В Петербурге создан опытный образец батареи топливных элементов, открывающей путь энергетике будущего
«Водород + кислород = вода». Одна из первых формул, изучаемых в школьном курсе химии. Уже почти столетие человечество мечтает «приручить» этот окислительный процесс, чтобы получать от него энергию, однако реально дело сдвинулось только в последние годы. Сегодня альтернативная водородная энергетика в США, Японии, Германии, Китае вплотную приблизилась к стадии коммерческого внедрения. Под флагами Норвегии и Финляндии уже бороздят
Демонстрируемый в ЦНИИ СЭТ опытный образец батареи (для работы троллейбуса таких нужно две) состоит из 180 плоских собранных в пакет топливных элементов, на которых и происходит электрохимическая реакция с упорядоченным движением электронов — то есть с образованием электрического тока.
— Событие если не историческое, то по крайней мере знаменательное: водород готов войти в нашу жизнь, а конкретно — в транспортную отрасль Петербурга, — сказал участник презентации советник директора «Горэлектротранса» Сергей Китаев. — Оборудованные такими установками троллейбусы, трамваи и автобусы без привязки к контактной сети, без шума и пыли побегут по улицам нашего города, оставляя за собой лишь облачко водяного пара. Впрочем, это будут уже не троллейбусы, а эффективные и экологичные электробусы.
Такие ожидания уже подкреплены документально: на прошедшем в конце мая инновационном форуме пассажирского транспорта
В нем говорится о начале работ по использованию водородной батареи в качестве источника питания для городского электрического транспорта.
Заявленные разработчиками преимущества от использования нового топливного устройства — необычайно высокая эффективность, энергоресурсосбережение, экологичность, отсутствие шумов и вибраций, износостойкость.
— Водородная батарея — это устройство, в котором происходит преобразование химической энергии водородного топлива в электрическую, — поясняет принцип действия установки зам. директора филиала ЦНИИ СЭТ Крыловского научного центра главный конструктор по направлению водородной энергетики Игорь Ландграф. — В отличие от машинных преобразователей энергии на топливные элементы не распространяется действие так называемого цикла Карно (когда термодинамическая система выполняет механическую работу), оттого и коэффициент полезного действия у них высокий. У дизеля КПД — 35%, а у этой батареи при номинальной нагрузке — 50%, на меньших — до 70% (у дизелей все наоборот: при снижении нагрузки КПД падает).
Тепло в такой батарее — низкопотенциальное: рабочая температура не превышает 60 оС и не является основным действующим продуктом, как при сжигании обычного топлива, а лишь побочным. Другой побочный продукт такой реакции — чистая вода, которую можно использовать как в цикле установки, так и для нужд того места, где она работает.
Водород для такой установки можно брать из баллонов, а можно получать методом конверсии из тех же углеводородов. Причем если при сгорании бензина, солярки или природного газа в обычном двигателе температура вырастает до 2 — 3 тыс. градусов по Цельсию, то конверсионные окислительные процессы происходят при температуре 650 — 700 градусов Цельсия
— Это важно, — поясняет Ландграф. —
Серьезную проблему повышения эффективности электрохимической реакции разработчикам ЦНИИ СЭТ удалось решить при помощи одной ключевой нанотехнологии. Полимерную пленку, которой предстоит стать мембраной, пропускающей положительно заряженные частицы и задерживающей электроны, покрывают ровнехоньким слоем катализатора — платиной размером всего 2 — 3 нанометра, нанесенной на частицы сажи. Едва ли не единственная в России установка по промышленному нанесению этих «каталитических чернил» находится здесь, в ЦНИИ судовой электротехники (за год, ритмично работая в две смены, такая машина может «накатать» мембран для энергоустановок на топливных элементах общей мощностью 2,5 мегаватта). «Выкрашенную» таким образом пленку вместе с графитовой бумагой вставляют в прозрачную поликарбонатную рамку — и топливный элемент готов к проверкам, испытаниям и сборке.
В сборочном цехе за стеклом — испытательный стенд, на котором размещена четверть
— Еще одно важное преимущество энергоустановки на топливных элементах: вступающие в реакцию газы не надо специально дозировать. Она в отличие от дизеля или турбин сама «берет» исходных компонентов столько, сколько требует потребитель, а это означает не только экономию, но и безопасность, — поясняют разработчики.
— На Западе
У установок на водородных топливных элементах большое будущее, уверены в Крыловском центре: они будут использоваться как стационарно, так и на транспорте. Очень пригодятся на объектах Крайнего Севера, удаленных территориях, где нет централизованного энергоснабжения. Газовозам такие установки позволят ходить на перевозимом природном газе, не беспокоясь о заправке. Они также эффективны и удобны в качестве резервных источников питания на ответственных объектах. Если поставить водородные топливные элементы в газовых котельных, сократится потребление газа, к тому же вместе с главным продуктом — электроэнергией будет производиться столь нужное ЖКХ тепло. Вариантов применения инновации множество — вплоть до миниатюрных водородных батарей для гаджетов…
Но ближе всех к внедрению «рабочих» водородных батарей сейчас российский флот: предложения ЦНИИ СЭТ по созданию модуля энергоустановки на водородных топливных элементах для гидрографического судна проекта 23340, которое проектирует «Балтсудопроект», уже приняты Минпромторгом. И это будет решением серьезнейшей флотской проблемы — ведь наши суда
Естественный для начального досерийного этапа недостаток разработки — определенная дороговизна. Удешевить новые машины можно, лишь перейдя к серии.
В петербургском «Горэлектротрансе» к массовому превращению троллейбусов в электробусы морально готовы, хотя и понимают:
Оригинал статьи размещен на сайте Санкт-Петербургские Ведомости
