На VIII Международном форуме технологического развития «Технопром-2021» сибирские ученые и промышленники обсудили перспективы применения водорода, энергетическую эффективность его производства и попытались ответить на вопрос: почему водородная энергетика до сих пор не получила широкого распространения? «Экологические вызовы и исчерпание природных ресурсов требуют новых путей технологического развития.
// www.sib-science.info
Не знаю куда но статья крайне интересная.
Водородное топливо: проблемы и перспективы | Новости сибирской науки
Академик рассказал про серию совместных работ ИТ СО РАН и израильской компании GenCell, которая специализируется на водородных топливных элементах небольшой мощности (пять киловатт). Ученые ИТ СО РАН занимались задачами тепломассообмена: от внутреннего теплообмена до создания цифрового двойника . Практически все узлы этих топливных элементов были разработаны при научном сопровождении новосибирского института.
«Сейчас есть договоренность с этой компанией, что при нашем участии в России эти топливные элементы будут адаптироваться для арктических условий, низких температур (пока они предназначены для условий до -20 °C). Мы почти договорились с одним из новосибирских предприятий из системы «Росатома», что они будут производить такие топливные элементы по лицензии, с нашим научным сопровождением», — сказал Дмитрий Маркович.
Другая идея ученых — использовать не чистый водород, который сложно транспортировать, а генератор водорода из аммиака путем крекинга. Аммиак можно доставлять в любые точки и уже там перерабатывать в водород.
Также в ИТ СО РАН разработаны воздушно-алюминиевые топливные элементы. Ученые нашли рецепты ингибиторов коррозии в электролите и оптимальный сплав алюминия с различными добавками. Лабораторный образец уже готов и находится в ожидании инвестора.
Недавно ученые ИТ СО РАН закончили работу по трехгодичному гранту с китайскими партнерами, в рамках которого создавались подходы по малоэмиссионному сжиганию и синтезу газов применительно к энергетическим газотурбинным установкам.
«Конечно, наши подходы не могут быть напрямую реализованы для нужд авиации и большой энергетики, но они могут быть использованы для создания новых поколений топливных элементов для широкого спектра применений», — заключил академик.
Каталитические технологии генерации и хранения водорода и синтетических топлив
Руководитель отдела гетерогенного катализа ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» доктор химических наук Павел Валерьевич Снытников рассказал про каталитические технологии генерации и хранения водорода и синтетических топлив.
snyt.jpg
«На мой взгляд, водород не стоит рассматривать как топливо. Это все-таки энергоноситель, который позволяет более длительно аккумулировать ту энергию, которая получается в возобновляемых источниках энергии», — подчеркнул ученый.
По словам Павла Снытникова, сохранять водород и использовать его длительное время помогут химические методы, которые будут переводить его в различное синтетическое, возобновляемое сырье, в том числе спирты, эфиры и углеводороды. Эти технологии уже достаточно хорошо реализованы в промышленности. Неплохим источником такого водорода может стать аммиак. В России аммиачное производство составляет более 20 миллионов тонн. Технологии отлажены и могут масштабироваться.
Ученый рассказал про технологии, которые разрабатываются в ИК СО РАН. Так, в институте модернизируется криогенное хранение водорода. При сжижении в смести орто- и пароводорода происходит естественное выкипание водорода, потери составляют до 20 % в день. Но если каталитически перевести ортоводород в пароводород, то возможно длительное хранение. Эта технология была реализована в СССР, затем потерялась, а в последние годы ее воссоздали в ИК СО РАН.
«Мы сделали опытный лабораторный стенд. Создана технологическая линия получения катализатора мощностью до пяти тонн в год. В ближайшее время институт готов по этой технологии поставлять катализатор заказчику, чтобы производство такого криогенного водорода можно было наладить в России», — сказал Павел Снытников.
В ИК СО РАН разрабатываются каталитические методы получения водорода и водородсодержащих смесей. Так, перспективно получать водородсодержащий газ напрямую из углеродсодержащих компонентов (в первую очередь — из ископаемого сырья).
«Мы можем делать соединение для хранения водорода синтетически, используя электролизный водород, технологию улавливания углекислого газа. А затем получать бензин-дизель, синтетический метан, метанол, метиловый эфир. Эта технология позволяет задействовать уже готовую инфраструктуру по снабжению углеводородными топливами и получать водород там, где это необходимо. Она позволяет решить давнюю проблему курицы и яйца: чтобы водородная технология пошла в массы, нужна развитая инфраструктура, а для последней необходимо достаточное количество энергоустановок, работающих на водородных топливных элементах», — отметил ученый.
Недавно исследователи ИК СО РАН выиграли проект, в рамках которого сегодня рассматривают концепт водородной заправки. На первой стадии там будет использоваться автотермическая конверсия, а на второй — совмещенно каталитический процесс с улавливанием углекислого газа.
Кроме того, сейчас в институте отрабатывается процесс получения водорода из зеленого аммиака. Водород здесь добывается не из природного газа, а при помощи возобновляемых источников энергии. Кроме того, перспективно получение аммиака на основе прямого электрохимического синтеза. Такой процесс происходит при нормальных температурах и давлениях, в отличие от стандартного синтеза аммиака. Можно использовать аммиак напрямую, а можно за счет каталитического разложения получать из него смесь водорода с азотом и использовать ее в топливных элементах.
Также сотрудники ИК СО РАН взаимодействуют с Уфимским мотостроительным производственным объединением. Благодаря их методике можно получать из природного газа синтез-газ и использовать его для минимизации процессов образования оксидов азота. Это позволяет значительно улучшить показатели экологичности таких турбин. Работа находится на стадии опытных испытаний на стороне заказчика в Уфе.
Еще одно потенциальное перспективное направление — получение водорода из различных углеводородных топлив путем термического разложения (пиролиза).
«Сейчас компетенции ИК СО РАН таковы, что мы можем из любого углеводородного, углевод-содержащего топлива, аммиака, неуглеводного топлива, используя различные каталитические процессы, получать синтез-газ, водородсодержащие смеси. Проводить доочистку до нужного качества и применять такой углеводород в топливных элементах, строить водородные заправки и получать ценные химические продукты», — отметил Снытников.
Твердооксидные топливные элементы
Про твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) рассказал директор Института химии твердого тела и механохимии СО РАН член-корреспондент РАН Александр Петрович Немудрый.
nemudr.jpg
«Основные проблемы, которые стоят перед энергетикой будущего, — это экологичность и эффективность. Первая решается путем использования возобновляемых источников энергии и водородной энергетики. Для решения второй надо поднимать КПД, а также использовать распределенную энергетику. Эти требования можно в полной мере реализовать с использованием топливных элементов», — отметил ученый.
Преимущество твердооксидных топливных элементов в том, что они гибкие с точки зрения использования топлива. Благодаря им можно поставить установку, которая будет генерировать электроэнергию непосредственно под необходимую нагрузку. ТОТЭ генерируют электроэнергию, тепло и воду. Однако для их использования необходима высокая температура, что оборачивается жесткими требованиями к материалам и их совместимости. Механические свойства несущего слоя должны быть очень прочные. В этой связи ученые обращают внимание на топливные элементы, где есть металлическая или керамическая пористая поддержка.
Ниша ИХТТМ СО РАН — микротубулярные ТОТЭ. Они имеют высокую удельную мощность и устойчивы к температурным градиентам. Ученые собираются использовать в производстве ТОТЭ аддитивные технологии.
По мнению Александра Немудрого, сложность создания в России серийного производства ТОТЭ объясняется общей проблемой — «долиной смерти» между научной разработкой и производством. В институте невозможно полностью отработать технологию, которая пошла бы в серию. А производственники не стремятся вложить свои деньги в НИОКР и довести лабораторную разработку до серийного производства. От получения технологии до ее внедрения в производство должно пройти минимум шесть-семь лет.
Диана Хомякова