Вопрос эксперту

В качестве топлива - водород

В апреле на Ганноверской промышленной ярмарке был представлен совместный проект Томского политехнического исследовательского университета (ТПУ) и исландского профессора, лауреата международной энергетической премии «Глобальная энергия» в 2007 г. Торстейнна Инги Сигфуссона. Ученые представили топливные ячейки, работающие на воде и способные вырабатывать экологически чистую энергию.

На вопросы EnergyLand.info отвечают авторы проекта Юрий Тюрин, профессор, доктор физико-математических наук, заведующий международной научно-образовательной лабораторией технологий водородной энергетики при ТПУ, Николай Сочугов, кандидат физико-математических наук, доцент кафедры водородной энергетики и плазменных технологий, и Торстейнн И. Сигфуссон, профессор, генеральный директор Инновационного центра в Исландии, научный руководитель международной, научно-образовательной лаборатории «Технологии водородной энергетики» ТПУ.

- Скажите несколько слов о создании представленных вами в Ганновере топливных элементов.
- Первые эксперименты по созданию топливных элементов были начаты в Институте сильноточной электроники СО РАН (ИСЭ СО РАН) в 2004 г. Но активная работа началась в 2007 г., когда была организована кафедра водородной энергетики и плазменных технологий в ТПУ. Сформировалась команда, состоящая из сотрудников ТПУ и ИСЭ СО РАН.
Начальной целью этой команды было создание ячеек твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ), работающих при пониженных (650-750 С) температурах. Основной упор делался на использование электронно-ионно-плазменных методов модификации поверхности. Эти методы более 20 лет развиваются и в ТПУ и в ИСЭ СО РАН.
Интересные и перспективные результаты были получены при использовании достаточно известной технологии реактивного магнетронного распыления и уникального метода электронно-пучковой обработки, разработанного в ИСЭ СО РАН. Комбинация этих подходов позволила создать ячейки ТОТЭ с несущим анодом, имеющие удельную плотность мощности до 0,6 Вт/см2при температуре 750 С.
Эти результаты позволили сделать следующий шаг: начать разработку ячеек ТОТЭ с несущей биполярной пластиной. Здесь оказался перспективным разрабатываемый в Отделе структурной макрокинетики ТНЦ СО РАН способ самораспространяющегося высокотемпературного синтеза (СВС). Это позволило создать несущие пластины из сплава Ni3Al, обладающие нужными пористостью, коэффициентом температурного расширения и другими важными характеристиками. Сейчас команда разработчиков ТОТЭ включает представителей нескольких научных коллективов г. Томска.
 
Николай Сочугов
 
- К какому типу топливных элементов можно отнести разработанные вами ячейки? Какие материалы используются при производстве этих ТЭ?
- Разрабатываемые ячейки относятся к классу твердооксидных топливных элементов, электролитом в которых является стабилизированная иттрием окись циркония (ZrO2:Y2O3). Мы ведем разработки двух типов ТОТЭ: с несущим анодом и с несущей биполярной пластиной. Используемые в качестве электродов (катода и анода) материалы являются обычными для ТОТЭ. Несколько необычным является использование интерметаллического сплава Ni3Al в качестве несущей основы для ячейки ТОТЭ и пучково-плазменные методы нанесения тонкопленочных электродов и электролита ячейки ТОТЭ.
 
Установка для пучково-плазменного осаждения тонкопленочных твердооксидных топливных элементов
 
- Требуют ли ячейки какой-то дополнительной установки для выделения водорода из воды или используют непосредственно воду вместо топлива?
- Непростительное заблуждение, что вода может быть использована в качестве топлива. Ни в топливных элементах, ни где бы то ни было еще вода топливом быть не может. Теории, обосновывающие использование воды как топлива, относятся к области лженауки, хотя иногда и приносят их авторам коммерческую выгоду. А уж внимание технически безграмотной аудитории им обеспечено.
Топливом в топливных элементах является водород, а вода – это продукт реакции. В качестве источника водорода может использоваться природный газ, превращаемый в смесь водорода и окиси углерода в каталитическом конверторе. В недалеком будущем все большую роль будут играть возобновляемые источники энергии. Тогда процесс получения и использования водорода будет идти, например, по такому пути: энергия ветра -> электрическая энергия -> получение водорода электролизом воды -> получение электричества в топливном элементе. Т.е. водород будет играть роль накопителя, аккумулятора энергии.
 
 
- Какова рабочая температура ваших топливных ячеек? Как быстро они выходят на заданные рабочие параметры?
- Наши топливные ячейки сейчас работают при температурах 750-800 С. Наша задача - снизить рабочую температуру до 650-700 С. Выход на рабочие параметры занимает несколько часов, что связано с необходимостью плавного нагрева всей системы.
 
Микроструктора ТОТЭ
 
- Назовите возможные сферы применения созданных вами ТОТЭ. Целесообразно ли их применение для когенерации?
- Вероятно, первое применение – это станции катодной защиты на газо- и нефтепроводах. Но хотелось бы довести технологию и цену изготовления установок до такого уровня, чтобы они смогли применяться для электро- и теплоснабжения жилых домов.
Применение энергоустановок на основе ТОТЭ для целей когенерации не только целесообразно, но и почти обязательно. Поскольку рабочие температуры ТОТЭ достаточно высоки, то получаемое тепло будет высокопотенциальным, удобным для использования.
 
- Видите ли вы перспективы коммерциализации проекта? Какая поддержка для этого потребуется?
- Видим, но не очень близкие. В ближайшие годы энергоустановки с топливными элементами не смогут конкурировать по цене с традиционными источниками электрической и тепловой энергии. Потому сейчас они могут производиться в единичных экземплярах, для проведения долговременных испытаний, оценки перспектив и т.д.
Вместе с тем, возникающие в настоящее время вопросы энергетической безопасности, проблемы экологического характера и рост цен на углеводородное топливо могут потребовать существенного ускорения процесса внедрения водородных энергетических технологий, и к этому надо быть всесторонне готовым.
При проведении исследований всегда требуется финансовая поддержка, поскольку эти исследования самоокупаемыми быть не могут. Например, представленный на Hannover Messe 2012 совместный проект поддержали Некоммерческое партнерство «Глобальная энергия» и Министерство образования и науки Российской Федерации.
 
Екатерина Зубкова
На первой фотографии - Ю. Тюрин и Торстейнн И. Сигфуссон в Рейкьявике
(С) www.EnergyLand.info
Копирование возможно только для платных подписчиков
Кража контента приведет к пессимизации вашего MFA-сайта






О проекте Размещение рекламы на портале Баннеры и логотипы "Energyland.info"
Яндекс цитирования         Яндекс.Метрика