Украинец разрабатывает водородный аккумулятор нового типа

09.12.2016 Просмотры: 669

Инженер Института металлофизики имени Г. Курдюмова НАН Украины, кандидат технических наук Владимир Дехтяренко создал водородный аккумулятор.

Как отмечает ученый, технологии хранения водорода, который является восстанавливаемым ресурсом и имеет ряд преимуществ, будут всегда актуальны.

«Я учился в КПИ, в 2006 году окончил магистратуру и был переведен на инженерную должность в Институт металлофизики, где поступил в аспирантуру, а в 2012-м защитил кандидатскую диссертацию. Водород заинтересовал, прежде всего, как относительный источник энергии: при его сжигании образуется обычная вода, а для получения самого водорода можно воду разложить разными методами, чаще всего – это электролиз», – говорит Владимир Дехтяренко.

Поскольку воды на планете очень много, запасов водорода хватит на тысячи лет. «В отличие от бензина, водород не токсичен, имеет более низкую вероятность самовозгорания и загорается при температуре почти +500°C, а вот горит этот газ быстро, имея самую высокую скорость распространения пламени в воздухе. В конце концов, можем в бак автомобиля заливать просто воду: в Японии уже создан автомобиль, работающий на воде – на очень чистой, без каких-либо примесей воде, которая стоит 10 центов за один литр», – отмечает ученый.

Водородный аккумулятор – это, в основном, металл или композит, где водород содержится внутри материала. «Этот газ можно хранить в трех состояниях: жидком (охлажденный до –250°C, но охлаждать его очень дорого, и он испаряется), можно хранить водород в баллонах, но количество его будет небольшим, в металле же можно удерживать в пять раз больше этого газа. Над технологией сорбции водорода металлами человечество работает более ста лет: начинали с титана, который поглощает его медленно и при слишком высокой температуре (+300°C), а отдает при температуре +600°C, потом взялись за магний, который более легкий и берет большую массу водорода, но еще хуже поглощает и отдает его, наконец, пришли к интерметаллическим соединениям (химические соединения между металлами, которые образуются в результате взаимодействия компонентов при сплавливании, конденсации из пара, а также при реакциях в твердом состоянии вследствие взаимной диффузии), которые имеют значительно более высокую водородную емкость, сорбируют газ при комнатной температуре без дополнительных обработок», – объясняет Владимир Дехтяренко.

Можно выплавить интерметаллид, заложить его в замкнутый объем, откачать воздух, напустить водород, 10 минут – и получаем водород внутри материала. «Первым таким материалом был лантан-нікель-5 (LaNi5), однако лантан – это редкоземельный материал и очень дорогой. Только в 1970-х годах появилось соединение титан-марганец-2, усовершенствованием которого заинтересовались многие страны, среди которых США, Германия, Япония», – отмечает ученый.

«Я начал работать с титан-марганцем-2, – вспоминает он. – Мы исследовали соединение титан-марганец-цирконий: за счет циркония пустоты в решетке металла становятся больше и могут накапливать больше водорода, но марганец не является гидрид-образующим и нужен только для того, чтобы образовать это интерметаллическое соединение, – поскольку он не поглощает водород, – емкость падает. А если его заменять гидрид-образующим элементом, емкость сразу увеличивается – таким образом, мы добавили ванадий, с которым важно не переборщить, потому что будет совсем другой материал, с другими свойствами».

С водородом работают уже сто лет, но полноценную машину, которая на нем может ехать, выпустили только несколько лет назад. «Комбинированные автомобили второго поколения оборудовали водородными аккумуляторами, а под задним сидением пассажиров находился еще газовый баллон, который позволял подавать водород намного проще, но которого все боялись. Пробег автомобиля увеличили до 650 км, но такой баллон – это, по сути, взрывчатка, потому и взялись за усовершенствование технологии аккумуляторов – в металлах запасать водород не только безопаснее, а и в разы эффективнее», – подчеркивает ученый.

От постоянного накачивания и выкачивания водорода металл деградирует, но при условии, что водород достаточно чистый, металл выдерживает 5 тыс. циклов. «На данный момент мы пришли к третьему поколения автомобилей, оснащенных оборудованием, которое разделяет воду на кислород и водород. Машины стали дороже: в Японии такой автомобиль стоит 60 тыс. долларов, из которых государство компенсирует 15 тыс. долларов в рамках сбережения окружающей среды, но ездить на них можно в радиусе 200 км от заправки и при отсутствии инфраструктуры они не станут массовым продуктом», – отмечает Владимир Дехтяренко.

В Украине «водородной революции» не будет, по крайней мере, 30 лет, уверен ученый. «Мы будем покупать газ, плакать, что он очень дорогой, но делать свое не будем. Все, что мы сделали, лежит мертвым грузом: «Делаете? Хорошо. Пускай будет». Ко мне обратилась фирма, которой нужен был водородный аккумулятор, но институт как неприбыльная организация не может его изготовить и продать, – и условный покупатель должен брать технологию, патент и платить за него роялти. Пока мы со всем разбирались, фирма потеряла интерес», – рассказывает он.

Разработка Владимира Дехтяренко была признана изобретением года и получила первую премию на конкурсе научно-технических разработок молодых ученых в рамках международного дискуссионного мероприятия "Наука–Общество–Личность» (Science–Society–Personality).

Академия уже более 10 лет занимается водородом. «Есть грант, который рассчитан на 5 лет, и распределяется на три направления: получение водорода, его хранение и использование. Люди, работающие в первом направлении, получают водород почти со всего, лучше всего – из ила Бортницкой станции аэрации. Кроме того, биологами были разработаны специальные бактерии, которые перерабатывают отход и выделяют газ, 70-80% которого – водород. Но, по грантовой программе, каждой группе на год дают порядка 60 тыс. грн., – на зарплату остается 8 тысяч», – отмечает ученый.

После того, как урезали финансирование, даже те, кто был предан науке, ушли. «Если бы я работал на стройке, зарабатывал бы в два раза больше. Моя коллега, которая часто работает во Франции, в похожей лаборатории получает результаты за два часа: в помещении стоит печка, которая плавит материал, рядом – станок, который делает шлифы (чтобы смотреть структуру), рентгеновский аппарат, который за 20 минут снимает образец и выдает результат. Приходит руководство и корректирует. Сразу можно повторить эксперимент», – рассказывает Владимир Дехтяренко.

Водород, при сжигании которого образуется обычная вода, называют топливом будущего. Во многих странах мира водородные технологии, призванные сократить зависимость от традиционных энергоносителей – нефти, газа и угля, – являются приоритетными направлениями развития науки. Развитые страны постоянно открывают новые материалы, которые лучше поглощают и отдают водород, и устанавливают новую планку для характеристик таких материалов. «К примеру, они должны поглощать водород при комнатной температуре, а отдавать – при +100°C. Однако глобального интереса нет – компании «сидят» на скважинах, качают полезные ископаемые, работают перерабатывающие заводы, на продаже нефтепродуктов и газа можно хорошо греть руки, – все отработано…», – отмечает ученый.