начало 23/12/2020
окончание 24/12/2020
​​​Ученые и представители национальных компаний в декабре соберутся на конференции "Водород. Технологии. Будущее". Ее проводит Томский политех (ТПУ) как один из "двигателей" водородной энергетики в России, комплексно исследующий ее с 2000-х годов. Как в прогрессе помогала самая продвинутая "водородная" страна – Исландия и чем ТПУ помог ей – в материале РИА Томск. 

Научно-практическая конференция "Водород. Технологии. Будущее" пройдет 23-24 декабря на платформе Томского политехнического университета. Организует ее недавно созданный консорциум "Технологическая водородная долина", инициировали который ТПУ, Институт катализа СО РАН, Институт проблем химической физики РАН, Институт нефтехимического синтеза РАН, Самарский политех и Сахалинский госуниверситет. 

В конференции планируют принять участие представители университетов, институтов Российской академии наук и компаний, заинтересованных в развитии водородных технологий, таких, как "Росатом", "Газпром", СИБУР, "Новатэк", "РЖД" и другие. 

Давно в теме 

Первые комплексные исследования по водороду, когда были вовлечены подразделения университета и иностранные ученые и организации, начались в ТПУ с 2004 года. Отдельные исследования по водородным проблемам были еще в 1970-х. 

Профессор отделения экспериментальной физики Инженерной школы ядерных технологий, доктор физико-математических наук Юрий Тюрин вспоминает, что для российской  науки своеобразной точкой отсчета стал 2003 год, когда  было принято принципиальное решение о том, что Российская академия наук и компания "Норильский никель" объединят свои усилия в исследовании проблем водородной энергетики и топливных элементов. 

Чуть больше года спустя, 14 декабря 2004 года, на базе лаборатории 23 НИИ ядерной физики ТПУ была создана кафедра водородной энергетики и плазменных технологий. 

"Возглавил кафедру профессор Валерий Павлович Кривобоков. На ней работали специалисты высокого класса, например, академик РАН Владимир Накоряков, в 2007 году ставший лауреатом престижной международной премии "Глобальная энергия", – рассказывает Тюрин. 

Тогда же премии удостоился исландский профессор Торстейнн Инги Сигфуссон за проект "Исследования и работы по внедрению водородной энергетики в Исландии". 

"В это время ТПУ в рамках Инновационной образовательной программы развития реализовывал проект по развитию пучково-плазменных технологий для водородной энергетики, материаловедению для водородной энергетики (совместно с профессорами Саарбрюккенского университета Хармутом Михаэлем Кренингом и Баубахом) и созданию тонкопленочных твердооксидных топливных элементов (совместно с Институтом сильноточной электроники СО РАН).
Мы договорились с профессором Сигфуссоном о совместной делегации ТПУ и Института теплофизики СО РАН в Исландию – хотели ознакомиться с внедрением конкурентоспособных водородных энергетических установок. Такой визит состоялся осенью 2007 года, и мы согласовали программу совместных работ в области развития технологий водородной энергетики", – вспоминает Юрий Тюрин. 

Особенность Исландии в том, что там есть избыток вырабатываемой электроэнергии (производимой на основе геотермальных источников). Исландцы решили аккумулировать избыточную электроэнергию в водороде, используя для этого электролиз воды в часы минимальных потребительских нагрузок в электросетях. 

"Электролитический водород нарабатывается с эффективностью почти 90%, и с эффективностью до 80% превращается с помощью топливных элементов в электроэнергию", – поясняет ученый. 

Казалось бы – в чем логика? Зачем одну электроэнергию превращать в другую электроэнергию? 

"Дело в том, что  нарабатываемый водород – это экологически чистый аккумулятор геотермальной, солнечной, ветровой  энергии. И получаемый водород используется как топливо, например, в автомобилях, переведенных с двигателей внутреннего сгорания на электродвигатели.  
Это важно, поскольку доля вредных выбросов от автомобилей в крупных городах составляет от 70 до 90% от общего объема загрязняющих веществ. Поэтому Исландия стала переводить на водород общественный транспорт, например, автобусы, которые доставляют пассажиров в аэропорт", –  рассказывает собеседник. 

Водород был более безопасной альтернативой литиевым аккумуляторам, использующимся в электромобилях: 

"Литиевые аккумуляторы, безусловно, хороши с точки зрения отсутствия загрязняющих выбросов и возможности подзарядки от распределительных электросетей.  Но есть свои "но": при аварии и возгорании тушение такого аккумулятора практически невозможно и сопровождается экологическим загрязнением. А результат горения топливного элемента на водороде – водяной пар. Вопрос с выбором батареи для автомобиля – литиевая или водородный топливный элемент – решит время", – подчеркивает специалист.​

© предоставлено пресс-службой ТПУ
"В любом глобальном выборе человечеством нового вида топлива у водорода есть неоспоримые преимущества: отсутствие экологических проблем, практически неограниченные и возобновляемые запасы водорода на Земле, если рассматривать в качестве источника водорода воду", – говорит Юрий Тюрин.
  
Вопрос времени 

Юрий Тюрин считает, что переход в производстве электроэнергии на водородное топливо и электрохимические топливные элементы –  экологически чистые источники электроэнергии – тоже вопрос времени. 

"В принципе, энергии, необходимой для получения водорода путем электролиза, на Земле достаточно. На каждый квадратный метр Земли ежесекундно приходит киловатт мощности солнечного излучения. Это значит, что за час на поверхность Земли поступает количество солнечной энергии, равное ее современному мировому потреблению за год, во всех видах.    
Исходя из этого установки по производству водорода следует строить около крупных объектов солнечной, ветровой, геотермальной и прочей энергетики, расположенных в местах, малопригодных для проживания. Нарабатываемый водород аккумулирует произведенную энергию и транспортируется в виде водородного топлива в места потребления", – говорит профессор. 

По его мнению, возможны и локальные базовые комплексы (нерегулярный возобновляемый источник электроэнергии – водородный аккумулятор энергии – топливный элемент), расположенные вне распределительных энергетических сетей. 

Но науке предстоит еще решить много технических проблем. Например, требуется создание хороших топливных элементов. Их "сердце" – это полимерная мембрана, которая обеспечивает высокую ионную проводимость, не позволяя газообразным реагентам – водороду или кислороду – неконтролируемо перемешиваться.

© предоставлено лабораторией импульсно-пучковых, электроразрядных и плазменных технологий ТПУ
"Электролиз с протонобменной мембраной – это электролиз воды в ячейке, снабженной твердым полимерным электролитом, обеспечивающим проводимость протонов, разделение газообразных продуктов и электрическую изоляцию между электродами", – поясняет Юрий Тюрин.

По словам Тюрина, метод получения полимерных электролитных материалов – иономеров путем радиационно-индуцированной прививки является одним из наиболее привлекательных способов получения электролитов для применения в устройствах преобразования и накопления энергии. 

"Радиационно-привитые мембраны, получаемые на циклотроне Р7М ИЯТШ ТПУ, по своим характеристикам сопоставимы с коммерчески эталонной мембраной (Nafion), но имеют более низкую стоимость. Томский политехнический университет является обладателем патента на способ изготовления полимерной ионообменной мембраны радиационно-химическим методом", – подчеркивает Тюрин. 

Прорыв на миллионы 

Другое важное направление, которое развивалось в ТПУ под руководством Валерия Кривобокова, а также Андрея Соловьева и Николая Сочугова, – разработка тонкопленочной твердооксидной батареи топливных элементов. 

"Это очень интересный топливный элемент. Он высокотемпературный и предназначен для стационарных источников энергии, с высоким КПД. Может работать на широком спектре углеводородных топлив – метане, пропане, бутане, биогазе.  
С помощью пучково-плазменных технологий наша группа ученых научилась наносить очень тонкую ионообменную мембрану, и эти топливные элементы работают уже не при 1000 градусов, а при 700 градусах, а это очень важно для их практического применения", – подчеркивает специалист. 

Существенно продвинуться во всех этих исследованиях ученым ТПУ помогли мегагранты правительства РФ, полученные в 2010 году (тогда только началась такая форма поддержки исследователей). 

Томский политехнический университет реализовал их в области технологий водородной энергетики совместно с ведущим ученым профессором Сигфуссоном и в области материаловедения систем металл-водород. Руководителями второго мегагранта были Ханс-Михаэль Кренинг и основатель направления исследований в области радиационной физики металл-водородных систем в ТПУ профессор Иван Чернов. 

"Мы демонстрировали полученные материалы, образцы ионообменных мембран и тонкопленочных твердооксидных топливных элементов на Ганноверской ярмарке, дважды проводили там День России в павильоне Водородной Энергетики, в рамках которых читали лекции по результатам применения радиационных и пучково-плазменных технологий при решении принципиальных проблем в области водородной энергетики.
Торстеинн Сигфуссон был удовлетворен итогами работы коллектива международной лаборатории ТПУ по гранту, поскольку в ТПУ была уникальная научно-исследовательская база – циклотрон, ядерный реактор, пучково-плазменные установки, радиационно-физический комплекс для исследований систем металл-водород, высококвалифицированные научные кадры, велась подготовка магистрантов и аспирантов.
Общее направление работ соответствовало его стремлению стимулировать в энергетике переход от углеводородного топлива к водороду", – говорит Тюрин. 

Благодаря гранту лаборатории ТПУ были оснащены уникальным научным оборудованием, которое позволило получать результаты на уровне ведущих мировых исследовательских центров. Например, в лаборатории Тюрина в третьем корпусе политехнического университета находится установка для исследования взаимодействия атомарного водорода с поверхностью твердых тел. Там только один насос стоит, как "Лексус"… 

Ученый поясняет:  

"С помощью гетерогенной хемилюминесценции – явления, когда твердое тело светится в атмосфере атомарного водорода, – можно изучать первый атомный слой конденсированных сред, исследовать начальные стадии процессов зарождения дефектов и структур на поверхности.
А поверхность твердых тел – это основа современной электроники, технологии разработки современных катализаторов и эффективных методов накопления и транспортировки водорода в топливных элементах и накопителях водорода".

© предоставлено пресс-службой ТПУ
Установка для исследования хемилюминесценции помогает на "языке света" рассказать о процессах, происходящих на поверхности конденсированных сред, определить примеси, дефекты, активные центры и прекурсоры, которые не удается наблюдать другими способами.

Следующий шаг 

"Сейчас мы должны сделать следующий шаг и объединить усилия для реализации на практике разрабатываемых и уже готовых технологий для водородной энергетики. Нам надо становиться лидерами в новой парадигме решения энергетических проблем при переходе от углеводородных источников энергии к водородным", – утверждает Юрий Тюрин.   

По его мнению, такой переход диктуется продолжающимся крайне примитивным использованием углеводородов, соответствующим глубокому прошлому: 

"Использование водорода в качестве основного энергоносителя – это новый научно-технический результат, сравнимый по социально-экономическим последствиям с воздействием на развитие цивилизации, которое оказали электричество, двигатель внутреннего сгорания, информатика и связь. Мы подходим к качественно иному уровню энергетической свободы современной цивилизации", – подытоживает ученый.​

Похожие новости

  • 23/12/2020

    Губернаторы трех регионов открыли первую конференцию «Водород. Технологии. Будущее»

    ​На платформе Томского политехнического университета открылась первая научно-практическая конференция «Водород. Технологии. Будущее». Ее дистанционно открыли губернаторы Томской, Сахалинской, Самарской областей и заместители глав администраций Новосибирской области и Санкт-Петербурга, а также представители Минпромторга и Минобрнауки России.
    526
  • 27/11/2020

    Первые водородные автозаправки хотят открыть в крупных городах

    Первые водородные автозаправки сначала должны появиться в крупных городах с населением больше миллиона человек. Они будут пробными - демонстрационными. А потом география этих автозаправок начнет расширяться.
    534
  • 14/09/2020

    В Томске стартует Международный конгресс по радиационной физике и энергии EFRE-2020

    Томский политехнический университет совместно с Российской академией наук, Институтом сильноточной электроники СО РАН и Томским научным центром СО РАН объявляет о старте VII Международного конгресса «Потоки энергии и радиационные эффекты» (EFRE-2020).
    609
  • 03/11/2020

    Стартовала Международная Балтийская школа 2020: новые возможности установок класса «Мегасайенс»

    Открыл ежегодную Международную Балтийскую Школу Анатолий Снигирев, директор МНИЦ «Когерентная рентгеновская оптика для установок «Мегасайенс» БФУ им. И. Канта. Анатолий Александрович отметил, что проведение подобной встречи – это знаковое событие для научно-исследовательского центра и университета, в целом.
    472
  • 18/12/2020

    Наука не может быть скучной

    ​В рамках XI Международной конференции «Химия нефти и газа» при поддержке Росмолодежи, выделившей грант, прошла первая Школа молодых ученых Science O’Clock. Ее участниками стали более 60 человек – молодых ученых, студентов и школьников из Томска, Новосибирска и Казани.
    650
  • 22/12/2020

    Первая конференция «Водород. Технологии. Будущее» пройдет на платформе ТПУ

    ​​Научно-практическая конференция «Водород. Технологии. Будущее» пройдет 23-24 декабря в очно-дистанционной форме на платформе Томского политехнического университета. Организует конференцию консорциум по развитию водородных технологий «Технологическая водородная долина».
    503
  • 29/09/2020

    Международная конференция "Кремний-2020" и Школа молодых ученых

    22-24 сентября в г. Гурзуф в рамках VI Международного Форума «Микроэлектроника 2019» состоялись XIII Международная Конференция «Кремний-2020» и XII Школа молодых ученых и специалистов по актуальным проблемам физики, материаловедения, технологии и диагностики кремния, нанометровых структур и приборов на его основе.
    1054
  • 24/11/2020

    IV Всероссийская научно-техническая конференция "Моделирование авиационных систем"

    ​​​26-27 ноября 2020 года в ГНЦ РФ ФГУП "Государственный НИИ авиационных систем" состоится IV  Всероссийская научно-техническая конференция "Моделирование авиационных систем".Организаторами конференции являются ГНЦ ФГУП "ГосНИИАС" совместно с Российской академией наук и Российским фондом фундаментальных исследований.
    561
  • 26/10/2020

    Интенсив по подготовке проектов и стартапов в сфере ИИ пройдет в Москве

    ​Как минимум 100 технологических команд — участников первого в России интенсива по подготовке проектов и стартапов в сфере искусственного интеллекта "Архипелаг 20.35" представят продукты и решения на основе ИИ и для более чем 30 отраслей экономики и получат финансирование на дальнейшее развитие.
    547
  • 01/12/2020

    IV Российско-Корейский «День науки»

    ​2 и 3 декабря 2020 года состоится IV Российско-Корейский «День науки», в рамках которого будут обсуждаться вопросы нейронаук, искусственного интеллекта, вирусологии, эпидемиологии и иммунологии.  Организаторы Дней науки Российская академия наук, Российский фонд фундаментальных исследований, а также Корейско-Российский центр сотрудничества по науке и технологиям KORUSTEC и Национальный исследовательский фонд Кореи информируют, что прямая трансляция предстоящих мероприятий будет вестись на канале YouTube.
    695