Александр Никонов - Верхом на бомбе. Судьба планеты Земля и ее обитателей
Как добыть водород на планете, на которой он присутствует в виде воды? Только извлечь из воды, конечно, другого выхода нет… Значит, опять повторяется та же история, что с легкими металлами, когда человечество, затрачивая бездну энергии, добывает нужные ему чистые материалы из оксидов (вода – это оксид водорода). И отсюда вытекает главный парадокс водородной энергетики: чтобы добыть из водорода энергию, окисляя его кислородом в моторе машины, нужно сначала затратить энергию, чтобы этот самый водород раскислить, то есть разложить воду на кислород и водород. А чтобы разорвать молекулу воды, нужно затратить столько же энергии, сколько потом получится при ее образовании. Это в теории. А на практике придется затратить много больше.
Тупик.
Но, по счастью, мы живем на совсем-совсем другой планете – металлогидридной. В которой полно не только легких металлов в чистом виде, но и водорода. Причем добывать его можно двумя способами. Способ номер один я описывал в книге «Апгрейд обезьяны». На суше в зонах рифтогенеза (например, в нашем Забайкалье) бурим несколько скважин, чтобы добраться до силицидов, и, подавая через одну из скважин воду, искусственно создаем то, что происходит в естественных условиях на морском дне в рифтовой зоне – экзотермические реакции между водой и силицидами. И через соседние скважины начинаем отбирать горячий водород. Какова экономичность этого процесса? Она великолепна! Один килограмм силицидов, обильно политых водой, дает 1200 литров водорода и халявного тепла столько же, сколько можно получить, сжигая 1 кг бурого угля. Халявное тепло используем для местных нужд, а сам водород трубопроводом гоним из Забайкалья в Европу и Китай. Обратным трубопроводом качаем валюту…
Как же изменится наша планета в условиях «водородной энергетики»?.. Можно попробовать самыми общими мазками нарисовать это не такое уж далекое будущее.
Итак, в мире начался новый технологический цикл. Старые экономические «обиды» и потрясения забыты – старые долги реструктурированы под новые блистательные перспективы. Америка вновь на коне. Инвесторы стаями слетаются на новые жилы – добычу водорода и легких металлов. Несколько стран, где это можно делать наиболее простым и дешевым способом, – Израиль, Россия, Канада, Исландия и Америка – приобретают солидный политический вес и привлекают всеобщее внимание. Есть, правда, еще теоретическая возможность добывать водород в Африке – там проходит так называемый Восточный рифт, но соваться в дикую Африку, не отработав технологии в Первом мире, никто не станет. Да и неспокойно в этой Африке, постреливают, что ни день. Разве что к концу века…
В Европе теряют актуальность ограничения на выбросы – все эти «Евро-3», «Евро-4», «Евро-5»… Какой смысл продолжать их вводить и придумывать, если скоро все равно все будем ездить на водороде? По миру вовсю катится новая технологическая революция – на старые машины с двигателями внутреннего сгорания мелкие фирмы ставят газобаллонное оборудование, а крупные корпорации спешно строят заводы по производству топливных элементов. Приятный сюрприз: оказывается, по пожаро– и взрывобезопасности водородный автомобиль дает бензиновому сто очков вперед!
Предприятия по производству ДВС терпят крах. Какое-то время еще держатся заводы крупных судовых двигателей внутреннего сгорания – в надежде, что не удастся решить проблему запасания на кораблях нужного количества водорода, и какое-то время корабли еще будут ходить на солярке. Хранить водород, этот горючий и взрывоопасный газ, действительно страшно и неудобно в сжатом состоянии, то есть в газовых баллонах. Для океанских лайнеров это малоприемлемый вариант. Но водород можно хранить в металлах! Закачиваем в дешевый магний водород и потом, путем постепенного прогрева, извлекаем его из металла. Напомню, что один объем металла может поглотить тысячи объемов водорода. В металлах водорода помещается даже больше, чем в пустом газовом баллоне под давлением!
Однако вскоре начинает преобладать иное решение. Оказывается, гораздо дешевле вместо топлива брать на борт лайнеров магниевый порошок или тонкие перфорированные листы. И уже на корабле, окисляя магний забортной водой, получать водород и тепло для бортовой электростанции. Получается целый мини-заводик, но ведь судно не автомобиль, места в трюмах много, его хватает и на окислительный заводик, и на ДВС либо турбину, где полученный водород сгорает. Но вскоре массовое производство топливных элементов делает их настолько дешевыми, что элементы вытесняют тепловые двигатели с морских судов.
Один за другим разоряются машиностроительные заводы по производству коробок передач – автоматических и механических: новым автомобилям редукторы нужны в меньше степени, чем старым, потому что колеса у них вращают электромоторы – как у троллейбуса. А троллейбус прекрасно обходится без коробки передач.
Потеряли львиную долю заказов химические фабрики по производству смазочных масел. Водородомобилям с топливными элементами масла почти не нужны. Двигатель, который нужно смазывать, у них отсутствует, а топливные элементы в смазке не нуждаются. Коробки передач с ведром масла внутри тоже нет. Вместо гидроусилителя руля стоит электроусилитель, что для электрической машины логичнее. Смазка требуется только грузовикам и джипам для гипоидных шестерней картера дифференциала плюс густая смазка ШРУСов. Ну, еще полстакана легкого масла для компрессора кондиционера.
На керосине пока еще вовсю летают самолеты. Хранить водород в металле – слишком тяжело для авиации, где считают каждый лишний килограмм. Магний, конечно, легок, но не легче керосина. А закачивать водород в баллоны тоже не совсем удобно для авиации: газ легкий и занимает много места, отнимая его у пассажиров. Керосинчик-то поплотнее будет!.. Но самое главное, самолеты – вещь финансово инерционная: они слишком дороги, чтобы вот так просто менять весь парк. В мире по сию пору летают самолеты, выпущенные полвека назад, и списывать их не собираются. Поэтому в авиации в начале водородной эры все по-старому – керосин и турбины…
Тем не менее перспективы у газовых самолетов есть. Мало кто знает, но в СССР еще в 1970-е годы начали искать альтернативное топливо для авиации – экспериментировали с жидким водородом, метаном, ацетиленом, пропан-бутановой смесью. И пришли к выводу, что газ удобнее хранить в самолете в жидком виде. Прикинули даже, что газовый самолет может быть на четверть легче обычного, а его двигатели будут служить дольше, чем работающие на керосине. Но на этом все преимущества и закончились. Меньшая плотность водорода требовала, как я уже сказал, для обеспечения той же дальности полета ставить дополнительные топливные емкости – за счет сокращения числа пассажиров. Но самое главное, водород становится жидким при температурах, близких к абсолютному нулю. А это очень дорого!
Иностранцы тоже не дремали. NASA потратило четыре года и миллиард долларов на разработку космического самолета на жидком водороде, но проект провалился: так и не удалось спроектировать надежные топливные баки.
В 1980 году «Локхид» совместно с одной из английских фирм провел испытания, целью которых было выяснить, какой самолет безопаснее при загорании – керосиновый или водородный. Вопрос возник не случайно: всем известно, что гремучий газ (смесь водорода с воздухом) крайне взрывоопасен. Однако испытания показали, что при загорании у пассажиров водородного лайнера все-таки больше шансов выжить, чем у пассажиров «керосинки».
В те же годы в КБ Туполева построили на базе Ту-154 экспериментальный самолет Ту-155, летающий на сжиженном водороде. В его хвостовой части вместо пассажирских кресел был целый отсек, где стоял бак с вакуумной термоизоляцией, которая поддерживала температуру -253°С. В серию машина не пошла по той же причине, что и насовский «космический самолет»: требуемую надежность и технологичность водородной системы обеспечить не удалось. Зато был построен «почти серийный» Ту-155 на сжиженном природном газе, который летал в Европу на разные авиасмотрины.
Прошло десять лет, и в рекламных целях одну такую газовую машину для своих работников заказал «Газпром». Дальнейшая судьба этого аппарата мне неизвестна… А в 2002 году туполевцы обратились в «Росавиакосмос» с идеей создать на базе Ту-204 криогенный самолет. Попросили 3 миллиарда денег. Денег им не дали. А то сделали бы!..
В общем, в принципе, на природном газе летать вполне можно. А если приложить голову и деньги и усовершенствовать топливную систему, то можно летать и на водороде. Но не скоро: замена планетарного авиапарка и всей аэропортовской инфраструктуры, обеспечивающей заправку лайнеров, – дело не двух дней…
Итожим сказанное. В самом начале водородной эры по миру летают только «керосиновые самолеты», зато деньги на разработку газовых самолетов выделяются уже без вопросов – с прицелом на будущее. И будущее постепенно наступает: через полвека мировой парк самолетов уже более чем наполовину состоит из газовых машин…
