Легкий, но не легковесный
Водородный двигатель. Фото: ТАСС

Водородный двигатель. Фото: ТАСС

Инновационная компания из Черноголовки оснащает водородными двигателями беспилотники и роботов

Первый топливный элемент был создан физиком Уильямом Гроувом еще в 1839 году, однако массовое применение эти источники электроэнергии находят только в наши дни. В мире наблюдается настоящий бум топливных элементов — уже к 2019 году объем их рынка составит 5,2 млрд долларов. И тем приятнее, что в России есть свои производители этих устройств, причем многие из них даже выпускают продукцию, превосходящую заграничные аналоги. Такова, например, расположенная в Черноголовке российская высокотехнологичная компания AT Energy, которая разрабатывает и поставляет на рынок водород-воздушные топливные элементы.

Компанию создали в 2012 году предприниматель, выпускник ГУ ВШЭ Данила Шапошников и доктора химических и технических наук соответственно Юрий Добровольский и Сергей Нефедкин. Шапошников уже имел положительный опыт ведения инновационных проектов — он был руководителем ряда компаний, в том числе компании — производителя оборудования для служб обеспечения безопасности «Лаборатория АВК», а также компании «Пирохимика», выпускающей самые маленькие в мире огнетушители. К созданию AT Energy он привлек крупнейших российских специалистов в области инновационных источников энергии: член Международного электрохимического общества, профессор МГУ Добровольский более 20 лет управляет группами по разработке в ИПХФ РАН, а профессор кафедры химии и электрохимической энергетики НИУ «МЭИ» Нефедкин руководит отделом разработок и исследований катализаторов топливных элементов в федеральном ЦКП МЭИ «Водородная энергетика и электрохимические технологии».

Главной бизнес-идеей была коммерциализация созданных Добровольским и Нефедкиным мембранно-электродных блоков, позволяющих осуществлять электрохимическую реакцию окисления водорода. На основе этих блоков можно создавать «зеленые» топливные элементы для разных роботехнических средств — аналог легких батареек. Такого рода системы — сейчас один из наиболее перспективных путей развития возобновляемой энергетики: топливом для них служит водород. «Применение в робототехнических устройствах обусловлено самой спецификой наших топливных элементов — это легкие и маленькие системы на несколько киловатт, — говорит Юрий Добровольский. — Сперва мы собирались производить только мембранно-электродные блоки, но теперь будем выпускать и сами топливные элементы, потому что для робототехники в России их никто не делает. Это вообще очень острая российская проблема: в области науки отставание нашей страны не является катастрофическим — кое в чем наша наука даже превосходит зарубежную, а вот в области разработок, в области инженерии это отставание ощутимо. Но сейчас появляются частные инновационные компании, которые собираются этим заниматься. Интерес к водороду растет».

Лаборатория AT Energy

Лаборатория AT Energy. Скриншот RT

«Уголь грядущих веков»

То, что водород, содержащийся в обычной воде, может служить чистым и эффективным топливом, было ясно еще полтора века назад — все, кто внимательно читал «Таинственный остров» Жюля Верна, помнят монолог, произнесенный одним из главных героев — инженером Сайресом Смитом: «Я уверен, что наступит день, и вода заменит топливо; водород и кислород, из которых она состоит, будут применяться и раздельно; они окажутся неисчерпаемым и таким мощным источником тепла и света, что углю до них далеко! Наступит день, друзья мои, и в трюмы пароходов, в тендеры паровозов станут грузить не уголь, а баллоны с двумя этими сжатыми газами, и они будут сгорать с огромнейшей тепловой отдачей. Следовательно, бояться нечего. Пока землю населяют люди, она их не лишит своих благ, ни света, ни тепла, она отдаст в их распоряжение растения, минералы и животных. Словом, я уверен, когда каменноугольные залежи иссякнут, человек превратит в топливо воду, люди будут обогреваться водой. Вода — это уголь грядущих веков».

Однако лишь в наши дни водородная энергетика становится подлинным кандидатом, способным заменить бензин. Топливные элементы, использующие в качестве топлива водород, имеют массу плюсов по сравнению с обычными двигателями внутреннего сгорания: прежде всего они бесшумны и не дают вибраций, что, например, позволяет использовать их в военной технике. Кроме того, они намного экологичнее, ведь продуктом окисления водорода является обычная вода. «С точки зрения экологии производство водорода, как и всякий крекинг углеводородов, не самое чистое, — признает Добровольский. — Но тепловую электростанцию легче очистить от загрязнений, чем, например, автомобиль. И здесь водород — самое чистое топливо: его единственный продукт распада — вода. Ни выхлопных газов, ни окисей металлов — ничего, кроме воды».

Безопасен ли водород в качестве топлива? В околонаучных публикациях СМИ время от времени попадаются описания ужасов, которые подстерегают жителей городов в случае перехода к водородной энергетике: самый легкий элемент таблицы Менделеева, по их словам, и горюч, и взрывоопасен, и от утечки его никак не уберечься. «Мифы об опасности транспортировки и хранения водорода создаются неграмотными СМИ, — говорит Добровольский. — Водород с этой точки зрения ничем не опаснее природного газа, даже напротив: если случается утечка, то водород как более легкий газ быстрее улетучивается. Уже сейчас посреди многих европейских столиц, например в центре Лондона, работают водородные заправки. Как вы думаете, если бы они были опасными, их бы там установили?»

Немало плюсов у водородных топливных элементов и по сравнению с используемыми в электронике литий-ионными аккумуляторами: они способны служить более восьми лет и практически не требуют обслуживания. Кроме того, емкость батарей ограничена объемом аккумулятора, а в двигателях на основе топливных элементов мощность и время работы зависят только от объема доступного водорода. «Если взять, например, автомобильный двигатель, то его максимальная мощность определяется типом самого двигателя, а максимальная энергия — объемом бензина в бензобаке. В обычной батарее мощность и максимальная энергия — это одно и то же. В этом смысле наши топливные элементы ближе к автомобильному мотору: мощность определяется устройством ячейки, а вот энергия — объемом подающегося топлива. Если сравнивать наши топливные элементы (вместе с подключенной емкостью с водородом) с литий-ионными батареями такого же размера, наши окажутся в 5–10 раз более энергоемкими», — поясняет Юрий Добровольский.

Правда, чтобы воплотить эту задачу в жизнь, ученым AT Energy потребовались дальнейшие исследования: в Черноголовке ученые трудились над тем, чтобы сделать топливные ячейки как можно более надежными и эффективными. В результате получилось создать компактные водородные топливные элементы, которые могут работать по несколько часов в любую погоду. У блоков, выпускаемых AT Energy, есть и ряд других достоинств. «Мы снизили количество платины в катализаторе — на текущий момент его примерно в два раза меньше по сравнению с аналогами, — говорит Данила Шапошников. — Сейчас работаем над тем, чтобы увеличить толерантность блока к примесям CO в водороде. Упраздняем систему увлажнения благодаря применению влагонезависимой мембраны. Все это позволит снизить удельную себестоимость топливных элементов — она будет в 2–2,5 раза ниже, чем у аналогов, а также повысить срок службы: мы рассчитываем, что они смогут служить до 40 тысяч часов, это примерно в два раза дольше, чем продукция других производителей». Способность работать на «грязном» водороде обладает экономической выгодой: ведь чем более чистый водород требуется получить в процессе реформинга углеводородного сырья, тем дороже выходит весь процесс. «Нам удалось применить такие материалы, которые наименее чувствительны к примеси CO», — говорит Добровольский.

В небо на водороде

Постоянно открываются новые сферы применения водородных топливных ячеек. Одна из перспективных областей — беспилотники. Сейчас время полета дронов без подзарядки сильно ограничено: литий-ионных аккумуляторов хватает на час или даже меньше. Кроме того, батареи быстро садятся на морозе. Выходом может стать использование топливных элементов, разработанных AT Energy: их установка на беспилотники позволяет увеличить продолжительность полета в 4–5 раз. Кроме того, такие коптеры становятся куда более выносливыми — ведь созданные компанией блоки могут работать даже на 40-градусном морозе. В условиях российских холодов это весьма актуально.

Подав заявку, AT Energy стала резидентом Сколково и получила два гранта суммарным объемом около 47 млн рублей. Среди главных преимуществ топливных элементов компании были отмечены высокая энергоемкость, длительный срок службы, экологичность и бесшумность работы. Под первый продукт — топливные элементы для беспилотников — AT Energy сумела привлечь и частные инвестиции, всего около 100 млн руб. Главным инвестором выступает группа компаний «Мортон» — ведущий российский застройщик, который, помимо строительства, финансирует ряд инновационных технологических проектов. «"Мортон" оказывает не только финансовую поддержку — компания помогает с выходом на клиентов, дает полезные советы относительно того, как вести бизнес. Сейчас вот помогает выйти на индийский рынок — благодаря "Мортону" мы установили связи с клиентом из Индии, заинтересованным в наших топливных элементах», — говорит Шапошников.

В 2014 году AT Energy выполнила первые контракты: в частности, поставила аккумуляторные системы на основе своих топливных элементов военным. Топливные элементы AT Energy использовались компанией «АФМ-Серверс» для ведения съемки Олимпиады в Сочи. В планах компании — выход на мировые рынки: благодаря снижению себестоимости производства и девальвации рубля AT Energy удастся предлагать свою продукции по самым выгодным ценам.

«Важно найти применение нашим изобретениям» Далее в рубрике «Важно найти применение нашим изобретениям»В текстильном крае ученые создают «космические» ткани будущего

Комментарии

29 марта 2016, 19:20
Ух ты удивили, Мортон оказывается не только Подмосковье с Москвой застраивает, а еще инвестирует в инновационные проекты, молодцы, направление перспективное, будем наедятся компанию ждет большой успех
29 марта 2016, 19:55
Видимо хорошие руководители. профессиональные ребята. удачи им в делах.
04 апреля 2016, 16:09
Только вот у нас инвестируй-не инвестируй, а реальные результаты редко достигаются. Сколько сжирает деньги как огромная доменная печь, за одним отличием - на выходе ноль...(((
30 марта 2016, 11:19
Альтернативная энергетика сейчас в тренде, только пока как-то вяло идет это замещение. Все-таки, посмотрев недавний доклад главы Росатома Кириенко, я думаю, что бОльшие перспективы все же у энергетики атомной. Если он не обманывает, то скоро можно будет даже автомобильные аккумуляторы делать размером со спичечный коробок. И работать они будут в разы дольше
12 апреля 2016, 07:34
Кстати насчет Росатома . Там контракты до 2025 гола на поставку нескольких десяток атомных миниреакторов. Очень перспективно и делают только в России
Авторизуйтесь чтобы оставлять комментарии.
Интересное в интернете
Расширяйте круг интересов!
Мы пишем об истории, обороне, науке и многом другом. Подписывайтесь на «Русскую планету» в соцсетях
Каждую пятницу мы будем присылать вам сборник самых важных
и интересных материалов за неделю. Это того стоит.
Закрыть окно Вы успешно подписались на еженедельную рассылку лучших статей. Спасибо!
Станьте нашим читателем,
сделайте жизнь интереснее!
Помимо актуальной повестки дня, мы также публикуем:
аналитику, обзоры, интервью, исторические исследования.
личный кабинет
Спасибо, я уже читаю «Русскую Планету»