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».
«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.
Источник: rusplt.ru