5990-1 (707065), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Теперь коротко о перспективах применения топливных элементов на транспорте и в децентрализованной энергетике (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. Первая такая демонстрация состоялась в 1993 г., а наибольшее их число пришлось на 1999-2003 гг.: 60 демонстраций 17 компаний, производящих легковые автомобили, и 11 демонстраций 7 компаний, выпускающих автобусы. Компании "Дженерал Моторс" и "Даймлер-Крайслер" намереваются продемонстрировать электромобиль в 2004 г. (водород предполагается получать из бензина), компании "Баллард Пауэр Системе" и "Даймлер-Крайслер" - в 2005 г.
А как обстоят дела с водородной энергетикой и топливными элементами в России?
Надо сказать, что водородной энергетикой у нас 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 (ряд разработок, о которых я упоминал, в той или иной мере были сделаны при участии российских ученых).
На протяжении 20 лет десятки академических институтов ведут исследования в этой области. В Институте катализа им. Г.К.Борескова СО РАН, имеющем хорошую экспериментальную базу и испытательное оборудование, 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. Что касается мембран, то очень хорошие результаты достигнуты в Институте общей и неорганической химии им.Н.С.Курнакова РАН и в Институте нефтехимического синтеза им. А.В.Топчиева РАН. В Институте электрофизики УрО РАН по совместной программе с Институтом высокотемпературной электрохимии УрО РАН разработаны методы получения нанопорошков и нанокерамики путем магнитного прессования. Генерация электрическои энергии в твердооксидных топливных элементах происходит при температуре 950оС и плотности мощности 470 МВт/см2.
Уральский электрохимический комбинат - пионер в создании электрохимических генераторов мощностью в десятки киловатт. В 1971 г. здесь был разработан электрохимический генератор "Волна" (мощность 1.2 кВт) на щелочном топлив ном элементе для отечественной лунной про граммы, в 1988 г. - система "Фотон" (мощность 10 кВт) для "Бурана". Комбинат может выпускать такие установки по несколько штук в год. В 1999 г. для космического аппарата "Ямал" были созданы модули из двух никель-водородных аккумуляторных батарей то есть водород можно использовать не только для топливных элементов, но и для аккумуляторов энергии.
В 1982 г. НПО Квант впервые снабдил авто мобиль "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". В первой системе окислителем служил кислород, во второй - очищенный от CO2 воздух, что существенно упростило конструкцию автомобиля. Однако и в том, и в другом случае использовался хранящийся в баллонах водород. 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.
* * *
Чем привлекательны топливные элементы и почему их нет на рынке? К числу достоинств относятся: высокий кпд, низкая токсичность, бесшумность, модульная конструкция (имея, скажем, киловаттные топливные элементы, можно собирать из них установки большой мощности), 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 их демонстрационных испытаниях, достигнута установленная мощность в 50 МВт. Потребность децентрализованной стационарной энергетики (мощность электрохимических генераторов от 5 кВт до 10 МВт) -100 тыс. МВт за 10 лет. 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.
Учитывая потребности рынка, программа бюджетных инвестиций США предполагает в ближайшие 10 лет вложить 5.5 млрд. долл. в развитие технологии топливной энергетики, промышленные компании - почти в 10 раз больше.
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. На недавней конференции в Вашингтоне американцы говорили, что покупают в Испании полимерную пленку, изготовленную по российской технологии.
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, мне кажется, у нас есть хороший задел в области нанотехнологий, направленного синтеза материалов, тонкопленочных, лучевых технологий. Необходимо объединить достаточно мощный потенциал Российской академии наук, 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.
Помимо водородной энергетики, палладий находит применение в катализаторах для доочистки выхлопных газов обычных автомобилей; электролизерах для получения водорода и кислорода путем разложения воды; портативных топливных элементах, в частности метанольных; твердооксидных электролизерах с электродами на основе палладия; устройствах для получения кислорода из воздуха, в том числе и в медицинских целях; сенсорах для анализа сложных газовых смесей.
Задачи Российской академии наук в развитии водородной энергетики и палладиевых технологий, по нашему мнению, следующие:
• разработка новых технологий для водородной энергетики;
• поиск и исследование новых материалов и процессов, перспективных в области водородной энергетики;
• исследования по рациональному и эффективному применению палладия и металлов платиновой группы в энергетике и катализе;
• научное сопровождение со стороны академических институтов разработок промышленных технологий (мы не можем организовать серийное производство, но обязаны организовать научное сопровождение);
• разработка прогнозов развития водородной энергетики в России;
• создание концепции водородной экономики.
Перечислю 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;
• создание высокоэффективных экологически чистых энергетических установок и электрохимических генераторов широкого класса на основе топливных элементов, в том числе для использования в бытовых электронных устройствах;
• разработка ключевых элементов инфраструктуры водородной энергетики;
• разработка перспективных технологических процессов и изготовление высокотехнологичной продукции на основе использования палладия и металлов платиновой группы.
В заключение я хотел бы отметить, что для Российской академии наук наступил знаменательный момент: промышленность и крупные частные компании проявляют интерес к ее фундаментальным разработкам, чтобы повысить конкурентоспособность своей продукции. Мы всегда говорили: как только станет оживать наша промышленность, оживет и наука. Участие Академии наук в совместной программе с компанией "Норильский никель" - это в некотором смысле пилотный эксперимент по новой организации фундаментальных и прикладных исследований.
Реализация Генерального соглашения и той программы, которая сегодня будет подписана, - одно из направлений будущего развития Академии наук. Я знаю, что и другие компании проявляют интерес к сотрудничеству с Российской академией наук, и на двусторонней основе уже работают с нашими институтами. Напомню, что в 2002 г. Академия наук именно благодаря хоздоговорам заработала 5 млрд. руб., а средства, которые были ей выделены из бюджета, составили 10 млрд. руб. Надеюсь, что нынешнее совместное заседание Президиума РАН и Правления компании "Норильский никель" положит начало новым методам инновационной деятельности Российской академии наук.
М.Д. Прохоров: Свое выступление начну со слов благодарности в адрес Российской академии наук за ту энергию и энтузиазм, с которыми ее представители включились в совместную разработку водородной темы и топливных элементов. Хотел бы высказаться по вопросу стратегии России в области водородной энергетики и топливных элементов, а также обсудить базу, с которой мы стартуем, и требования, которые должны быть предъявлены к нашим разработкам.
К нашему глубокому сожалению, Россия потеряла статус великой экономической державы: по ВВП мы находимся во втором десятке стран мира, по среднедушевым доходам - еще дальше; наша экономика сильно зависит от экспорта и импорта высоких технологий; в стране не развит добавленный продукт, многие вещи мы импортируем. Все это необходимо учитывать при разработке программы по водородной энергетике для того, чтобы она была успешной.
Президент России В.В. Путин поставил амбициозную задачу: удвоить ВВП к 2010 г. Но эта задача базируется на линейном удвоении. На мой взгляд, при 8%-ном росте ВВП в год мы не решим глобальную проблему - не вернем Россию в число ведущих мировых экономических держав. Мы лишь сократим немного отставание от этих стран. Если наш ВВП будет расти на 8% в год, а ВВП США на 1% в год, мы достигнем их потенциала через 236 лет. (выделено нами - V.V.)
Изучение экономических проблем и совместные работы с Российской академией наук привели нашу компанию к одному очень интересному выводу. Мы считаем, что развитие водородной энергетики и технологии создания топливных элементов - единственная возможность для нашей страны попасть в число ведущих экономических держав мира. Приведу три базовых аргумента.
Первый аргумент. Мир стоит перед выбором перехода на новый технологический уклад. И совсем не обязательно, что те страны, которые сейчас на коне, особенно успешно совершат этот переход. Даже наоборот: большие вложения в крупную дорогостоящую инфраструктуру (порядка 1 трлн. долл.) могут не позволить вовремя переориентироваться и перейти на новый уклад. Но у нашей страны есть возможность попытаться сделать прорыв сразу в новую экономику.
Второй аргумент. Главная цель водородной технологии - снижение зависимости от существующих энергоносителей, то есть нефти и газа. Именно эти энергоносители являются основой нашей нынешней экономики и бюджета. Если через 15 лет в результате внедрения водородной экономики потребление нефти и газа резко сократится, нас ждет депрессионная модель развития. Так что альтернативы переходу на водород ную экономику у нас просто нет.
Третий аргумент. Для того чтобы конкурировать, необходимы конкурентные преимущества. В данном случае они налицо: фундаментальные разработки Российской академии наук и металл будущего - палладий, 50% мирового производства которого контролирует Россия.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
