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

Аграрный связной Аграрный связной

Как немец Штефан Дюрр использует 630 000 га российской земли

Forbes
Покидая Генотопию Покидая Генотопию

С тех пор каждый человек фактически живет в двух параллельных мирах...

Вокруг света
За секунду до алюминия За секунду до алюминия

В Иркутской области готовятся к запуску нового завода по производству алюминия

Эксперт
Как новенькая! Как новенькая!

Способы, которые помогут запустить процесс очищения и омоложения организма

Лиза
С тележкой — за деньгами в Лондон С тележкой — за деньгами в Лондон

Розничная сеть Fix Price выходит на Лондонскую фондовую биржу

Эксперт
Астрономы нашли на Луне потенциальный источник квазиспутника Земли Астрономы нашли на Луне потенциальный источник квазиспутника Земли

Астероид Камоалева мог быть выбит с поверхности Луны в прошлом

N+1
Считать от МРОТ Считать от МРОТ

Оплату труда учителей ждет реформа

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
Таёжное проклятие Таёжное проклятие

В начале 1930-х в Кремль стали поступать тревожные сообщения с Дальнего Востока

Дилетант
Не стучись в мою дверь: 5 сериалов-антологий в жанре ужасов Не стучись в мою дверь: 5 сериалов-антологий в жанре ужасов

Хорроры-антологии, которые не позволят вам от себя оторваться

Правила жизни
Монетизация воды Монетизация воды

Какие финансовые инструменты появились в борьбе за климат

Деньги
Что такое локальная сеть. Для чего нужна и как ее создать Что такое локальная сеть. Для чего нужна и как ее создать

Как легко настроить собственную локальную сеть?

Цифровой океан
Ученые пытаются понять, что делать с ледниковым шельфом Уилкинса. Он на грани и грозит катастрофой планете Ученые пытаются понять, что делать с ледниковым шельфом Уилкинса. Он на грани и грозит катастрофой планете

Ледниковый шельф Уилкинса в Антарктиде демонстрирует признаки нестабильности

Inc.
Работа из дома: насколько она эффективна и как не сойти с ума — 9 советов Работа из дома: насколько она эффективна и как не сойти с ума — 9 советов

Справляться со сложностями и не терять эффективность на удаленке

РБК
Ханами по-приморски Ханами по-приморски

Рододендрон – чудо дальневосточной природы и символ Приморья

Отдых в России
8 нетривиальных способов лучше узнать свою вторую половинку 8 нетривиальных способов лучше узнать свою вторую половинку

Активности, которые помогут лучше узнать партнера и открыть с новых сторон

Maxim
Как сохранить любые отношения: мнение психолога Как сохранить любые отношения: мнение психолога

Иногда случается так, что отношения начинают сходить на нет. Но их можно спасти!

Psychologies
Минэкономразвития повысило прогноз по росту экономики и доходов: что за этим стоит Минэкономразвития повысило прогноз по росту экономики и доходов: что за этим стоит

Минэкономразвития пересмотрело трехлетний прогноз экономического развития

Forbes
Дорогой длинною Дорогой длинною

Чуйский тракт неспроста называют самой красивой дорогой России

Лиза
«Волноваться полезно»: 5 видов тревоги «Волноваться полезно»: 5 видов тревоги

Что лежит в основе тревоги и как использовать ее себе во благо?

Psychologies
Что такое водородная очистка двигателя, как работает и стоит ли делать Что такое водородная очистка двигателя, как работает и стоит ли делать

Все о водородной очистке двигателя: что за процедура и есть ли в ней смысл

РБК
Все гениальное просто: 5 привычных предметов мебели с интересной историей Все гениальное просто: 5 привычных предметов мебели с интересной историей

Интересная история разработки стоит за каждым из этих предметов мебели

ТехИнсайдер
5 способов показать детям, что вы их любите 5 способов показать детям, что вы их любите

Как дать детям понять, что их мысли и переживания важны для вас?

Psychologies
Банки попросили отложить отказ от зарубежного софта Банки попросили отложить отказ от зарубежного софта

В России так и не появился ряд IТ-решений, рассчитанных на банковские системы

Forbes
Царевна лягушек Царевна лягушек

Pomodoro, «поедание лягушки» и другие лучшие техники для управления временем

VOICE
Молодые самцы лазоревок уступили чужих самок старшим сородичам Молодые самцы лазоревок уступили чужих самок старшим сородичам

В отсутствии старших самцов лазоревок репродуктивный успех молодых увеличился

N+1
Не все потеряно: как кинематограф осмысляет мировые трагедии Не все потеряно: как кинематограф осмысляет мировые трагедии

Кинематограф работает с материалом человеческих трагедий

Правила жизни
ИИ и технологии ИИ в мире науки, техники и предпринимательства ИИ и технологии ИИ в мире науки, техники и предпринимательства

Какой правовой статус у искусственного интеллекта?

Наука и Техника
Самые стойкие: 7 цветов, которые дольше всех остаются свежими Самые стойкие: 7 цветов, которые дольше всех остаются свежими

Срезанные цветы, которые смогут радовать вас на протяжении нескольких недель

ТехИнсайдер
Марлону Брандо — 100 лет. Почему он — великий актер? Марлону Брандо — 100 лет. Почему он — великий актер?

Творческий путь великого актера Марлона Брандо

Правила жизни
Открыть в приложении