Бережливое производство России

С электричеством есть другая проблема - это единственный источник энергии, который мы не умеем накапливать. Мы можем слить нефть в бочки, мы можем бензин хранить где-то в  баках, но мы не можем никуда налить электричество, мы можем его запасти  только в виде какого-то разряда  в конденсаторах или в аккумуляторах. К сожалению, конденсаторы и аккумуляторы - штука дорогая, также экологически вредная, и 500 циклов зарядки - и все, нужен уже новый аккумулятор. Надо куда-то бежать, где-то доставать  сырье, делать новые штуки по запасанию  электричества. В результате первая проблема, которая у нас есть, - как мы будем запасать электричество.

Существует так называемая «провальная энергетика, когда в  нормальные часы, утром, растет потребление  электричества, пиковая нагрузка - вечером, когда все с работы возвращаются домой и включают электроприборы, и днем, когда работает промышленность, также есть небольшая нагрузка, ночью  никто электричества не потребляет. Мы вынуждены заглушать те мощности, которые нам производят электричество: это газовые станции, атомные  реакторы, турбины водяные, гидроэлектростанции, но, к сожалению, до конца заглушить  их невозможно, и мы все равно  вырабатываем электричество, которое  никаким способом не запасти. И была выведена следующая гипотеза: а давайте  мы будем воду разлагать на кислород и водород в электролизерах и  запасать электричество в виде водорода и кислорода, которые потом будем  пускать на топливные элементы, так  называемая «водородная энергетика». Потом этот водород мы можем использовать для выработки электричества, которое  будет приводить в действие автомобили и для выработки электричества  для домашних хозяйств, или еще  куда-нибудь. То есть, водород, на самом  деле, не новая энергетика, а некий  способ запасания электрической  энергии.

До недавнего времени  население Земли росло, потребности  в энергии росли. Сейчас ситуация обратная. Первая производная от скорости, вторая производная от массы населения - ускорение - приобрело отрицательное  значение. То есть скорость роста начинает замедляться. Рано или поздно мы выйдем на некое плато, то есть получим существенно  более медленный рост численности  населения. Поэтому та модель построения энергетических мощностей, которая  у нас была при бурном росте  численности, уже работать не будет. Например: мы могли построить 500 мегаватт, в данный момент потреблять 50 мегаватт и понимать, что в течение 5-7 лет  мы оставшиеся 450 мегаватт доберем аккуратно  на рост населения, на рост спроса промышленности. Сейчас уже ситуация обратная: если мы сейчас построим 1 гигаватт, то мы из него съедим 50 мегаватт, а остальные 950 мегаватт мы никуда деть не сможем.

Поэтому была придумана следующая  концепция: а давайте мы сделаем  децентрализованное энергообеспечение. А именно: давайте мы построим в  каких-то населенных пунктах, домашних хозяйствах альтернативные источники  энергии, которые вырабатывали бы энергию  от ветра - ветрогенераторы, от солнца - солнечные элементы, и они будут  электричество запасать в виде аккумуляторов  и хранить какое-то время, пока это  не потребуется. Это было хорошо, но на этом цикл не замкнулся. Поскольку  аккумулятор тоже сложно и дорого, была предложена мысль продолжить эту  цепочку: поставить электролизеры, электролизеры разлагали бы воду на кислород, и водород бы запасался, а потом топливные элементы использовали бы этот кислород и водород для  выработки электричества и тепла  горячей воды.

Такая программа начала действовать  в Токио с 1 января 2009 года, и в  Осаке с 1 июля этого же года на пилотных домашних хозяйствах основным источником электричества и тепловой энергии  должны быть топливные элементы, которые  в качестве исходного сырья пока потребляют сжиженный природный  газ. Токиогаз и Осакагаз - это службы, которые занимаются коммунальным обеспечением, водообеспечением и энергообесечением  всех: и частных, и государственных  домовладений, и промышленных предприятий. Они продают газ, он поступает  в домовладения, после этого поступает  в реформер. Реформер его разлагает  на водород, водород поступает в  топливный элемент, топливный элемент  вырабатывает электричество и тепло. Промышленность под это создана, «Тошиба», «Энель», «Хитачи» производят все необходимое оборудование, и  потребитель в праве выбрать, что ему нужно. На сегодняшний  момент вероятность успешности программы  не менее 85%. До конца 2010 года будут идти испытания, если все будет нормально, то с 1 января 2011 года в Японии вступает в силу закон о том, чтобы все  вновь возводимое строительство  в качестве основного источника  энергообеспечения имело водородную энергетику, а в качестве сырья  использовало бы сжиженный природный  газ. Это первый и очень серьезный  шаг в мире в сторону отказа от каких-либо иных способов по выработки  электроэнергии.

На самом деле эти системы  достаточно просто заменяются на чистый водород. Если вы отключаете реформер и вместо сжиженного природного газа привозите водород, ставите баллон с водородом, он поступает в топливный  элемент, и дальше процесс продолжается так, как было до этого. Поскольку  сейчас пока есть некоторые технические  проблемы с производством водорода, есть проблемы с его хранением  и со способом его доставки, решено было, что пока это будет в формате  сжиженного природного газа. Если все  будет хорошо, то Япония примерно с 2015 года резко отказывается от сжиженного природного газа и переходит на водород  в качестве основного источника  энергии.

Почему водород? К сожалению, другого способа мы так придумать  и не смогли, ветра нам не хватит, солнца нам не хватит. У нас есть «провальная энергетика», которая  нас в состоянии обеспечить водородом. В свое время, в Канаде, в районе Великих Озер, была построена станция  огромной мощности по гидрогенерации электрической энергии. Канадцы  думали так, что у нас будут  большие мощности, мы их будем продавать  в Америку, а там промышленность, там Детройт, они будут потреблять наше электричество. Их предупреждали, что лучше так не делать, поскольку  есть большие проблемы с присоединением к сетям, синхронизацией сетей и  с емкостью сетей по потреблению  этой энергии. В общем, не смогли они  подключиться, кое-как кое-что сделали, но все равно сделали криво, и  где-то там не больше 15% мощности сбрасывают от выработанной энергии в Штаты.

Тогда канадцы стали думать: «А что можно еще делать?» Им пришла идея, что у них есть вода, и у них есть электричество, у  них есть большие капитальные  затраты, которые они понесли, у  них фактически убытки. Они сказали  так: «Давайте мы будем из воды, которая  у нас крутит турбины, которые  вырабатывают электрическую энергию, эту электрическую энергию пускать  на получение водорода и кислорода  из воды, дальше водород и кислород сжижать и танкерами, так же как  нефть, так же как газ, возить по всему  миру и продавать».

Канадцы инициировали создание компании Ballard, в учредителях которой  помимо Канады выступили также автомобильные  компании, и всячески развивают эту  тематику по производству топливных  элементов. Однако у этих элементов  есть один существенный недостаток. Дело в том, что в естественных условиях реакция между кислородом и водородом  идет очень медленно, и нам необходим  катализатор, который бы ускорял  эту химическую реакция и производил бы нам необходимое количество электричества  с достаточной для нас скоростью. В качестве катализатора используется платина. Всего в мире добывается всего 600-640 тонн платиноидов в год. Один грамм платины в идеальном  электрохимическом теоретическом  расчете равен 1 киловатту установленной  мощности, а это эквивалентно 1 кв. метру каталитической поверхности. Один киловатт установленной мощности и 1 кв. метр каталитической поверхности - это теория. Практика: 1,12 грамм платины, 0,86 киловатт установленной мощности и около 1,2 кв. метра каталитической поверхности. Один грамм платины  стоит от 70 до 100 долларов. Один квадратный метр мембраны стоит примерно 450 долларов. Цель DOE USA - 27-29 февраля этого года в Токио была очередная одна из самых крупных в мире конференций FuelCell Expo-2009.

Выступая на этой конференции, Майкл Миллс сказал, что к 2015 году цена киловатта установленной мощности (то есть топливного элемента, мощность которого 1 киловатт) должна быть на уровне 30-50 долларов. Тогда это будет  выгодно с точки зрения промышленности, тогда это будет приемлемо, и  тогда водородная экономика, тогда  водородные топливные элементы будут  покупаться, применяться, использоваться везде - и в домашних хозяйствах, и в автомобилях в том числе.

Зал в 1,5 тысячи загудел: «Мы  тебе не верим!» Сейчас 1 200 долларов за киловатт установленной мощности, 450 долларов за мембрану - только за мембрану каталитическую, дешевле уже не получается. Даже если мы откажемся от мембраны, у нас остается платина, а это  от 70 до 100 долларов. Значит, там нужно  придумать что-то такое, что позволит там получить 30-50 долларов. С платиной ничего не получается. Миллс ответил  так: «Ребята, я не знаю - как, я не знаю - что, я не знаю - кто, я не знаю - каким способом, но эту цель мы должны выполнить, если мы хотим получить 30-50 долларов за киловатт установленной  мощности. Какие это будут топливные  элементы - никто не знает. Отказывайтесь  от платины, отказывайтесь от дорогих  комплектующих».

Дело в том, что с  платиной связана еще одна проблема: для того чтобы топливный элемент  на платине работал, ему нужен  чистый водород в качестве источника  топлива. Чистый водород стоит очень  дорого. Соответственно, помимо того, что  у вас получается очень дорогой  топливный элемент, у вас получается очень высокая себестоимость  или киловатт/час электричества. Разница между химическим и чистым водородом примерно в 7-10 раз. Баллоны  представляете себе, которыми шарики заполняют воздушные? Вот такой  баллон технического водорода стоит 100 рублей, чистого - 1 000 рублей. Соответственно, киловатт/час стоит вам либо 60-70 центов, либо доллар. Все равно получается дорого.

Плюс всей этой водородной тематики, он полностью нивелируется тем минусом, который мы имеем  от платины, от водорода чистого и  от всех остальных проблем.

Помимо этого, платиноидов  всего добывается 600-640 тонн - никто  точно, к сожалению, не знает, поскольку  данные закрыты. В среднем в мире производится 60 миллионов автомобилей  в год, если мы говорим «1 грамм  платины», «1 киловатт установленной  мощности» и «1 кв. метр каталитической поверхности», то такой несложный  расчет. Учитывая, что нам нужно  как минимум 50, а на самом деле 100 киловатт в расчете на один автомобиль в среднем, мы получаем, что у нас  все 60 миллионов автомобилей будут  потреблять все 600 тонн платины. Структура  потребления платины следующая: 350 тонн - это крупнотоннажная и  каталитическая (в том числе автомобильные  катализаторы) химия, которая из нефти  дает всякие пластики, полиэтилены, полимеры и т. д. Примерно 100-150 тонн - это металлургия, примерно 50 тонн - это электроника, 10 тонн - ювелирка. Даже если мы всю платину, которую добываем, пустим на машины, это тоже будет не выход из положения. Высокая стоимость и отказ  от пластиков - мы не можем себе этого  позволить. В результате, собственно, Миллс так и сказал, что я  не знаю - как, я не знаю - что, я не знаю - кто, я не знаю - каким способом, делайте, что хотите, но сделайте.

Уверяю вас, 760 миллионов  долларов в год, которые его подразделение  получает на разработку водородных всяческих  технологий, производств, хранений, транспортировка  водорода, производство из него электрической  энергии, решат эту проблему до 2015 года. По крайней мере сейчас есть пилотные образцы, которые стоят порядка 100-120 долларов за киловатт установленной  мощности. Правда, это низкотемпературные щелочные топливные элементы, но есть шанс к 2015 году получить 30-50 долларов за киловатт.

Соответственно, проблема альтернативной энергетики заключается не столько  в том, что нам нужно отказаться от нефти, сколько в том, как перейти  на водород. Полностью мы пока не сможем этого сделать, потому что самолеты как летали на керосине, так и  летать будут на керосине, никакое  иное топливо не подходит для реактивных двигателей пока.

Скорее всего, мы пойдем частичным  путем: где-то будем ставить альтернативные источники энергии. Например, в деревнях, куда Газпром тянет почему-то нефть  с газопроводом, и куда идут электрические  линии 10-киловаттные. Предположим, там  живет 100 семей. Через 5 лет там количество семей увеличится на 10-15%. Меньше чем 10 киловатт мы туда протянуть не можем. Мы туда протянем 10 киловатт, но продавать  им будем всего 1 киловатт. Газпром  туда потянет очередную газовую  ветку. Вместо этого можем сказать: «Ребята, давайте мы построим там  ветряные генераторы, солнечные элементы, поставим электролизер и поставим топливный  элемент. И у нас там эта  схема будет работать очень эффективно. Тем самым государство: а) будет  получать больше выручки от продажи  газа и у нас будет развиваться  хай-тек. Ветряной генератор - он только с виду простой пропеллер. На самом  деле пропеллер - это пластики и композиты. Пластики и композиты, электролизеры, топливные водородные элементы, солнечные  батареи - это все хай-тек.

С солнечными батарейками, с  солнечными элементами, с фотоэлементами есть своя очень тяжелая проблема. КПД солнечных элементов, которые  сделаны из поликристаллического кремния, это 15% (я средние цифры называю), у солнечных элементов, сделанных  из монокристаллических элементов - это 25%. Никто, строго говоря, не знает, какой ущерб наносит нам вот  эта солнечная энергетика. Потому что на кремний идет достаточно много  ядовитых веществ, получение кремния  содержит в себе достаточно много  ядовитых химических процессов, мы наносим  удар по экологии.

Вторая проблема, это солнечное  излучение, которое падало на землю  в виде тепла. Оно участвовало  в балансе нашего климата: то есть земля днем нагревалась, ночью остывала, теплый воздух поднимался, были какие-то конвективные потоки, была какая-то циркуляция воздуха. А сейчас то тепло, которое  падает на солнечные элементы, частично забирается в виде электричества, это  электричество куда-то поступает, и  мы нарушаем термические циклы.