Вести с полей. Российский водород: что нового?

Алексей Мельников, представитель группы компаний «ИнЭнерджи», одного из лидеров российских водородных технологий, рассказал о двух направлениях работы компании - проекте «Астра», которым он руководит - решениях для водородного электродвижения на основе водородных протоннообменных мембранных топливных элементов (ПОМТЭ) и портативных энергоустановках ТОПАЗ на основе высокотемпературных твердооксидных топтивных элементов (ТОТЭ).

Топливный элемент, вопреки своему названию, не сжигает топливо, а проводит электрохимическое его окисление с получением электричества. Протоннообменные топливные элементы работают при температурах 70-80 градусов Цельсия и используют в качестве топлива водород, ТОТЭ может работать и с обычными углеводородами (метан, пропан, бутан и так далее), однако требуют для своей работы уже сотни градусов.

В своем докладе Мельников рассказал о четырех направлениях потенциального применения «Астры» - для автомобильного, железнодорожного, водного и воздушного транспорта и о том, что сейчас основные усилия сконцентрированы на автомобильном и отчасти железнодорожном направлении.

Особый акцент он сделал на том, что сейчас стратегия «ИнЭнерджи» направлена на создание суверенного технологического пакета: собственных отечественных технологий материалов и комплектующих с целью максимальной локализации производства собственных электрохимических генераторов и энергоустановок на их основе в России. Ключевые характеристики собственных решений, которые делают отечественные водородные энергоустановки конкурентоспособными, таковы: время работы – 15-25 тысяч часов, высокая удельная массовая и объемная мощность (от 2 кВт на килограмм массы и 2,5 кВт на литр объема), сравнительно низкая цена (100 долларов за киловатт себестоимости), высокая доля рециркулируемых материалов – до 30 процентов. Этих параметров российские производители рассчитывают дойти к 2026 году.

Особо стоит отметить заявление Мельникова о том, что у компании уже есть возможность производства одного из ключевых компонентов топливных элементов, «перекрытых» санкциями – протоннообменной полимерной мембраны. Первые образцы отечественной мембраны размером 5х5 сантиметров уже прошли испытания. По словам специалиста, мощности партнера компании уже сейчас позволяют производить до 100 квадратных метров мембраны в день.

«Сейчас мы отрабатываем наши технологические пакеты на нашем очень небольшом внутреннем рынке, что даст нам возможность потом масштабировать эти решения наружу», - сказал Мельников.

Немного рассказал Мельников и о проекте ТОПАЗ, основанном на технологии микротрубчатых твердооксидных топливных элементов. Сейчас в компании уже завершается этап ОКР, а вывод устройств в серийное производство намечен на 2024 год. ТОПАЗ использует в качестве топлива пропан-бутановую смесь или природный газ и представляет собой линейку портативных энергоустановок мощностью до 100 и до 300 Вт, которые позволяют сильно расширить мобильность электроники.

С интересным докладом выступил Юрий Добровольский, который с прошлого года возглавляет Центр водородных технологий в компании АФК «Система», тоже решившей «пойти в водород».

По словам Добровольского, ЦВТ начал свою работу с трех технологий: производства электролизеров, систем металлогидридного хранения водорода и производства водородных топливных элементов с протоннообменной мембраной, которые создаются вместе с ФИЦ проблем химической физики и медицинской химии РАН в Черноголовке.

При этом топливные элементы в ЦВТ создаются двух типов – с воздушным охлаждением, большая часть компонентов которых создавалась и создается в России, и с водяным охлаждением, которые раньше делались за рубежом по заказу, поэтому сейчас, по словам Добровольского, приходится заниматься реверсным инжинирингом западных технологий.

Эти технологии дальше ЦВТ АФК «Система» планирует реализовать в нескольких типах продуктов: это заправочные станции (на данный момент работы находятся на этапе реинжиниринга зарубежной заправки), водородные складские погрузчики, а также водородные грузовики совместно с белорусским предприятием «Белкоммунмаш». Кроме этого, в планах – создание водородного водного трамвая и водородных станций резервного питания для дата-центров. Сейчас АФК «Система» физически строит свой водородный центр в Черноголовке.

Третий доклад представил Евгений Волков, руководитель черноголовской компании «Поликом», которая специализируется на производстве электролизеров с протоннообменной мембраной – конкурирующей технологией с более старой технологией щелочного электролиза, в которой водород получается электролизом раствора щелочи в воде.

Волков представил отличия технологии: в первую очередь отсутствие щелочи делает производство водорода более безопасным для человека, сам электролизер более простым в обслуживании и долговечным, поскольку исключен элемент коррозии, а получаемый водород – гораздо более чистым. Электролизный водород может применяться не только для использования в топливных элементах, но и в производстве микроэлектроники, пищевой и стекольной промышленности, на электростанциях для охлаждения генераторов и так далее.

Компания «Поликом» создала почти полностью локализованный модульный электролизер в формате универсальной платформы с производительностью от 2 до 10 кубических метров сверхчистого водорода в час. Такое устройство в контейнерном исполнении в прошлом году было поставлено на Кольскую АЭС для производства водорода для охлаждения генератора.

Кроме этого, Евгений Волков представил и первую полностью отечественную заправочную водородную станцию на основе электролизера собственной разработки, сборка которой сейчас подходит к завершению.

Напомним, что самая первая водородная заправочная станция в России появилась несколько лет назад в черноголовском Центре компетенций НТИ «Новые и мобильные источники энергии» при ФИЦ ПХФ и МХ РАН (тогда – ИПХФ РАН), однако сама заправка была построена в Германии по техническому заданию Центра компетенций, а электролизный блок изготовили в «Поликоме».

Нынешняя заправка – отечественного производства, она состоит из собственно модуля заправки, генератора водорода на основе электролизера на протоннобменной мембране и промежуточного накопителя.

Материал подготовлен при финансовой поддержке Минобрнауки России в рамках федерального проекта «Популяризация науки и технологий».