаётся лишь извлечь сероводород из глубинных слоёв моря (начиная примерно с 80-метровой глубины). Это поначалу смущает, так как невольно вспоминается: "Ксанф, выпей море!".

Одна из научных разработок исходит из того, что для подъёма насыщенных сероводородом глубинных слоёв моря вовсе не надо затрачивать энергию на её перекачку. Наоборот, создав в море вертикальный канал с жёсткими стенками (опустив на глубину трубу, проще говоря) и один раз подняв по нему воду с глубины (насосом) - мы получим в этом канале газоводяной фонтан за счет разности гидростатического давления воды в море на уровне нижнего среза канала и давления газоводяной смеси на том же уровне внутри канала (напомним, что каждые 10 метров давление в море повышается на одну атмосферу).

Уместно предложить аналогию с бутылкой шампанского. Открывая бутылку, мы понижаем давление в ней, из-за чего газ начинает выделяться в виде пузырьков, причём настолько интенсивно, что пузырьки, всплывая, толкают перед собой шампанское. Откачивание первый раз столба воды из трубы - это как раз и будет открывание пробки.

Группой ученых под руководством А.И.Максименко и А.Таранца на базе Херсонского судостроительного завода проведен наземный эксперимент, подтверждающий работу такого фонтана, пока не кончится сероводород в море. Готовится натурный морской эксперимент.

Кстати, это и ответ на вопрос: как решить проблему повышения уровня сероводорода в Черном море.
Исторический шанс

Всё вышеописанное пока нигде не воплотилось в работающие технологии в составе ТЭК страны. И в этом - исторический шанс России: занять достойное место в мировом разделении труда. Не следует путать прагматизм с упадничеством. Не следует считать просвещённым мнение, что удел России - быть сырьевым придатком развитых стран.

В то же время приходится признать, что промышленность развитых стран ушла недосягаемо далеко в ряде областей машиностроения и энергомашиностроения. И мы вынуждены констатировать, что российские автомобили могут конкурировать с автомобильной промышленностью Запада только по цене, но даже это удаётся только на внутреннем рынке за счёт таможенных сборов и расходов на доставку для зарубежных производителей. Трезвомыслящий инвестор не вложит ни рубля в строительство нового автозавода по производству российских марок автомобилей. А уповать на помощь государства автомобилестроению страны - это тушить пожар бензином (наиболее наглядно это демонстрирует судьба АЗЛК).

А есть ли мотивы вкладывать деньги в развитие российской водородной энергетики? Давайте пока забудем скандал с "Юкосом" - будем исходить только из экономических соображений (иначе мы вообще никаких инвестиций в Россию не сможем обсуждать).

Новизна предприятия очевидна. Значит, есть шанс стать технологическим лидером, "законодателем мод" водородной энергетики.

Неразвитость(доходящую до полного отсутствия) инфраструктуры традиционного энергоснабжения промышленности, транспорта и быта делает процесс ломки старых технологий практически безболезненным. Наличие огромных территорий, не освоенных хозяйственной деятельностью, дает возможность масштабного строительства новых энергетических объектов. Наличие в России уникальных разработок в области водородной энергетики, не нашедшие применения из-за нехватки в российском бюджете средств.

Но, конечно, одних усилий "частников" не будет достаточно: нужна государственная программа развития водородной энергетики. И начать, на мой взгляд, следует с моральной реабилитации российской науки. Это самое важное. Целое десятилетие общественное мнение России беспощадно к учёным. Которых противопоставили "деловым людям". Вложение средств в науку и по форме, и по объёму ближе к подаянию, чем к финансированию. Поэтому учёный воспринимается общественным мнением скорее как юродивый, нежели как гарант будущего страны. Эдакий неудачник, мученик идеи...

Это единственное, что заставляет меня сомневаться в успехе водородной энергетики в России. Удастся ли уговорить бывших учёных, а ныне директоров баров, столовых, салонов сотовой связи вновь вернуться к научной работе?

...Старшее поколение помнит фильм, в котором Ленин лично уговаривал Забелина вернуться в науку. И ведь сделали Забелин и тысячи его коллег то, что Запад считал невозможным в России. Можно долго (и справедливо!) говорить об ужасах ленинизма, но роль учёных в развитии экономики страны он осознавал.

И теперь важно, чтоб российская власть не для пиара, не умиляясь своим гуманизмом, а во имя будущего начала возрождать российскую науку. А пока... пока "инженер Забелин торгует спичками"...

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]

Проклятие нефти


В.Д.Матвеенко, д.ф.-м.н., ведущий научный сотрудник Санкт-Петербургского экономико-математического института РАН, профессор Европейского университета в Санкт-Петербурге

Мнения по поводу экспорта природных ресурсов расходятся в российском обществе. Официальные комментаторы основное внимание уделяют политике Центробанка, монетарной стерилизации, которая кажется необходимой, чтобы избежать инфляции. Кто-то подчеркивает, что Россия превращается в сырьевой придаток промышленно развитых стран и, как выразился покойный академик Никита Моисеев, неотвратимо действует «дьявольский насос», выкачивающий ресурсы из страны.

Боюсь, что «насос» запустили мы сами, без принуждения, да и «сырьевой придаток Запада» – скорее образ пропагандистский, чем экономический. Молодой исследователь М.Журавлева из СПбЭМИ РАН сделала расчет модели ренты Хотеллинга на основе одного из методов прогнозирования – динамики исчерпания запаса природных ресурсов). Оказалось, что, при существующих тенденциях и имеющихся оценках запасов, следует ожидать постепенного переноса основного направления российского экспорта природных ресурсов на страны СНГ, другими словами, Россия станет «сырьевым придатком» отнюдь не «акул империализма».

Другая точка зрения на эксплуатацию природных ресурсов связана с распределением использования их запаса во времени. С одной стороны, налицо чувство вины перед будущими поколениями за растрачиваемые невосполнимые ресурсы, с другой, для ныне действующего поколения богатство природных ресурсов представляется существенным конкурентным преимуществом, отказываться от которого не хочется. Как писал когда-то Андрей Вознесенский, «Я должен мальчику 2000-го года за газ и за воду и погибшую северную рыбу». Мысль точная, хотя в деталях поэт ошибся: северная рыба нашими «Электронами» пока ловится, а счета за газ и воду не могут оплатить именно пенсионеры поколения Вознесенского.

Напомню определение, принадлежащее Всемирной комиссии по окружающей среде и развитию: «Устойчивое развитие – это развитие, которое удовлетворяет потребности текущего поколения, не подрывая способность будущих поколений удовлетворять свои потребности». В 1974 году экономист Роберт Солоу, будущий нобелевский лауреат, построил математическую модель, учитывающую ограниченность природных ресурсов. Чтобы траектория обеспечивала устойчивое развитие, Солоу заложил в модель «максиминный» критерий, предложенный философом Джоном Ролсом: следует выбирать тот вариант распределения продукта между участниками, при котором наиболее ущемленный участник получает возможный максимум. Наиболее ущемленным, по Солоу, оказалось совсем не будущее поколение, лишенное природных ресурсов, а современное. Дело в том, что наряду с расходованием ресурсов происходит технический прогресс, и каждому следующему поколению становятся доступными новые материалы и технологии, которых не было у предыдущих поколений. Расходуя ресурсы, нынешнее поколение должно создать значительный производственный капитал («машины»), на базе которого и будет происходить дальнейший экономический рост. Позднее другой экономист, Джон Хартвик, нашел такое решение: современное поколение должно инвестировать в «машины» всю прибыль, получаемую от природной ренты. Похожую идею отстаивает сейчас и российский академик Дмитрий Львов, по мнению которого вся природная рента должна принадлежать обществу. Правда, Д.С.Львов в основном сосредоточивается на экспроприации и не прорабатывает вопрос, а как общество должно распорядиться ресурсной рентой. Потребить? По Хартвику истощаемый запас ресурсов должен постепенно превратиться в запас производительных «машин».

Правда, Солоу и Хартвик мало внимания уделяли важному для нас моменту: технический прогресс не происходит сам по себе. Чтобы действительно улучшались технологии и появлялись новые материалы и продукты, общество должно направить значительные материальные средства и человеческие ресурсы в экономику знаний: образование, науку, опытно-конструкторские разработки. При этом, если не срабатывают или слишком медленно действуют рыночные механизмы, направляющие этот поток, должно вмешаться правительство (как было когда-то в странах «экономического чуда» – Германии, Японии, Корее, как это происходит сейчас в Китае). Если экономика ориентируется только на краткосрочные критерии, то способность некоторых отраслей расти и развиваться зависит от внешних источников финансирования. Ведущую роль в такой ситуации будут играть отрасли топливно-энергетического комплекса, обеспечивающие быстрый приток капитала в страну. В случае предпочтительности долгосрочных критериев, таких как максимизация темпов устойчивого роста, в ряде отраслей начнут использоваться скрытые резервы, которые приведут к их развитию на основе собственного потенциала (это касается, прежде всего, наукоемких отраслей). Нефтедоллары в такой ситуации не потеряют своего значения как дополнительного источника инвестиций, но они не будут играть столь существенной роли, как в первом варианте. Говорить об инновационной промышленной политике в России пока не приходится, а о реформах науки, образования, здравоохранения можно говорить как о губительных. Исправно работает стабилизационный фонд (его объем составил 1800 млрд. рублей на 1 мая 2006 года), но само название точно отражает его цель – избежать изменений в состоянии экономики.

Обсуждение государственной экономической политики будет чисто риторическим, пока не станет прозрачной сама экономическая политики, пока лица, принимающие решения, не будут предоставлять научной общественности подробной профессиональной информации о своих планах и их реализации. Когда такая информация станет доступной, в стране сформируется эффективный форум профессионалов, на котором экономическая политика будет обсуждаться всесторонне; возникнет реальная связь между специалистами и лицами, принимающими решения. Сейчас такой связи нет. Информации о действиях и намерениях власти у экономистов недостаточно, а немногие профессионалы, попадающие «во власть» быстро теряют связь с профессиональной исследовательской средой и начинают ориентироваться на аудиторию чиновников.

Совершенно другие отношения между правительством и сообществом профессионалов сложились в большинстве промышленно развитых стран. Например, в США, каждый год публикуется толстый том - экономический доклад, подготовленный высококлассными профессорами-экономистами – экономическими советниками президента страны. С ним легко ознакомиться в сети Интернет. Докладу предшествует краткий экономический отчет президента, которым и ограничилось бы дело у нас. Отчет же советников дает полное представление о проводимой экономической политике, ее принципах, тенденциях, степени успешности, перспективах. Этот документ не только играет координирующую роль при формировании ожиданий всех участников экономики и выработки стратегий отдельных фирм, но и дает предмет размышлений для многочисленных экономистов-исследователей, широко используется в подготовке новых профессионалов-экономистов.

Возвращаясь к природным ресурсам, играющим в нашей стране такую большую роль, следует остановиться на проблемах, которые природные ресурсы ставят перед обществом. Известная гипотеза – «проклятие природных ресурсов» – состоит в наличии отрицательной зависимости между богатством природных ресурсов и темпом экономического роста.



Зависимость общественного благосостояния от интенсивности использования ресурса

Она подтверждается статистически по большим выборкам стран, а также многими конкретными примерами. Особенно впечатляет пример Нигерии, где в 1965-2000 гг. нефтяные доходы на душу населения увеличились с 33 до 245 долларов (в сопоставимых ценах), тогда как ВВП на душу населения остался на прежнем уровне, а доля бедных возросла с 36 до 70%.

Объяснение «проклятия природных ресурсов» связано с понятием «голландской болезни», суть которой сводится к следующему. Допустим, в стране помимо сырья и энергоносителей производится два типа товаров: торгуемые, которые могут продаваться и покупаться за рубежом, и неторгуемые – для внутреннего использования. К торгуемым относятся, прежде всего, обработанные промышленные изделия, к неторгуемым – услуги и продукция строительной отрасли. Когда в результате повышения доходов от продажи природных ресурсов национальный доход страны возрастает, растет и внутренний спрос на товары и услуги. Но поскольку торгуемые товары можно импортировать извне, а неторгуемые – нельзя, относительно растут сектора неторгуемых товаров (строительство, услуги, в частности, торговля). Происходит деиндустриализация: общее число рабочих мест в промышленности уменьшается, инвестиции в промышленность (как доля ВВП) также уменьшаются. Но и это еще не главная беда «голландской болезни». Обрабатывающая промышленность оказывает большое положительное влияние на экономику в целом, как говорят экономисты, создает положительные экстерналии. А это, в свою очередь, связано с более высокими требованиями к образовательному уровню работников, с востребованностью наукоемких технологий. Сжатие же сектора обрабатывающей промышленности влечет сокращение сектора науки, прикладной в том числе, деградацию инженерного образования.

Перечислю еще ряд типичных симптомов «голландской болезни». Укрепление национальной валюты снижает конкурентоспособность торгуемых товаров на внешнем рынке, что часто ведет к усилению протекционизма. Если ресурсный сектор располагает достаточными средствами для инвестиций, возникают трудности в трансформации сбережений домохозяйств в инвестиции; сбережения аккумулируются в иностранной валюте или уходят из страны. По недавнему сообщению: за 9 месяцев этого года россияне приобрели в банках валюты на 29 млрд. долларов, что на четверть больше, чем за тот же период прошлого года. Большой и плохо функционирующий общественный сектор в условиях «голландской болезни» ведет к борьбе за ренту, коррупции, концентрации власти и богатства, росту неравенства и бедности, подрыву демократии. Еще один характерный для России признак «голландской болезни»: уменьшение трудовых усилий. В странах, подверженных «голландской болезни», возникает ошибочная уверенность в завтрашнем дне, откладываются необходимые структурные реформы.

В России увеличение экспорта природных ресурсов сочетается, казалось бы, с высокими темпами экономического роста. Но хотя формально они много выше темпов экономического роста промышленно развитых и большинства развивающихся стран, их природа совершенно иная. Экономический рост у нас имеет другую основу, нежели инвестиционный или инновационный рост в рыночных экономиках. Российская экономика выходит из глубочайшего трансформационного спада, и уровень ВВП 1990 г. до сих пор не достигнут. Данный рост все еще является «восстановительным», и ничего удивительного в его временно высоких темпах нет. На протяжении 15 лет среднегодовой темп прироста ВВП все еще остается отрицательным. На наш взгляд, именно возросшая ресурсозависимость является основной причиной меньших темпов роста по сравнению с потенциально возможными.

На основе математических и компьютерных моделей в СПбЭМИ РАН исследовались возможные механизмы отрицательного влияния ресурсозависимости на экономический рост. Они связаны с одной стороны с рынками труда, с другой, с увеличением доли национального дохода, получаемой «ресурсовладельцами» – фирмами, получающими природную ренту. Отечественные сырьевые отрасли наиболее страдают от укрепления рубля, и это дает им повод ставить вопрос о налоговых льготах. Такая постановка вопроса справедлива, но важно, чтобы пропорции в распределении национального дохода сохранились в определенных границах, иначе произойдет полное вытеснение инвестиций из сектора обрабатывающей промышленности. И, как следствие, сворачиванию эффекта положительных экстерналий, то есть деградации науки, образования, сокращению темпов технического прогресса.

Именно повышение темпов технического прогресса, основы развития инновационной экономики, экономики знаний, в отличие от институционального пути манипулирования механизмами перераспределения, является наиболее недежным и перспективным способом повышения темпов экономического роста.

Но правительство же РФ явно следует по второму пути. Смысл проводимой сегодня экономической политики состоит в том, чтобы не допустить существенного увеличения доли владельцев природных ресурсов в ВНП.

Чтобы, сидя на огромном богатстве из природных ресурсов, России не превратиться в Нигерию и не скончаться от заразной «голландской болезни», правительству пора перестроить курс в соответствии с провозглашенными Президентом РФ приоритетами на развитие собственной обрабатывающей промышленности, науки и образования.

Журнал «Атомная стратегия» № 24, август 2006 г.

[Вы должны быть зарегистрированы и подключены, чтобы видеть эту ссылку]