В мире подобные технологии уже существуют, но купить и привезти к нам генератор электроэнергии на топливных элементах, пусть даже для бытового применения, абсолютно невозможно, — рассказывает и.о. заведующего кафедрой технологии неорганических веществ и электрохимических производств ВятГУ кандидат химических наук Антон Кузьмин.
Первоначально топливные элементы разрабатывались для создания «воздухонезависимых» энергетических установок для космических кораблей, подводного флота и других специальных применений. И только спустя десятилетия эти технологии дошли до массовых потребителей.
Традиционный цикл тепловых электростанций (ТЭЦ, ГРЭС) — это последовательная передача энергии от сжигания углеводородного топлива теплоносителю, преобразование ее в механическую, а потом в электрическую энергию. Даже теоретический КПД процесса немного превышает 60 процентов, а реальный — 40.
— Уже сейчас разработаны энергоустановки на основе твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), которые дают КПД больше 70 процентов. Это позволяет тратить на производство энергии в два раза меньше полезных ископаемых, чем в традиционной энергетике, — поясняет Антон Кузьмин.
Сложность в том, что ТОТЭ, которые могут «переваривать» практически любое топливо (природный газ, биотопливо и даже аммиак), должны функционировать десятки тысяч часов при температурах больше 800 .C. А при более низких температурах можно использовать только чистый водород, получение, хранение и перевозка которого вызывает дополнительные сложности.
Батареи ТОТЭ, разрабатываемые в ВятГУ, чем-то напоминают барабан револьвера, в котором вместо патронов — многослойные трубки из керамических и композитных материалов.
— Передо мной стояла задача подобрать такие составы, которые обеспечивали бы, с одной стороны, высокую эффективность каждого слоя, с другой — его долговечность. Как правило, эти параметры противоречат друг другу, — поясняет младший научный сотрудник Алексей Иванов. — Нужно еще учесть, что технология будет использоваться не в стенах лаборатории, а на реальном производстве, где применяются куда менее химически чистые реактивы.
Научный руководитель проекта ВятГУ «Среда обитания» в рамках федеральной программы «Приоритет-2030» Антон Кузьмин поясняет, что было много работ по созданию отдельных компонентов тех самых трубок. Порой их авторам удавалось достичь очень серьезных результатов. Вся беда в том, что результаты этих работ зачастую оказываются непригодны для промышленности.
Предприятиям реального сектора нужен готовый прототип топливной ячейки, чтобы через год-другой запустить его в производство.
Именно поэтому в ВятГУ чуть раньше разработали композитный токопроводящий материал, который будет фиксировать трубки в барабане. Отработали технологии создания и нанесения защитных покрытий для стальных обойм, удерживающих всю конструкцию и обеспечивающих передачу электрического тока в низкотемпературную зону топливной ячейки.
Следующий этап — собрать действительно работающий прототип, на основе которого уже можно выпускать высокопроизводительные генераторы электроэнергии самого разного назначения.
Иллюстрация к статье:
Обсуждение