13 мая 2020

Российские ученые работают над водородными аккумуляторами

Страна Росатом Страна Росатом

Ученые центра компетенций Национальной технологической инициативы по новым и портативным источникам энергии на базе Института проблем химической физики РАН разрабатывают пауэрбанк на основе водорода. Небольшой прямоугольный корпус со сменными капсулами, наполненными химическим составом, — ​одной капсулы хватит, чтобы несколько раз полностью зарядить телефон. В отличие от внешнего литий-ионного аккумулятора, такое устройство можно использовать в любых погодных условиях: оно не боится ни холода, ни жары, ни влаги, а также может выдержать сильные удары.

Авторы говорят, что их разработка пригодится в первую очередь участникам многодневных экспедиций, например арктических. Разработчики создадут два варианта капсул: многоразовые, которые можно перезаряжать реагентами, и одноразовые. После химической реакции в ампуле остается соль борной кислоты, бура, которая абсолютно безвредна для окружающей среды. Одноразовая капсула будет либо биоразлагаемой, растворяющейся под действием воды, либо из перерабатываемых материалов.

«Стоимость одной водородной капсулы может составить порядка 100 рублей. По сравнению с привычными внешними аккумуляторами энергоемкость нашего будет больше в два-три раза», — ​рассказал руководитель центра компетенций НТИ Юрий Добровольский.

Уже готовы опытные образцы, их тестируют на разных гаджетах. Первую партию нового продукта выпустят в этом году.

Многие рассматривают электромобили на водороде как альтернативу аккумуляторным. В топливном элементе водород вступает в реакцию с кислородом, на выходе получается электричество и водяной пар. Главное преимущество — ​быстрая заправка. Зарядка аккумулятора даже у передовых моделей занимает не менее получаса.

Но у технологии есть противники. Сооснователь и гендиректор Tesla Илон Маск на одном из собраний акционеров назвал идею водородных автомобилей «очень глупой задумкой и опасной технологией». По мнению бизнесмена, «создание инфраструктуры для водородных автомобилей — ​сложная задача, притом что водород взрывоопасен. Водородное топливо подходит для верхних ступеней ракет, но не для автомобиля».

Водород действительно легко воспламеняется и при контакте с кислородом образует гремучую смесь. В свое время это подрезало крылья набравшим было популярность дирижаблям, которые наполняли водородом. Катастрофа из-за протечки газового баллона на немецком «Гинденбурге» в 1937 году фактически поставила крест на грузовых и пассажирских дирижаблях.

Но с тех пор технологии изменились. К примеру, в Институте проблем химической физики РАН создали топливный элемент, в котором водород находится в компактном, химически связанном виде. Водород выделяется из воды электролизом и вступает в реакцию с интерметаллическим соединением (LaNi5), в результате образуются гидриды водорода. В таком виде топливо может безопасно храниться длительное время. В нужный момент гидриды слегка нагревают, и водород высвобождается. Ученые сделали прототип устройства и включили его в систему резервного питания института. Разработчики предлагают использовать установки на таком принципе на вышках сотовой связи. Сейчас бесперебойное питание на вышках обеспечивают дизельные генераторы, но они менее экологичны и требуют больших затрат на обслуживание. На основе гидридных аккумуляторов также можно создать новое поколение заправочных станций для водородного транспорта.

В Японии уже открыты 100 водородных заправочных станций, к 2030 году планируется построить 900. Местные автоконцерны делают упор на электромобили. Так, Toyota рассчитывает в 2030 году продать свыше 1 млн электромобилей, причем большая их часть будет работать на водородном топливе. Hyundai Motor намерена начать поставки водородных электромобилей на российский рынок. Компания ведет переговоры с «Росатомом» о создании инфраструктуры для этой категории транспорта, детали не разглашаются.

Центр компетенций НТИ по технологиям новых и мобильных источников энергии создал первый в России автомобиль на водороде

Как отмечает Научный консультант гендиректора «Росэнерго­атома», академик РАН Николай Пономарев-Степной:

— Я думаю, что водород должен стать новым ключевым продуктом «Росатома». При масштабном освоении технологий производства, транспортировки и хранения водород может быть использован для решения проблем большой энергетики. Среди них следует выделить аккумулирование энергии в энергосистемах с неравномерным графиком нагрузок, особенно для АЭС, энергоснабжение локальных потребителей и дальнее теплоснабжение. Водород и его производные — ​востребованный товар для внутреннего и зарубежного рынка. Создание продуктовой линейки водорода должно будет базироваться на разработанных в России ядерных технологиях нового поколения, к примеру, технологии высокотемпературных газоохлаждаемых реакторов.