#водородная энергетика

Водород — перспективный ресурс с точки зрения декарбонизации промышленности (сокращения выбросов парниковых газов), его можно использовать в топливных элементах, двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах. Применение водорода в энергоустановках значительно снижает их влияние на глобальное потепление. Но сам процесс производства водорода, а также разработка, эксплуатация и утилизация этих устройств сопровождается значительными выбросами. Поэтому для полноценного развития водородной энергетики необходимо достоверно определить воздействие энергоустановок на окружающую среду по величине углеродного следа. Подход ученых Пермского Политеха помог выявить, какой объем парниковых газов образуется на протяжении всего жизненного цикла устройств для производства электроэнергии, в частности, газотурбинных установок.

Исследователи Научного центра мирового уровня «Передовые цифровые технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (НЦМУ СПбПУ) в содружестве с коллегами из Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН разработали уникальное покрытие для титановых пластин топливных элементов, применяемых в водородной энергетике. Покрытия отличаются высокими антикоррозийными свойствами.

В мире широко развивается водородная энергетика на основе применения твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ). Эти устройства экологически превращают химическую энергию топлива в электрическую. Чтобы повысить их срок службы и надежность, постоянно создают новые технологии для разработки и совершенствования важнейших компонентов. К ним относятся электролиты и электроды, необходимые для функционирования топливных элементов. Ученые Пермского Политеха предложили модифицировать твердые растворы электролитов несколькими добавками, тем самым повышая их качество. Исследуемый способ позволяет создавать подходящий материал для оптимизации работы ТОТЭ.

Разработка ученых Института нанотехнологий, электроники и приборостроения ЮФУ потенциально может найти применение в производстве экологически чистого топлива и накопления энергии. Кроме того, технология может значительно повысить эффективность расщепления воды, способствуя переходу к устойчивой энергетике.

Сегодня наблюдается бурное развитие водородной энергетики. Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с производительностью от 33 до 35 процентов, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию до 65 процентов. В связи с этим, у общества растет спрос на новые конструкционные и функциональные материалы для строительства электростанций. Это связано с тем, что при высоких давлениях и температурах выше 300 градусов Цельсия водородная коррозия оказывает на металлы разрушающее действие, приводящее к снижению механических свойств: прочность и пластичность. Ученые Пермского Политеха исследовали имеющиеся на рынке сплавы и покрытия и выявили среди них ряд материалов, которые могут противостоять воздействию водорода, при этом сохранить целостность и механические свойства изготовленных из них элементов, а также устранить или уменьшить водородное охрупчивание.

Детальное изучение недавно обнаруженного бактериального фермента позволило международной группе ученых разработать новый способ получения энергии напрямую из атмосферного воздуха. Крайне необычный фермент способен окислять микроконцентрации молекулярного водорода, и это можно использовать для создания электрического тока. Таким образом, исследование может стать основой для создания нового экологически чистого источника энергии.

В научно-популярной литературе за водородом закрепилась слава основы экономики будущего. Хотя в промышленности его активно используют едва ли не больше века. Он незаменим в нефтехимии, производстве удобрений и синтетического топлива, а также в энергетике. Но не в качестве энергоносителя — эту роль водороду пока только обещают. Naked Science рассказывает, насколько важное, хоть и не слишком заметное, место занимает в жизни каждого землянина легчайший газ и какое у него будущее.

Новая концепция зеленой энергетики предлагает получать водород в Австралии, где солнечное электричество почти ничего не стоит, делать из него аммиак и миллионами тонн поставлять в Европу — на замену российскому газу. Сам водород по техническим причинам перевозить бессмысленно, но аммиак можно экспортировать на тысячи километров, причем не очень дорого. Соглашение между ЕС и австралийцами уже подписано, однако остаются вопросы. Реализуема она технически или перед нами еще одно «водородное шоссе в никуда», как во времена Буша-младшего?

На Петербургском международном экономическом форуме Анатолий Чубайс предложил России «зубами вгрызться» в производство водорода, поскольку его можно отправлять в Европу по уже существующим трубам для природного газа. Углеводородное топливо бывший председатель правления «Роснано» справедливо считает лишенным особых перспектив на западных рынках. Но вот незадача: физические и технические причины делают реализацию «водородной России» крайне нежелательной. Разбираемся почему.

Сверхлегкая энергосистема на водород-воздушных топливных элементах с прямой подачей воздуха, разработанная BMPower (Сколково) и НИУ «МЭИ», предназначена для энергоснабжения легкого воздушного и наземного транспорта, робототехнических устройств и телекоммуникационного оборудования.

В австралийском штате Виктория запущены две площадки по опытному производству водорода, который будет отправлен морским путем в Японию. Газ получают конверсией бурого угля, затем сжижают. В этом году будет выполнен первый рейс специализированного судна с грузом экологически чистого топлива из Гастингса в Кобе. В подобных масштабах транспортировка сжиженного водорода произойдет впервые.

Евросоюз поставил цель снизить выбросы СО2 на 60% к 2030 году, а к середине века — на все 100%. Добиться этого без переворота в генерации тепла не выйдет: даже в Британии, где климат нельзя назвать суровым, потребление тепла в зимние месяцы вчетверо больше электричества. Это делает отопление за счет СЭС и ВЭС невозможным. Европейцы считают, что решением вопроса может стать водород, из… природного газа. В России полагают, что АЭС способны отопить города просто в качестве побочного продукта своей работы. В Китае тоже рассчитывают на атом в отоплении, но экспериментируют с городскими «атомными котельными», как в позднем СССР. Какой из этих подходов победит и почему? Попробуем разобраться.

Ученые ДВФУ совместно с коллегами из Австрии, Великобритании, Турции, Словакии и России (НИТУ «МИСиС» и МГУ) придумали как насыщать тонкие слои металлических стекол водородом при комнатной температуре. Это серьезно расширяет диапазон недорогих, энергоэффективных и высокопроизводительных материалов и методов, пригодных для развития водородной энергетики.