Вход на сайт

МЕДИАМЕТРИКА

Облако тегов

Топливные элементы на водороде из Черноголовки

Аватар пользователя Туфтонский рыцарь

Илья Носырев  / 29 марта 2016

Инновационная компания из Черноголовки оснащает водородными двигателями беспилотники и роботов

Первый топливный элемент был создан физиком Уильямом Гроувом еще в 1839 году, однако массовое применение эти источники электроэнергии находят только в наши дни. В мире наблюдается настоящий бум топливных элементов — уже к 2019 году объем их рынка составит 5,2 млрд долларов. И тем приятнее, что в России есть свои производители этих устройств, причем многие из них даже выпускают продукцию, превосходящую заграничные аналоги. Такова, например, расположенная в Черноголовке российская высокотехнологичная компания AT Energy, которая разрабатывает и поставляет на рынок водород-воздушные топливные элементы.

Компанию создали в 2012 году предприниматель, выпускник ГУ ВШЭ Данила Шапошников и доктора химических и технических наук соответственно Юрий Добровольский и Сергей Нефедкин. Шапошников уже имел положительный опыт ведения инновационных проектов — он был руководителем ряда компаний, в том числе компании — производителя оборудования для служб обеспечения безопасности «Лаборатория АВК», а также компании «Пирохимика», выпускающей самые маленькие в мире огнетушители.

К созданию AT Energy он привлек крупнейших российских специалистов в области инновационных источников энергии: член Международного электрохимического общества, профессор МГУ Добровольский более 20 лет управляет группами по разработке в ИПХФ РАН, а профессор кафедры химии и электрохимической энергетики НИУ «МЭИ» Нефедкин руководит отделом разработок и исследований катализаторов топливных элементов в федеральном ЦКП МЭИ «Водородная энергетика и электрохимические технологии».

Главной бизнес-идеей была коммерциализация созданных Добровольским и Нефедкиным мембранно-электродных блоков, позволяющих осуществлять электрохимическую реакцию окисления водорода. На основе этих блоков можно создавать «зеленые» топливные элементы для разных роботехнических средств — аналог легких батареек. Такого рода системы — сейчас один из наиболее перспективных путей развития возобновляемой энергетики: топливом для них служит водород.

«Применение в робототехнических устройствах обусловлено самой спецификой наших топливных элементов — это легкие и маленькие системы на несколько киловатт, — говорит Юрий Добровольский. — Сперва мы собирались производить только мембранно-электродные блоки, но теперь будем выпускать и сами топливные элементы, потому что для робототехники в России их никто не делает. Это вообще очень острая российская проблема: в области науки отставание нашей страны не является катастрофическим — кое в чем наша наука даже превосходит зарубежную, а вот в области разработок, в области инженерии это отставание ощутимо. Но сейчас появляются частные инновационные компании, которые собираются этим заниматься. Интерес к водороду растет».

 «Уголь грядущих веков»

То, что водород, содержащийся в обычной воде, может служить чистым и эффективным топливом, было ясно еще полтора века назад — все, кто внимательно читал «Таинственный остров» Жюля Верна, помнят монолог, произнесенный одним из главных героев — инженером Сайресом Смитом: «Я уверен, что наступит день, и вода заменит топливо; водород и кислород, из которых она состоит, будут применяться и раздельно; они окажутся неисчерпаемым и таким мощным источником тепла и света, что углю до них далеко!

Наступит день, друзья мои, и в трюмы пароходов, в тендеры паровозов станут грузить не уголь, а баллоны с двумя этими сжатыми газами, и они будут сгорать с огромнейшей тепловой отдачей. Следовательно, бояться нечего. Пока землю населяют люди, она их не лишит своих благ, ни света, ни тепла, она отдаст в их распоряжение растения, минералы и животных. Словом, я уверен, когда каменноугольные залежи иссякнут, человек превратит в топливо воду, люди будут обогреваться водой. Вода — это уголь грядущих веков».

Однако лишь в наши дни водородная энергетика становится подлинным кандидатом, способным заменить бензин. Топливные элементы, использующие в качестве топлива водород, имеют массу плюсов по сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания: прежде всего они бесшумны и не дают вибраций, что, например, позволяет использовать их в военной технике.

Кроме того, они намного экологичнее, ведь продуктом окисления водорода является обычная вода. «С точки зрения экологии производство водорода, как и всякий крекинг углеводородов, не самое чистое, — признает Добровольский. — Но тепловую электростанцию легче очистить от загрязнений, чем, например, автомобиль. И здесь водород — самое чистое топливо: его единственный продукт распада — вода. Ни выхлопных газов, ни окисей металлов — ничего, кроме воды».

Безопасен ли водород в качестве топлива? В околонаучных публикациях СМИ время от времени попадаются описания ужасов, которые подстерегают жителей городов в случае перехода к водородной энергетике: самый легкий элемент таблицы Менделеева, по их словам, и горюч, и взрывоопасен, и от утечки его никак не уберечься.

«Мифы об опасности транспортировки и хранения водорода создаются неграмотными СМИ, — говорит Добровольский. — Водород с этой точки зрения ничем не опаснее природного газа, даже напротив: если случается утечка, то водород как более легкий газ быстрее улетучивается. Уже сейчас посреди многих европейских столиц, например в центре Лондона, работают водородные заправки. Как вы думаете, если бы они были опасными, их бы там установили?»

Немало плюсов у водородных топливных элементов и по сравнению с используемыми в электронике литий-ионными аккумуляторами: они способны служить более восьми лет и практически не требуют обслуживания. Кроме того, емкость батарей ограничена объемом аккумулятора, а в двигателях на основе топливных элементов мощность и время работы зависят только от объема доступного водорода. «Если взять, например, автомобильный двигатель, то его максимальная мощность определяется типом самого двигателя, а максимальная энергия — объемом бензина в бензобаке. В обычной батарее мощность и максимальная энергия — это одно и то же.

В этом смысле наши топливные элементы ближе к автомобильному мотору: мощность определяется устройством ячейки, а вот энергия — объемом подающегося топлива. Если сравнивать наши топливные элементы (вместе с подключенной емкостью с водородом) с литий-ионными батареями такого же размера, наши окажутся в 5–10 раз более энергоемкими», — поясняет Юрий Добровольский.

Правда, чтобы воплотить эту задачу в жизнь, ученым AT Energy потребовались дальнейшие исследования: в Черноголовке ученые трудились над тем, чтобы сделать топливные ячейки как можно более надежными и эффективными. В результате получилось создать компактные водородные топливные элементы, которые могут работать по несколько часов в любую погоду. У блоков, выпускаемых AT Energy, есть и ряд других достоинств.

«Мы снизили количество платины в катализаторе — на текущий момент его примерно в два раза меньше по сравнению с аналогами, — говорит Данила Шапошников. — Сейчас работаем над тем, чтобы увеличить толерантность блока к примесям CO в водороде. Упраздняем систему увлажнения благодаря применению влагонезависимой мембраны. Все это позволит снизить удельную себестоимость топливных элементов — она будет в 2–2,5 раза ниже, чем у аналогов, а также повысить срок службы: мы рассчитываем, что они смогут служить до 40 тысяч часов, это примерно в два раза дольше, чем продукция других производителей».

Способность работать на «грязном» водороде обладает экономической выгодой: ведь чем более чистый водород требуется получить в процессе реформинга углеводородного сырья, тем дороже выходит весь процесс. «Нам удалось применить такие материалы, которые наименее чувствительны к примеси CO», — говорит Добровольский.

В небо на водороде

Постоянно открываются новые сферы применения водородных топливных ячеек. Одна из перспективных областей — беспилотники. Сейчас время полета дронов без подзарядки сильно ограничено: литий-ионных аккумуляторов хватает на час или даже меньше. Кроме того, батареи быстро садятся на морозе.

Выходом может стать использование топливных элементов, разработанных AT Energy: их установка на беспилотники позволяет увеличить продолжительность полета в 4–5 раз. Кроме того, такие коптеры становятся куда более выносливыми — ведь созданные компанией блоки могут работать даже на 40-градусном морозе. В условиях российских холодов это весьма актуально.

Подав заявку, AT Energy стала резидентом Сколково и получила два гранта суммарным объемом около 47 млн рублей. Среди главных преимуществ топливных элементов компании были отмечены высокая энергоемкость, длительный срок службы, экологичность и бесшумность работы. Под первый продукт — топливные элементы для беспилотников — AT Energy сумела привлечь и частные инвестиции, всего около 100 млн руб. Главным инвестором выступает группа компаний «Мортон» — ведущий российский застройщик, который, помимо строительства, финансирует ряд инновационных технологических проектов. «"Мортон" оказывает не только финансовую поддержку — компания помогает с выходом на клиентов, дает полезные советы относительно того, как вести бизнес. Сейчас вот помогает выйти на индийский рынок — благодаря "Мортону" мы установили связи с клиентом из Индии, заинтересованным в наших топливных элементах», — говорит Шапошников.

В 2014 году AT Energy выполнила первые контракты: в частности, поставила аккумуляторные системы на основе своих топливных элементов военным. Топливные элементы AT Energy использовались компанией «АФМ-Серверс» для ведения съемки Олимпиады в Сочи. В планах компании — выход на мировые рынки: благодаря снижению себестоимости производства и девальвации рубля AT Energy удастся предлагать свою продукции по самым выгодным ценам.

Источник: http://rusplt.ru/sdelano-russkimi/legkiy-no-ne-legkovesnyiy-22818.html

Фонд поддержки авторов AfterShock

Комментарии

Аватар пользователя Т55М
Т55М(2 года 11 месяцев)(13:45:53 / 28-04-2016)

водород - тупик, до тех пор пока не научаться эффективно хранить его на борту ТС.

топливные ячейки (ТЯ) выйдут массово на рынок, в тот момент, когда будет обеспечено непосредственное преобразование жидких ув в ээ. до тех пор пока есть промежуточный элемент - водород, ТЯ будут оставаться нишевым продуктом.

в свое время немало времени отдал изучению этого вопроса.

Аватар пользователя Туфтонский рыцарь

А тем временем:

13-04-2016, 10:16

Для серии мероприятий, посвященных «Неделе водорода» в Великобритании, компания DENSO провела серьезную подготовительную работу по выводу на рынок электромобилей на водородных топливных элементах (FCV). http://autoexpert.com.ua/news/sobytiya/9719-denso-glavnyj-uchastnik-nedeli-vodoroda.html

18.03.2015

В Великобритании начала работу заправка для транспорта на водородном топливе, впервые расположенная возле крупного супермаркета.

http://gasworld.ru/ru/news/world/novaya-vodorodnaya-zapravochnaya-stanci...

13 июня 2015

Первый трамвай на водородном топливе пущен в Китае

http://econet.ru/articles/69748-pervyy-tramvay-na-vodorodnom-toplive-pus...

Дата?

На территории Штатов функционирует всего 10 водородных заправочных станций, 9 из которых расположены в Калифорнии.

http://avtostrada.org/avto---tehnologii/vodorodnyie-zapravki-sderjivayut...

Так что, исследования надо продолжать. А там, возможно появятся новые материалы и новые технологии. И дело пойдёт.

Аватар пользователя gerasimenko-vla
gerasimenko-vla(2 года 9 месяцев)(14:15:45 / 28-04-2016)

К этой установке подсоединяется топливный процессор- Такая штуковина, в которой происходит превращение любого углеводорода  (бенз, дизтопливо, ацетон, растворители) и воды в синтез газ, Процесс идёт сам по себе, просто необходимо создать условия, не даром его топливным процессором называют. так во тсинтез газ далее превращается в водород и углекислый газ, проходя через мембрану водород окисляется, трансформируя 95% химической энергии в электричество, Ещё %5 тратится на трансформацию углеводородов в смесь углекислого и водорода. В итоге на выходе получаем что 90% энергии бенза напрямую в электричество трансформируется, а трансформация электричества в движение ещё 5% занимает, . А теперь сравним с двигателями внутреннего сгорания  35-40%  превращается в энергию движения. 

А теперь вывод, при введении этих технологий, мы получаем энергетический выхлоп, эквивалентный нахождению ещё одной планеты с нефтью и газом, то есть увеличиваем ресурсную энергетическую базу человечества в 2 раза, н

Комментарий администрации:  
*** Если ребёнок родился с браком - родителям следует положить ладонь на рот и нос, и с любовью разьединить душу и тело (с) ***
Аватар пользователя Т55М
Т55М(2 года 11 месяцев)(15:03:29 / 28-04-2016)

вот созданием подобных топливных конвертеров я и занимался. 7 лет.

какие температуры?

какой баланс?

мы парциально окисляли жув, температура устойчивой реакции была, скажем так, значительно менее 400 градусов С

Аватар пользователя gerasimenko-vla
gerasimenko-vla(2 года 9 месяцев)(17:09:00 / 28-04-2016)

Через сеть капилляров нагретых до 800-1000 по цельсию, проходит пар углеводородов,(получается в компактном испарителе, где все примеси остаются) смешанный с определённым количеством водяного пара, на выходе капилляров стоит капиллярный охладитель , конденсирующий остатки непрореагировавших воды и углеводородов и возвращает конденсат в цикл. А водород и угарный газ направляются в систему протонообменных мембранн (угарный газ можно окислить до углекислого на одном типе мембран, углекислый газ этому процессу не помеха , а водород на другом. Всё можно разместить  в отсеке , размером с аккумулятор автомобильный используя 3Д печать по металлу. Можно поставить отсек для изъятия элементов из углеводородного пара таких как сера фосфор, (Отравляющих протонообменные мембраны) и продавать их задёшево на любой заправке

Комментарий администрации:  
*** Если ребёнок родился с браком - родителям следует положить ладонь на рот и нос, и с любовью разьединить душу и тело (с) ***
Аватар пользователя Т55М
Т55М(2 года 11 месяцев)(17:14:17 / 28-04-2016)

на 1000 может уже коксование начаться.

у меня нагреватель-теплообменник был 400 градусов

Аватар пользователя gerasimenko-vla
gerasimenko-vla(2 года 9 месяцев)(18:47:45 / 28-04-2016)

Я же сказал точно отмеренное количество водяного пара Это ТОПЛИВНЫЙ ПРОЦЕССОР, само название говорит о чёткости отмеренных концентраций, при такой температуре  даже уголь с водой реагирует с образованием синтез-газа. Всё дело в развитой поверхности капилляров и высокой температуре, скорость целевой реакции возрастает по уравнению Аренниуса на порядки, следовательно саму систему нагрева капилляров можно зделать компактной, причём настолько эффективной, что не понадобится конденсатор непрореагировавших углеводородов, а непосредственно будет нагретый синтезгаз идти к мембранам, кстати эффективность мембран достигает максимальных значений где то при 500-800  по цельсию. 

Комментарий администрации:  
*** Если ребёнок родился с браком - родителям следует положить ладонь на рот и нос, и с любовью разьединить душу и тело (с) ***
Аватар пользователя gerasimenko-vla
gerasimenko-vla(2 года 9 месяцев)(17:10:20 / 28-04-2016)

м

Комментарий администрации:  
*** Если ребёнок родился с браком - родителям следует положить ладонь на рот и нос, и с любовью разьединить душу и тело (с) ***
Аватар пользователя chemist_16
chemist_16(1 год 10 месяцев)(21:50:34 / 28-04-2016)

На данный момент технология топливных элементов в принципе имеет смысл только для военных/авиакосмической индустрии.
Связано это с безумной себестоимостью. Современные промышленные образцы жрут 150 мг платины на 1 см2 мембранно-электродной сборки. И это, что самое главное, не самый дорогой элемент в конструкции. Платина - примерно 20% себестоимости. Мембрана же - около 35%.
А, кстати, запасов платины ни разу не много. ЕМНИП, всех запасов (включая не очень разведанные) хватает на 20% мирового автопарка, к примеру.
Но военные эту штуку вполне пользуют. До водородизации же всего - еще лет 50 минимум, как мне кажется:)

Аватар пользователя lataragan
lataragan(2 года 3 месяца)(02:59:21 / 29-04-2016)

любопытно

Комментарий администрации:  
*** Клон nopasaran (почти дословные дубли комментов), блокирован ***

Лидеры обсуждений

за 4 часаза суткиза неделю

Лидеры просмотров

за неделюза месяцза год

СМИ

Загрузка...