Водородной энергетики в мире

Современное состояние

Хранение водорода в химически связанном состоянии.

Преимущества хранения водорода в форме аммиака, метанола, этанола

состоят в высокой плотности объёмного содержания водорода.

Однако в этих формах хранения водорода

среда хранения используется однократно.

Температура сжижения аммиака 239,76 К,

критическая температура 405 К,

так что при нормальной температуре аммиак сжижается

при давлении 1,0 Мпа и его можно транспортировать

по трубам и хранить в жидком виде.

Переход на водородную энергетику

означает крупномасштабное производство водорода,

его хранение, распределение и использование

для выработки энергии с помощью топливных элементов.

Фактически задача состоит в том,

чтобы создать топливные элементы и

использовать водород для получения электрической энергии.

Именно топливным элементам уделяется основное внимание.

В таблице 4 приведены предельно допустимые выбросы

существующих энергоустановок.

Если мы перейдем на водородную энергетику,

то некоторые выбросы (NO_х и СО) снизятся на порядки,

а некоторых (SO₂ и твердых частиц)

вообще не будет. Перспективы применения топливных элементов на транс- порте и в децентрализованной энергетике указаны в табл. 5.

В мегаваттных установках для децентрализованной энергетики

используются фосфорнокислые и расплав-карбонатные

топливные элементы и метан

в качестве топлива с последующим преобразованием его

в водород химическими методами.

На транспорте находят применение

киловаттные энергетические установки

с твердооксидными и твердополимерными топливными элементами.

В Японии создана энергетическая установка

на топливных элементах мощностью 100 кВт,

в Германии - установка мощностью 250 кВт,

функционирующая как небольшая автономная электростанция.

Фирма "Сименс Вестигхаус" разработала

гибридную энергетическую установку

на твердооксидных топливных элементах.

В ней мощная струя выходящих газов

Используется для работы газовой турбины,

то есть к электрической энергии,

вырабатываемой топливными элементами,

добавляется электрическая энергия, вырабатываемая турбиной.

Крупнейшие автомобильные компании мира

ведут разработку электромобилей.

В таких городах, как Амстердам, Барселона, Лондон,

Гамбург, Мадрид, прошли показательные испытания

городских автобусов на топливных элементах.

Надо сказать, что водородной энергетикой в России

занимаются довольно давно,

поскольку эти работы имели очень большое значение

для автономной энергетики в космосе и подводном флоте.

Космос и подводный флот были фактическими источниками

средств для развития водородной энергетики.

Почти 20 институтов АН СССР, а затем РАН

(в Москве, Екатеринбурге и Новосибирске)

решали те или иные вопросы водородной энергетики.

В последние годы исследования поддерживались

в основном за счет совместных контрактов с иностранными компаниями.

В Институте катализа им. Г.К.Борескова СО РАН,

изучается возможность использования

металлов платиновой группы (палладия, платины и др.)

для получения водорода.

Здесь создан ряд катализаторов для получения

водорода из метана с последующей его очисткой с помощью мембран.

В Институте электрофизики УрО РАН по совместной программе

с Институтом высокотемпературной электрохимии УрО РАН

разработаны методы получения нанопорошков

и нанокерамики путем магнитного прессования.

Уральский электрохимический комбинат –

пионер в создании электрохимических генераторов

мощностью в десятки киловатт.

В 1971 г. здесь был разработан

генератор "Волна" (мощность 1.2 кВт)

на щелочном топливном элементе для

отечественной лунной программы,

в 1988 г. - система "Фотон" (мощность 10 кВт) для "Бурана".

Комбинат может выпускать такие установки по несколько штук в год.

В 1982 г. НПО Квант впервые снабдил автомобиль "РАФ"

водородным щелочным топливным элементом.

В 2001 и 2003 гг. Уральский электрохимический комбинат,

РКК "Энергия" и АвтоВАЗ на автосалонах

в Москве демонстрировали автомобиль "Лада"

с электродвигателем и электрохимическим генератором "Фотон".

На одной заправке эти автомобили могут проехать 300 км.

В нашей стране для автономной энергетики созданы

различные установки с электрохимическими генераторами

мощностью от 1 до 16 кВт,

в том числе корабельные мощностью 150 кВт и более.

* * *

К числу достоинств топливные элементы относятся:

высокий кпд, низкая токсичность, бесшумность,

многообразие первичных видов топлива,

широкий интервал мощности.

Проникновение их на рынок

сдерживается прежде всего высокой себестоимостью

по электроэнергии и малым ресурсом.

Наибольший ресурс у твердополимерных

топливных элементов - (2-5) тыс. часов работы,

требуемый же срок службы - (20-30) тыс. часов.

Что касается коммерциализации электрохимических генераторов

на топливных элементах,

то около 100 компаний участвует в демонстрационных испытаниях,

достигнута установленная мощность в 50 МВт.

Сейчас 1 кВт установленной мощности стоит более 3 тыс. долл.,

приемлемая цена - 1 тыс. долл.

Потребности автотранспорта в электрохимических генераторах

на топливных элементах (мощность 15-100 кВт)

- 500 тыс. штук в год.

Сейчас стоимость одного такого генератора более 3 тыс. долл.,

приемлемая цена - 50-100 долл.

Таким образом, необходимо многократное снижение

стоимости стационарных топливных элементов

и десятикратное - стоимости топливных элементов для транспорта.

Россия на уровне системного понимания проблемы

топливных элементов нисколько не уступает Западу.

Десятки отечественных институтов так или иначе работают

над этой проблемой в кооперации

с международными компаниями.

Отечественная компания "Пластполимер"

предполагает построить в Европе

один из заводов по производству полимерной пленки

для твердополимерных топливных элементов.

С другой стороны, мы сильно отстали от Запада

в области традиционных технологий.

Но традиционные технологии, несмотря на огромные вложения,

до сих пор не позволили Западу и Японии

создать топливные элементы коммерческого уровня.

Нам надо обгонять Запад, не догоняя.

Для этого у нас есть хороший задел в области нанотехнологий,

направленного синтеза материалов,

тонкопленочных, лучевых технологий.

Необходимо объединить достаточно мощный потенциал РАН,

отраслевых институтов, Минатома РФ,

чтобы быстро продвигаться вперед.

В Комплексной программе поисковых

научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ

по водородной энергетике и топливным элементам

запланировано исследование палладия.

Металл платиновой группы палладий является

одним из основных материалов для топливных элементов

и всей водородной энергетики.

На его основе изготовляются катализаторы,

мембранные аппараты для получения чистого водорода,

материалы с повышенными функциональными характеристиками,

топливные элементы, электролизеры,

сенсоры для определения водорода.

Палладий может эффективно накапливать водород,

особенно нанопорошок палладия.

Приоритетные направления работ академических институтов

в рамках Генерального соглашения между

Российской академией наук и

ОАО "Горно-металлургическая компания «Норильский никель»":

• создание твердополимерных и твердооксидных топливных элементов,

а также дальнейшее изучение возможностей

щелочных топливных элементов,

топливных процессоров для получения водорода из углеводородных топлив;

• разработка комплексов по производству, очистке, аккумулированию,

хранению и транспортировке водорода.

Дата добавления: 2014-01-06