18–21 сентября в подмосковной Черноголовке на базе Института физики твердого тела им. Ю. А. Осипьяна Российской академии наук (ИФТТ РАН) проходит конференция «Топливные элементы и энергоустановки на их основе». Мероприятия второго дня были посвящены сугубо практическим вопросам — новым технологическим решениям на горизонте «российского водорода», который достаточно сильно изменился после февраля 2022 года. Мы поинтересовались, что нового в водородных технологиях России появилось в последние месяцы или появится в ближайшие несколько лет.
Алексей Мельников, представитель группы компаний «ИнЭнерджи», одного из лидеров российских водородных технологий, рассказал о двух направлениях работы компании — проекте «Астра», которым он руководит, решениях для водородного электродвижения на основе водородных протоннообменных мембранных топливных элементов (ПОМТЭ) и портативных энергоустановках ТОПАЗ на основе высокотемпературных твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ).
Топливный элемент, вопреки своему названию, не сжигает топливо, а проводит электрохимическое его окисление с получением электричества. Протоннообменные топливные элементы работают при температурах 70–80 °C и используют в качестве топлива водород. ТОТЭ могут работать и с обычными углеводородами (метан, пропан, бутан и так далее), однако требуют для своей работы уже сотни градусов.
В своем докладе Мельников рассказал о четырех направлениях потенциального применения «Астры» — для автомобильного, железнодорожного, водного и воздушного транспорта — и о том, что сейчас основные усилия сконцентрированы на автомобильном и отчасти железнодорожном направлении.
Особый акцент он сделал на том, что сейчас стратегия «ИнЭнерджи» направлена на создание суверенного технологического пакета: собственных отечественных технологий материалов и комплектующих с целью максимальной локализации производства собственных электрохимических генераторов и энергоустановок на их основе в России. Ключевые характеристики собственных решений, которые делают отечественные водородные энергоустановки конкурентоспособными, таковы: время работы — 15–25 тысяч часов, высокая удельная массовая и объемная мощность (от 2 кВт на килограмм массы и 2,5 кВт на литр объема), сравнительно низкая цена (100 долларов за киловатт себестоимости), высокая доля рециркулируемых материалов — до 30%. Этих параметров российские производители рассчитывают достичь к 2026 году.
Особо стоит отметить заявление Мельникова о том, что у компании уже есть возможность производства одного из ключевых компонентов топливных элементов, «перекрытых» санкциями, — протоннообменной полимерной мембраны. Первые образцы отечественной мембраны размером 5 х 5 сантиметров уже прошли испытания. По словам специалиста, мощности партнера компании уже сейчас позволяют производить до 100 квадратных метров мембраны в день.
«Сейчас мы отрабатываем наши технологические пакеты на нашем очень небольшом внутреннем рынке, что даст нам возможность потом масштабировать эти решения наружу», — сказал Мельников.
Немного рассказал Мельников и о проекте ТОПАЗ, основанном на технологии микротрубчатых твердооксидных топливных элементов. Сейчас в компании уже завершается этап ОКР, а вывод устройств в серийное производство намечен на 2024 год. ТОПАЗ использует в качестве топлива пропан-бутановую смесь или природный газ и представляет собой линейку портативных энергоустановок мощностью до 100 и до 300 Вт, которые позволяют сильно расширить мобильность электроники.
Юрий Добровольский. Фото: Снежана Шабанова
С интересным докладом выступил Юрий Добровольский, который с прошлого года возглавляет Центр водородных технологий в компании АФК «Система», тоже решившей «пойти в водород».
По словам Добровольского, ЦВТ начал свою работу с трех технологий: производства электролизеров, систем металлогидридного хранения водорода и производства водородных топливных элементов с протоннообменной мембраной, которые создаются вместе с ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН в Черноголовке.
При этом топливные элементы в ЦВТ создаются двух типов — с воздушным охлаждением, большая часть компонентов которых создавалась и создается в России, и с водяным охлаждением, которые раньше делались за рубежом по заказу, поэтому сейчас, по словам Добровольского, приходится заниматься реверсным инжинирингом западных технологий.
Эти технологии дальше ЦВТ АФК «Система» планирует реализовать в нескольких типах продуктов: это заправочные станции (на данный момент работы находятся на этапе реинжиниринга зарубежной заправки), водородные складские погрузчики, а также водородные грузовики совместно с белорусским предприятием «Белкоммунмаш». Кроме этого, в планах создание водородного водного трамвая и водородных станций резервного питания для дата-центров. Сейчас АФК «Система» физически строит свой водородный центр в Черноголовке.
Евгений Волков. Фото: Снежана Шабанова
Третий доклад представил Евгений Волков, руководитель черноголовской компании «Поликом», которая специализируется на производстве электролизеров с протоннообменной мембраной — конкурирующей технологией с более старой технологией щелочного электролиза, в которой водород получается электролизом раствора щелочи в воде.
Волков представил отличия технологии: в первую очередь, отсутствие щелочи делает производство водорода более безопасным для человека, сам электролизер — более простым в обслуживании и долговечным, поскольку исключен элемент коррозии, а получаемый водород — гораздо более чистым. Электролизный водород может применяться не только для использования в топливных элементах, но и в производстве микроэлектроники, пищевой и стекольной промышленности, на электростанциях для охлаждения генераторов и так далее.
Компания «Поликом» создала почти полностью локализованный модульный электролизер в формате универсальной платформы с производительностью от 2 до 10 кубических метров сверхчистого водорода в час. Такое устройство в контейнерном исполнении в прошлом году было поставлено на Кольскую АЭС для производства водорода для охлаждения генератора.
Кроме этого, Евгений Волков представил и первую полностью отечественную заправочную водородную станцию на основе электролизера собственной разработки, сборка которой сейчас подходит к завершению.
Напомним, что самая первая водородная заправочная станция в России появилась несколько лет назад в черноголовском Центре компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» при ФИЦ ПХФ и МХ РАН (тогда — ИПХФ РАН), однако сама заправка была построена в Германии по техническому заданию Центра компетенций, а электролизный блок изготовили в «Поликоме».
Нынешняя заправка — отечественного производства, она состоит из собственно модуля заправки, генератора водорода на основе электролизера на протоннообменной мембране и промежуточного накопителя.
Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».
Подписывайтесь на InScience.News в социальных сетях: ВКонтакте, Telegram, Одноклассники.
