Водородные технологии – это безусловный тренд развития современной науки и энергетики. Водородная энергетика рассматривается как один из приоритетов технологического развития России. Она призвана внести вклад в декарбонизацию мировой экономики и тем самым снизить антропогенное влияние на изменение климата.

Водородные технологии активно используются в экономике и имеют большой потенциал для расширения областей их применения как промышленными гигантами, так и относительно небольшими технологическими предприятиями. Многие научные организации, в свою очередь, работают над разработкой новых и усовершенствованием существующих технологий получения, хранения и использования водорода. Важность комплексного и эффективного развития водородных технологий в России обусловила большое внимание к данной теме на Международном форуме технологического развития «Технопром-2021».

25 августа состоялась сессия «Технологические приоритеты развития водородной энергетики в Российской Федерации», в которой приняли участие директор Института катализа СО РАН, академик Валерий Иванович Бухтияров и заместитель директора по научной работе, д.х.н. Алексей Анатольевич Ведягин.

Как рассказал Алексей Анатольевич, в Институте катализа СО РАН разрабатывается комплексный подход по водородному направлению. 

«Технологии, объединяющие получение, хранение и транспортировку водорода, связаны между собой. Мы придерживаемся комплексного подхода и разрабатываем процессы с использованием катализаторов, которые позволяли бы получать, связывать и хранить водород», — сказал он.

Алексей Анатольевич Ведягин привел пример трех направлений в области водородной энергетики, которыми занимаются ученые Института.

Первое — системы для хранения и локального автономного получения водорода с использованием боргидрида натрия. Эта хорошо разработанная технология — уже готовы опытные образцы реакторов с различной производительностью. Преимуществом этой технологии является возможность получения водород при температуре окружающей среды, в том числе в Арктической зоне.

Второе направление — фотокаталитическое получение водорода, по своей экологичности сопоставимое с электролизом. Водород получают либо при разложении воды с использованием энергии солнечного света и фотокатализаторов, либо с использованием органических доноров электронов — сахаров, этанола, глицерина, муравьиной кислоты. Получаемый таким образом водород является максимально «зеленым», поскольку процессы базируются полностью на возобновляемых источниках энергии – солнечном свете, воде и органике.

Третье направление — каталитический пиролиз углеводородов с получением водорода и углерода. Этот способ позволяет использовать как природный, так и попутные нефтяные газы. Несмотря на то, что при синтезе на выходе получается углерод, накопление которого не очень экологично, ученые Института катализа СО РАН нашли решение. Это получение товарного продукта углерода – нановолокнистых углеродных материалов заданных морфологических типов, которые могут находить применение в различных сферах, например, для улучшения характеристик стройматериалов – упрочнения цемента и бетона, в композитных материалах, в том числе на основе полимеров или керамики, в составе буровых растворов, а также для получения графеноподобных материалов.

На сессии «Технологические приоритеты развития водородной энергетики в Российской Федерации» говорилось о важности развития так называемых центров компетенций – технологических кластеров, которые призваны обеспечивать комплексное развитие водородных технологий в России. Участники дискуссии отмечали, что центры компетенций могут быть организованы по технологическому принципу, но важна также образовательная функция подобных центров. Директор ИК СО РАН Валерий Иванович Бухтияров говорил о необходимости взаимодействия образовательных, научных и технологических компаний и отметил важность развития отечественных технологий. 

«Круг компаний и организаций, которые занимаются водородом, огромен. Конечно, мы должны уделять внимание международной повестке, но в первую очередь мы должны создавать свои технологии для развития водородного направления», — резюмировал он.

26 августа на технологической форсайт-сессии «Водородное топливо и топливные элементы как перспективные источники энергии» заведующий отделом гетерогенного катализа Института катализа СО РАН, д.х.н. Павел Валерьевич Снытников рассказал более подробно о каталитических технологиях, разрабатываемых в ИК СО РАН. В частности, о технологии конверсии жидкого орто-водорода в пара-водород, что обеспечивает длительное криогенное хранение водорода; о разработке концепта водородных заправок; о технологии синтеза «зеленого аммиака», получаемого с помощью электролиза из возобновляемых источников энергии, как источника водорода; о технологиях получения водорода из различных углеводородных источников, спиртов и эфиров «по требованию», то есть в местах его потребления. Следует отметить, что такой подход уже сейчас позволяет задействовать развитую инфраструктуру по снабжению привычным углеводородным топливом. Причем если такие вещества были синтезированы из водорода, полученного за счет использования возобновляемых источников энергии, одновременно с использованием уловленного из атмосферы углекислого газа, то при обратном получении водорода, он также будет считаться «зеленым» – технология в целом будет углерод-нейтральной.

«Наша энергосистема основана на ископаемом топливе, но есть тенденция на увеличение доли возобновляемых источников генерации. Тема водорода посвящена проблеме устойчивого развития энергетических систем, а также хранения энергии — надо помнить, что водород выступает как энергоноситель, который позволяет запасать энергию от возобновляемых источников энергии, а каталитические технологии призваны сделать более безопасным и удобным хранение, транспортировку и использование этого энергоносителя», — отметил ученый.