по популярности / по алфавиту

эксперт

Китай хакнул американский рынок высоких технологий

«Китайские инвесторы теряют доверие к своей экономике и инвестируют в высокие технологии за рубежом»

подробнее

Как электрохимические генераторы станут эффективнее ТЭЦ

Автор:

Фото: Justin Sullivan/Getty Images

Дата: 29 марта 2017 17:13

Электрохимическую энергетику можно использовать везде — от мобильного телефона в кармане до большой станции где-нибудь в тайге.

Что такое электрохимическая энергетика

Электрохимическая энергетика — это выработка электроэнергии электрохимическими устройствами. Аккумуляторы в телефонах, любые батарейки — все это небольшие электрохимические устройства с топливными элементами. Есть более мощные устройства — большие топливные элементы в электрохимических установках. Они позволяют производить электроэнергию в ощутимых количествах и на стационарных электростанциях, и в качестве автономных источников тепло- и электроснабжения зданий. Топливные элементы можно использовать для освещения и питания электрических и электронных устройств, которые нас окружают, например, в двигателях транспортных средств. Ученые постоянно придумывают новые способы упрощения конструкций и находят новые способы применения топливных элементов.

Как ученые вернулись к старой идее

Различные электрохимические устройства позволяют получать электроэнергию из топлива напрямую, без горелок и турбин. Щелочные топливные элементы использовало NASA с середины 1960-х годов в программах Apollo и Space Shuttle. Такие элементы на космических кораблях производят электроэнергию и питьевую воду. В электрических или гибридных автомобилях можно использовать твердополимерные топливные элементы.

Nissan представил автомобиль на твердооксидных топливных элементах.

В Институте высокотемпературной электрохимии (ИВТЭ) Уральского отделения РАН разрабатывают твердооксидные топливные элементы. Если обычная пальчиковая батарейка работает полтора месяца, то твердооксидный элемент проработает 10-15 лет.

Идея создания твердооксидных топливных элементов не нова. Прототип первого топливного элемента в России был создан Павлом Яблочковым еще в 1876 году. Век спустя в СССР построили первый генератор на твердооксидных топливных элементах. Однако дальше экспериментальных образцов тогда дело не пошло, и в 1990-е годы все исследования почти прекратились, возобновившись лишь в 2000-е. Недавно Уральский федеральный университет и Институт высокотемпературной электрохимии создали совместную лабораторию «Материалы и устройства для электрохимической энергетики». На этот раз технология будет внедрена в жизнь и сможет изменить промышленность.

В чем преимущества твердооксидных элементов

Электроэнергия в России примерно на 80% вырабатывается за счет преобразования тепла в машинном цикле, то есть тепло получают либо за счет сжигания топлива на ТЭС, либо за счет ядерных реакций на АЭС. Заведующий лабораторией электрохимических устройств на твердооксидных протонных электролитах ИВТЭ Анатолий Дёмин объясняет, что преобразование химической энергии первичного топлива (уголь, газ, нефтепродукты) в электрическую проходит много ступеней. Надо сначала химическую энергию превратить в тепловую, тепловую — в механическую, и только потом механическую энергию преобразовать в электрическую. Этот длинный процесс приводит к тому, что более двух третей первичной химической энергии теряется. Если брать твердооксидные топливные элементы, которые можно напрямую преобразовывать в электричество, то теряется лишь треть энергии. Поэтому топливные элементы выгоднее.

Перспективные технологии электрохимической энергетики.

«Еще одно преимущество твердооксидных топливных элементов в том, что они «всеядны» по отношению к разным видам топлива, — рассказывает Анатолий Дёмин. — Для щелочных и твердополимерных топливных элементов топливом может быть только чистый водород, которого в природе нет — мы не можем просверлить где-нибудь скважину, чтобы его оттуда достать. Для твердооксидных топливных элементов топливом может быть любой газ, который горит — природный газ, метан, пропан, бутан, продукты газификации дизельного топлива или бензина, угля, остатков сельхоз продуктов, отходов лесопереработки (древесина, стружка) и даже торфа. Более того, топливом может быть биогаз, который сейчас достаточно широко используется, например, в Китае».

Как это будет выглядеть на практике

Твердооксидные топливные элементы можно использовать в разных областях. Элементами небольшой мощности можно заменять аккумуляторы в электронных устройствах. Устройства большого размера можно применять в транспорте в качестве вспомогательных установок для обеспечения энергией больших транспортных средств на стоянках. Также установками из твердооксидных топливных элементов можно обеспечивать энергией и теплом жилые дома.

Лекция о топливных элементах.

Станции на основе твердооксидных топливных элементов нужны для обеспечения электричеством людей, которые живут в труднодоступных местах — там, куда сложно или экономически невыгодно проводить линии электропередач. Когда такие станции станут достаточно дешевыми, пользоваться ими сможет любой, кто живет за городом, ведь они будут размером с большой холодильник. У вас всегда есть столько электричества, сколько вам нужно — и при этом вы не зависите от энергокомпаний.

Институт высокотемпературной электрохимии совместно с УрФУ, Уральским заводом газовых центрифуг и АО «УРАЛИНТЕХ» разрабатывает новую электроустановку на основе топливного элемента мощностью 3 киловатта, и должны ее сделать до конца 2017 года. Это будет первая в России энергоустановка такой мощности с твердооксидными топливными элементами.

Понравилась заметка? Поделитесь —

Комментарии (0)

Добавить комментарий

Войти с помощью: