Первый шаг за горизонт

3 октября в Иркутске стартовала первая сессия образовательного проекта компании En+ Group и Корпоративного университета «ЕвроСибЭнерго» «Энергия будущего». Темой для первой сессии стала «Инновации в энергетике». Сессия прошла в актовом зале Технопарка Иркутского национального исследовательского технического университета (ИрНИТУ).

Как создаются традиции

По замыслу организаторов проект «Энергия будущего» будет состоять из четырех образовательных сессий, которые пройдут в Иркутске на базе ИрНИТУ и в Красноярске на базе Сибирского федерального университета. Все сессии будут посвящены технологиям будущего, а лекторами станут ведущие эксперты — ученые, руководители промышленных предприятий и другие специалисты в сфере энергетики. Аудиторией проекта станут не только студенты, но и все, кто хочет разобраться в современных проблемах отрасли, «зеленой экономике» и новых технологиях. Содержание лекций и другие материалы проекта будут опубликованы на сайте проекта en.plus.

— Мы присутствуем на историческом событии — на самой первой сессии нашего проекта, и я хочу поблагодарить и. о. ректора ИрНИТУ Александра Афанасьева за возможность провести это мероприятие на базе университета, — сказала руководитель проекта Елена Вишнякова.

— ИрНИТУ всегда открыт для таких предложений, и, если у вас будут какие-то новые идеи, начинайте с нас, не ошибетесь, — поблагодарил в ответ Александр Афанасьев.

Гости сессии заложили первую традицию: общее фото перед началом работы —  и не без удивления увидели, как их много: зал был полон настолько, что даже «галерка» на втором этаже была забита, часть гостей слушали доклады стоя.

Не ждите прогноза от фантастов

Первым лектором стал писатель-фантаст Леонид Каганов, посвятивший свой доклад тому, как видели энергетику будущего писатели в своих произведениях и что из этих предсказаний сбылось.

— К каждому писателю время от времени обращаются журналисты с просьбой рассказать, что будет и куда двинется техника. Писатели не очень любят эту тему, потому что мало что сбывается. Обычно вспоминают Жюля Верна, но он просто любил читать, а эксперименты с лодками начались за 60 лет до него. Алексей Толстой не предсказал лазер, тогда были модны «лучи смерти», и он отработал тему. Булгаков не предсказывал успехи биологии, он высмеивал эксперименты профессора Иванова, — напомнил Леонид Каганов.

Большинство авторов не любят и датировать свои пророчества, но иногда можно найти точные даты — можно проверить и увидеть, что экспедиции из сериала «Стар Трек» должны были стартовать в 1992 году, а события повести братьев Стругацких «Путь на Амальтею» — это 2001 год. Герберт Уэллс был одним из лучших предсказателей: он писал, что в 1953 году человечество начнет эксплуатацию атомной энергии. Станислав Лем писал, что уже в 2003 году будут созданы автоматы, превращающие солнечный свет в углекислоту, сахар и воду.

— Вот это проект, о котором можно подумать, — отметил Леонид Каганов. — На самом деле я насчитал от силы два реализованных пророчества. Писатель Артур Кларк был физиком и астрономом, занимался разными исследованиями и запомнился нам тем, как он предсказал геостационарные спутники. Он рассчитал орбиту и в старости очень жалел, что идею не запатентовал, потому что сегодня на таких спутниках работают все телекоммуникации. Советский писатель Иван Ефремов предсказал алмазы на Чукотке — он был геологом и путешественником, некоторые ощущения он записывал в художественных произведениях.

Помимо описаний различных проектов писатели-фантасты предсказывали и энергетические катастрофы. В 1865 году был опубликован прогноз, что Англия останется без угля  и все заводы встанут. В 1939 году предсказывали, что нефти осталось на 13 лет, а газа — на 10; знаменитые доклады «Римского клуба» «Пределы роста» утверждали, что многие металлы и минералы закончатся к середине 1990-х, а алюминий — к 2009 году.

— Что особенно смешно, потому что в земной коре его около восьми процентов, — отметил Леонид Каганов. — Прогнозы эти не сбылись, поэтому не стоит давать и негативных прогнозов. Давайте развивать энергетику так, чтобы она была мирной, экологичной и безопасной. Вы, надеюсь, поняли, что от писателей прогнозов ждать нечего, нужно слушать профессионалов.

Будущее безжалостно к отстающим

Предприниматель, эксперт по возобновляемым источникам энергии и инновациям в энергетике Михаил Козлов относится как раз к числу практиков. Его доклад «Энергетика 2.0. Взгляд в будущее» начинался с напоминания о структуре современной энергетики: добыча полезных ископаемых — перевозка на энергетические объекты — производство энергии — передача по сетям — потребление. И вот итог: несколько лет назад в Германии цена на мегаватт составила минус 100 евро. Это был солнечный, ветреный и воскресный день, когда произвели много энергии, а потреблять ее было некому.

— В Европе появилось так много возобновляемой энергии, что она сегодня вытесняет лучшие тепловые станции. Происходит структурный кризис энергокомпаний, за несколько лет они потеряли в стоимости несколько миллиардов. В 1970 году большинство энергокомпаний имели рейтинг АА или ААА, но к 2015 году их рейтинг упал до «мусорного», им никто не даст кредит. Это значит, что нужно что-то менять, — отметил Михаил Козлов.

Меняется все и буквально на глазах: потребители учатся экономить, строят накопители и даже становятся производителями энергии; сети становятся «умными» и сверхдлинными. На наших глазах линейная система «производитель — сети — потребители» становится похожа на структуру молекулы: вокруг каждого элемента-«атома» нарастает окружение в виде накопителей, мелкого производства и сторонних потребителей. Самый интересный сегодня элемент — накопители. Электрохимические и кинетические позволяют хранить десятки мегаватт; гидро-,

пневмо-, термо- и крионакопители позволяют оперировать уже с гигаваттами энергии.

В России уже есть несколько гидроаккумулирующих станций, но есть и альтернативные решения — перевозить «энергию» в виде энергоемких продуктов — например, алюминия и водорода. Исландия, которая находится далеко от всех стран, но имеет избыток энергии, первая страна в мире, которая живет за счет «экспорта энергии»: все крупные производители построили в этой стране свои заводы и вывозят из страны концентрированную энергию в виде слитков металла.

— Следующий шаг на этом пути — транспортировка водорода, который можно производить, хранить и перевозить. Уже три страны — Япония, Россия и США — занимаются проектами передачи энергии через космос. Пока это далеко от коммерции, но работа идет. В ближайшие десять лет количество систем накопления и транспортировки вырастет на порядок, — подчеркнул Михаил Козлов.

Крупная энергетика останется «скелетом», но обрастет мелкими генерирующими станциями: «Это как в коробку набросать камней, а потом еще насыпать песка — пустоты будет меньше». Первое решение, уже воплощенное в конкретном коммерческом проекте, — угольный генератор на древесном угле. В таком устройстве уголь газифицируется и получается газ, а газ можно сжигать в том же генераторе, который сегодня работает на бензине, — достаточно поменять фильтр. Такое решение Михаил Козлов назвал «идеальным для таких мест, где нет сетей, но есть небольшие потребители». Это не обеспечивает качества и большого количества энергии, но делает ее более доступной даже в Африке: если у вас нет ни нефти, ни газа, дрова-то вы найдете.

Проект, название которого можно перевести как «гравитацию — в свет», явно будет популярен в небольших населенных пунктах и у туристов. Работает конструкция на принципе часов-«ходиков»: в мешок грузят тяжести, поднимают его вверх, а затем он медленно опускается, вращая генератор, — так можно, например, зарядить телефон. И это, как ни странно, первая потребность, с которой столкнулась компания-разработчик, поставившая проект на коммерческую основу.

Третий проект позволяет объединить дизель-генератор, солнечные панели и накопитель. Такая система позволяет сглаживать пики производства и потребления. Пока, признал Михаил Козлов, она не работает, потому что нет баланса между накопителем и солнечной панелью, но будущее энергетики находится именно в этом направлении — эта система адаптивна и мобильна. Например, в России нужно завершить изменения в федеральном законодательстве, которые позволили бы рядовым гражданам продавать в общую сеть энергию, произведенную их личными солнечными батареями.

Заряди часы теплом собственного тела

Профессор Сколковского института науки и технологий Артем Оганов, которого участникам сессии представили как «будущего Нобелевского лауреата», прочел лекцию о новых материалах в энергетике.

— Суть моего выступления такая: чтобы многие технологии заработали, нужно иметь особенные материалы. В начале 2016 года вышел обзор по новым материалам для энергетики, и мы можем объявить начало новой технологической революции. В таблице приведены многие материалы, которые были предсказаны, а потом получены на практике. Раньше многие материалы находили случайно, а теперь теоретический дизайн материалов бросает вызов традиционным способам. Здесь мы видим материалы для литий-ионных аккумуляторов, для сверхпроводников и так далее. Часть этих материалов получены в моей лаборатории, — пояснил Артем Оганов.

Первоочередная задача ученых — предсказать кристаллическую структуру. До недавнего времени это считалось невозможным, потому что число вариантов взаимного расположения атомов бесконечно велико, чтобы перебрать все варианты, ученым потребовалось бы больше времени, чем возраст Вселенной. Однако Артему Оганову и его коллегам удалось создать алгоритм, который позволил быстро находить оптимальную структуру. Сочетание базового алгоритма с принципами квантовой механики позволило получать результат быстро, точно и надежно. Можно предсказывать не только свойства, но и химический состав соединений – в системе марганец-бор лаборатория Оганова нашла сочетание, которое не считалось в экспериментальной работе возможным, но в итоге соединение, обладающее многими полезными свойствами, было получено. Недавно исходный алгоритм был дополнен, и теперь он позволяет не только находить все возможные полезные варианты, но и быстро находить лучший.

Для энергетики был найден целый ряд сверхпроводящих материалов. Само это явление было открыто случайно в 1911 году, и с тех пор все открытия в этой сфере происходили случайно и внезапно. Для ученых было удивительно, что сверхпроводником, например, являются алмазы. Недавно группа китайских ученых, работая по методу Оганова, предсказала теоретически, что при определенных условиях сероводород станет нестабильным, а затем станет сверхпроводником при температуре 200 градусов по шкале Кельвина (предыдущий рекорд составлял 130 градусов). Спустя год была опубликована работа российских экспериментаторов, подтвердивших эти данные на практике. Если в этом соединении заменить часть атомов фосфором, температура повысится до 280 градусов по Кельвину — это уже практически комнатная температура.

— Как добиться стабильности этого соединения при нормальном давлении, пока никто не знает, — признал Артем Оганов. — Думаю, что решение придет с неожиданной стороны.

Ведутся опыты для солнечной энергетики: традиционная кремниевая панель дает эффективность 20—25 процентов, получены опытные панели с эффективностью до 45 процентов, но они слишком дороги для массового внедрения. Лаборатория Оганова предсказала новую форму кремния, позволяющую значительно повысить эффективность без увеличения цены. Есть перспективная альтернативная технология — расщепление воды при помощи фотокаталитической реакции (получение водорода из воды), и сейчас во всем мире идет поиск материалов для ее воплощения. Есть планы утилизации тепла двигателей машин для превращения его в электроэнергию. Проблема термоэлектрических технологий в недолговечности материалов: если удастся повысить срок жизни оборудования в два-три раза, технология станет очень эффективной и выгодной.

— Мы только начали заниматься этой темой, и, если что-то получится, мы всех вас порадуем новыми приборами. Например, можно вставить такой термоэлемент в одежду и в жару заряжать от одежды телефон. Или зарядить часы от тепла собственного тела, — пояснил Артем Оганов. — Должен признать, что я не очень верю в материалы для хранения водорода. Чтобы просто работали автомобили, нужно иметь какую-то батарею, из которой можно было бы извлечь 15—20 процентов водорода, а потом зарядить обратно. Сейчас можно извлечь не более шести процентов; если больше — материал безнадежно разрушается.

Гораздо интереснее было бы хранить газы в микропористых материалах цеолитах, или «молекулярных ситах». Один литр цеолитов может удерживать 83 литра углекислоты, что позволяет утилизировать вредные парниковые газы, а можно таким же способом хранить и горючий газ. Еще более интересны газовые гидраты: особая форма льда позволяет закачивать тот же углекислый газ и просто сбрасывать его в море, потому что такой лед стабилен при низких температурах.

— Более того, большая часть природного газа в мире находится в природе именно в виде газовых гидратов, но никто пока не придумал, как их безопасно и рентабельно извлекать и перерабатывать, — отметил Артем Оганов. — Подводя итог, могу сказать, что революционных прорывов стоит ждать в сфере фотокатализа: это будет абсолютно чистая энергия, которую вы получите из готовой смеси водорода и кислорода.

Отвечая на вопросы слушателей, лектор признал, что вряд ли стоит ждать атомные батарейки для личного пользования, — скорее, личная энергетическая автономность будет связана с развитием термоэнергетики. Другой вариант связан разве что с использованием полония: он уже используется для производства энергии на космических станциях, а вообще при периоде полураспада в полгода полоний представляется наиболее эффективным материалом для небольших и высокопроизводительных батарей.

Сессия завершилась большой дискуссией, в которой приняли участие студенты и преподаватели ИрНИТу, предприниматели и журналисты. По предварительному плану организаторов вторая сессия состоится в Красноярске в последней декаде ноября, она будет посвящена «климатической экономике». Участники сессии обсудят влияние изменений климата на глобальную экономику и можно ли регулировать эти процессы, а также — что наиболее интересно и важно — можно ли влиять на изменение климата сознательно.

Борис Самойлов, «Байкальские вести».

Фото автора.

На фото: Слева направо: Михаил Козлов, 
генеральный директор ПАО «Иркутскэнерго»
Олег Причко, Леонид Каганов, Артем Оганов