Новый экологичный метод удержания водорода в металле от «ХитЛаб»

ЭкспертHi-Tech

Водородооборот магния

Давно известный способ удержания водорода в металле претендует на практическое применение и широкое распространение

Сергей Куликов, Александр Механик

Невзрачная на вид паста может оказаться перспективным топливным элементом

Многие уверены, что в недалеком будущем мы будем ездить на электромобилях. Однако определенности в том, что будет служить источником энергии в этом автомобиле, пока нет. Да, сегодня в основном это литий-ионный аккумулятор. Но есть и альтернатива — топливный элемент, работающий на водороде. Как считается, более экологичный вариант. Да и вообще, проект декарбонизации мировой экономики в своей основе имеет водород. Предполагается, что именно он станет основным источником энергии.

Сегодня в водородные автомобили водород «загружается» в газообразном виде, в баллонах под давлением. И из-за этого проигрывает литий-ионным аккумуляторам, поскольку при том же объеме в баллонах можно сохранить меньше энергии. К тому же баллоны должны выдерживать высокое давление, что усложняет их производство.

Немецкие ученые из Института производственных технологий и передовых материалов им. Фраунгофера (IFAM, Дрезден, ФРГ) представили новый материал на основе магния, который может накапливать энергии в десять раз больше, чем литиевая батарея сопоставимых веса и размеров. Он также хранит значительно больше энергии, чем в применяемых сегодня баллонах. Этот материал — специальная паста на основе гидрида магния, которая хранит водород при атмосферном давлении. А его высвобождение и дальнейшее использование в топливном элементе не самая сложная техническая задача: гидрид магния взаимодействует с водой при обычной температуре. На выходе — гидроксид магния и водород.

Между тем российская компания «ХитЛаб» из Ульяновска уже год как поставляет исследователям из IFAM основные компоненты для «прорывного» вида топлива, в частности гидрид магния. Более того, у компании есть собственные подобные разработки, и она вполне могла бы наладить аналогичное производство в России при наличии средств на исследования и развитие.

За экологию

Поиск оптимальных решений для создания безопасного источника энергии идет непрерывно, и предложение использовать водород в виде пасты — одно из них. Новый метод может оказаться инновационным, несмотря на кажущуюся простоту. По уверениям разработчиков Powerpaste, процесс получения водородной пасты технологически несложный и не очень затратный. Для ее производства сначала магний смешивают с водородом при температуре около 350 °C и давлении, в пять-шесть раз превышающем атмосферное, с образованием гидрида магния. Сложный эфир и соль металла добавляются для завершения процесса и образования вязкой серой массы, которую можно загружать в картриджи.

По словам разработчиков, автомобили с Powerpaste могут рассчитывать на запас хода, «сравнимый с бензином или даже превышающий его».

Как пояснил в беседе с «Экспертом» технический директор компании «ХитЛаб» Сергей Потапов, если говорить просто, то весь процесс заключается в том, что порошок гидрида магния перемешивается со сложным эфиром (жидкость) до равномерного пастообразного состояния.

По его словам, сам процесс получения гидрида магния относится к опасным производственным процессам и подлежит постановке на учет и строгому контролю. И это отражается на стоимости материала. «При масштабном серийном производстве стоимость одного килограмма гидрида магния можно довести до семи-восьми долларов», — отмечает Потапов.

«Конечно, для изготовления гидрида магния тратится энергия, как и для смешивания пасты, но совсем немного, — признает Сергей Потапов. — Тогда как литий и его соединения, входящие в состав литий-ионных батарей, — токсичный, дорогой и экологически опасный продукт».

При этом, по его словам, у отечественной компании по этой теме есть ряд собственных изобретений. Например, был разработан прототип мобильного источника питания, основанный на химическом источнике водорода — том же гидриде магния. «По нашим расчетам, его энергетическая эффективность оказалась выше, чем у коллег из Германии», — отмечает Потапов.

За чей счет

Спрос на такого рода технологии в России есть. Но проблема заключается в том, что нашим потребителям требуются законченные и полностью работоспособные устройства. Тогда как у разработчиков средств на то, чтобы довести собственные разработки до конца, как правило, не хватает.

«Главные проблемы — отсутствие достаточного для такого уровня задач финансирования и система управления, построенная на “эффективных менеджерах”», — сетует Сергей Потапов.

Для России, по мнению представителей «ХитЛаб», будут актуальны мобильные источники питания (дроны, беспилотники), носимые источники питания, аккумуляторы водорода мегаваттного класса (горизонт окупаемости от пяти лет) для накопления энергии, полученной от возобновляемых источников. При этом вопрос, что именно стоит развивать, чтобы не прогореть в нынешних условиях, остается открытым, поскольку приоритеты, как правило, задает государство.

«Экономическая целесообразность — понятие относительное, нужно сравнивать с другими возможными вариантами и спецификой применения, — полагает Сергей Потапов. — Все зависит от масштаба и целей, так как универсальных решений, как правило, не бывает». По его словам, сейчас компания «ХитЛаб» производит не так много гидрида магния, счет идет на сотни килограммов в год. Но могли бы производить много, если бы были заказы. А с этим как раз проблемы, которые в основном заключаются в большой инерционности продвижения разработок.

За чистоту!

Новый метод привлекателен еще и своей экологичностью. Магний как основа носителя водорода при необходимости может быть использован еще раз. И еще раз. Поскольку, как уже было сказано, после того как водород высвободился из гидрида магния, образуется гидроксид магния. Сам по себе этот материал имеет применение, например, в медицине. «Это абсолютно безопасное для здоровья и экологии соединение», — уверяет Потапов.

С тем, что использование этого продукта безопасно, согласна и большая часть пользователей российского сегмента интернета. «Это такое вещество, которое даже употреблять внутрь можно, от изжоги помогает, — поясняет один из блогеров. — Еще его добавляют в зубную пасту и немного в сахар, чтобы тот не слеживался».

Но это, что называется, побочное явление. Более эффективно будет восстановить гидроксид магния до магния и дальше опять «зарядить» его водородом и вновь использовать как носитель водородной энергии, поясняет Сергей Потапов.

За реализм

У предложенного метода есть и критики. По мнению руководителя Центра компетенций НТИ при Институте проблем химической физики РАН Юрия Добровольского, из инновационного во всей этой истории только паста, сделанная на основе гидрида магния.

«Сама по себе его реакция с водой известна уже давно, — отметил он. — К сожалению, его применение в качестве топлива бесперспективно, особенно для транспорта». Если разработчики заявляют, что эта паста может использоваться для питания дронов, то это вряд ли целесообразно, считает Добровольский. По его мнению, если говорить о массе, то выгоднее взять пять баллонов с водородом, чем этот порошок, вес которого с учетом воды, необходимой для его смешивания, окажется больше.

«Наш опыт в “ХитЛабе”, где мы используем подход с горячим гидролизом в водяном паре, показывает, что наше решение вполне сопоставимо по энергоемкости с подходом, использующим сжатый водород, — парирует Потапов. — Но при этом большим преимуществом при использовании источника водорода на гидриде магния будет отсутствие избыточного давления и, следовательно, безопасность». Отпадает необходимость использовать дорогостоящее компрессорное оборудование, обучать персонал работе с сосудами под высоким давлением и т. д. «Допустим, вам нужно обеспечить источниками питания экспедицию или удаленный объект (где нужны беспилотники, мобильные дроны) с отсутствием инфраструктуры — не потащите же вы туда тяжелые баллоны со сжатым водородом и компрессоры для перекачки?» — отвечает он.

Еще один момент, на который, по словам Добровольского, нельзя не обратить внимание, состоит в том, что получение гидрида магния возможно при огромном давлении при высоких температурах. «Если даже считать стоимость пасты по себестоимости материалов, то водород должен выходить по цене девять долларов за килограмм, — подсчитывает он. — При любом другом способе он получается дешевле, так что с экономикой применение этой идеи тоже никак не срастается».

По словам Юрия Добровольского, с подобной идеей один из российских стартапов носится уже лет пять. Но как только начинают считать экономическую составляющую проекта, становится грустно и приходится откладывать идею до лучших времен.

«Да, носимся в том числе и мы, — сетует Сергей Потапов. — Но если бы лица, ответственные за распределение финансирования, более открыто и доброжелательно смотрели на альтернативные разработки, вполне возможно, что такие источники питания уже применялись бы там, куда не захочется тащить тяжелые баллоны со сжатым водородом и тяжелые нагнетательные компрессоры».

Сегодня многие мировые компании заняты разработкой металлогидридных аккумуляторов водорода, в том числе на основе магния. Расчет здесь на накопление энергии, полученной от ВИЭ. Да, схема, когда электроэнергия, например от ветростанции, напрямую поступает для накопления в литий-ионный аккумулятор, выглядит проще, нежели схема с металлогидридным накопителем. В этом случае между ветряком и накопителем должен еще быть электролизер для выработки водорода, КПД которого на уровне 80%, то есть часть энергии уже потеряется. Зато в металлогидридном накопителе электроэнергия может храниться крайне долго, в отличие от литий-ионного аккумулятора, который саморазряжается со временем. Так что его использование оптимально при компенсации недостатка энергии на коротких временных промежутках, тогда как металлогидридные накопители хорошо покажут себя на длительных промежутках времени.

Варианты накопления и сохранения «зеленой» энергии при помощи водорода рассматриваются самые разные. Ученые всего мира находятся в активном поиске решений. «ХитЛаб» пока в этом же тренде. Главное, из него не выпасть.

Фото: сайт IFAM

Хочешь стать одним из более 100 000 пользователей, кто регулярно использует kiozk для получения новых знаний?
Не упусти главного с нашим telegram-каналом: https://kiozk.ru/s/voyrl

Авторизуйтесь, чтобы продолжить чтение. Это быстро и бесплатно.

Регистрируясь, я принимаю условия использования

Рекомендуемые статьи

За секунду до алюминия За секунду до алюминия

В Иркутской области готовятся к запуску нового завода по производству алюминия

Эксперт
Жена Николая Еременко: «В самом начале нашего романа Коля предупредил меня, что женат» Жена Николая Еременко: «В самом начале нашего романа Коля предупредил меня, что женат»

«Я хочу дать тебе свою фамилию. Никаким женам не давал, а тебе дам»

Караван историй
Как не проспать водород Как не проспать водород

Правительство надеется совершить технологический рывок

Эксперт
Чем полезен щавель и кому лучше от него отказаться Чем полезен щавель и кому лучше от него отказаться

Щавель насыщен витаминами и органическими кислотами, а потому очень полезен

РБК
С тележкой — за деньгами в Лондон С тележкой — за деньгами в Лондон

Розничная сеть Fix Price выходит на Лондонскую фондовую биржу

Эксперт
Весна приходит не одна: как бороться с аллергией на пыльцу? Весна приходит не одна: как бороться с аллергией на пыльцу?

Что важно знать о поллинозе, чтобы пережить период активного цветения растений

Maxim
Маломощные реакторы спасут мирный атом Маломощные реакторы спасут мирный атом

Репутация – главная проблема атомной энергетики в XXI веке

Популярная механика
«Режимы движения» и их влияние на системы автомобиля «Режимы движения» и их влияние на системы автомобиля

Зачем внедорожникам нужны «режимы движения»?

4x4 Club
Нет неизвестных солдат Нет неизвестных солдат

Как вернуть из безвестности реальные имена

Огонёк
Как выбрать леску для триммера: виды, отличия, рекомендации Как выбрать леску для триммера: виды, отличия, рекомендации

Какой леской лучше косить траву триммером? На что обратить внимание при выборе?

CHIP
Ускоряем уборку: 15 гениальных лайфхаков для вытирания пыли Ускоряем уборку: 15 гениальных лайфхаков для вытирания пыли

Как быстро убрать пыль в доме?

VOICE
«От саванны до дивана: Эволюционная история кошек» «От саванны до дивана: Эволюционная история кошек»

Почему внешность домашних кошек разнообразнее, чем у их предков

N+1
45 в «кубе» 45 в «кубе»

За что мы любим «Гелендваген»

Автопилот
Растяжки на коже у женщин: почему они появляются и как от них избавиться Растяжки на коже у женщин: почему они появляются и как от них избавиться

Почему на коже женщин появляются растяжки и как их профилактировать?

Psychologies
Когда 70 тысяч лет назад люди покинули Африку, они на 20 тысяч лет остановились на Иранском нагорье Когда 70 тысяч лет назад люди покинули Африку, они на 20 тысяч лет остановились на Иранском нагорье

Одним из важнейших центров расселения Homo sapiens стало Иранское нагорье

ТехИнсайдер
Как освоить бег босиком и избежать ошибок новичка Как освоить бег босиком и избежать ошибок новичка

Что такое босоногий бег и чем он полезен?

ТехИнсайдер
Арт-дилер Денис Арцинович: «Продолжать паразитировать на имени Фаберже неправильно» Арт-дилер Денис Арцинович: «Продолжать паразитировать на имени Фаберже неправильно»

Денис Арцинович о лаврах Фаберже и выборе между живыми и умершими художниками

СНОБ
Па-де-де Па-де-де

Разговор об искусстве с основательницей и художественным руководителем ЦБШ

Grazia
Стареющую иммунную систему можно снова сделать молодой Стареющую иммунную систему можно снова сделать молодой

Можно ли восстановить иммунную систему? Сможет ли наш организм помолодеть?

ТехИнсайдер
Химики разобрались в биосинтезе грамина Химики разобрались в биосинтезе грамина

Грамин образуется из триптофана в присутствии цитохрома P450

N+1
Инсульт из-за неоптимальных температур унес жизни более полумиллиона человек в 2019 году Инсульт из-за неоптимальных температур унес жизни более полумиллиона человек в 2019 году

Выявлено 521000 смертей, связанных с инсультом из-за неоптимальной температуры

N+1
Как исцелиться от травмы отвержения: 5 психологических приемов Как исцелиться от травмы отвержения: 5 психологических приемов

Когда формируется травма отвержения, как ее можно выявить и как — исцелить

Psychologies
Послеродовая депрессия: что нужно знать близким Послеродовая депрессия: что нужно знать близким

Послеродовая депрессия это не усталость, не «минутная слабость» и не каприз

Psychologies
«Не умеют слушать»: как работать с такими коллегами и руководством «Не умеют слушать»: как работать с такими коллегами и руководством

Мы стремимся донести до коллег точку зрения, однако нас не слышат. Что делать?

Psychologies
Рождаемость в упадке: причины демографической ямы в Оренбуржье Рождаемость в упадке: причины демографической ямы в Оренбуржье

В чем кроются причины демографической ямы в Оренбуржье и как из нее выйти

ФедералПресс
Говорят, мы бяки-буки: самые нестандартные бандиты в кино Говорят, мы бяки-буки: самые нестандартные бандиты в кино

Нестандартные экранные преступники, разрушающие привычный шаблон

Правила жизни
Что такое сквош и почему всем стоит его попробовать Что такое сквош и почему всем стоит его попробовать

Сквош — это ракетный, самый активный и быстрый вид спорта

Maxim
Настоящие тайны крестоносцев Настоящие тайны крестоносцев

Как тамплиеры стали финансистами, опередившими свое время

Деньги
Все не так, однозначно Все не так, однозначно

Как 1970-е стали десятилетием конспирологии и паранойи

Weekend
Город на парках Город на парках

Хабаровск: победа деревьев над советским пространством

Weekend
Открыть в приложении