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

  • 03/02/2021

    Программа мероприятий, посвященных Дню российской науки

    ​Ежегодно 8 февраля российское научное сообщество отмечает свой профессиональный праздник — День российской науки. ​ По традиции к этой дате в институтах и вузах, находящихся под научно-методическим руководством Сибирского отделения РАН, приурочены научно-популярные мероприятия: дни открытых дверей, экскурсии, лекции и так далее.
    2374
  • 30/12/2020

    Топ-30 разработок сибирских ученых в 2020 году

    ​На портале «Новости сибирской науки» можно познакомиться с инновациями и последними достижениями сибирских ученых. Сегодня мы предлагаем вашему вниманию Топ-30 сообщений о наиболее значимых и интересных научных разработках 2020 года, размещенных на нашем сайте.
    6262
  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    7040
  • 19/11/2020

    Цитируемые ученые ТПУ: «умные» удобрения, ферритовая керамика и наносеребро

    ​Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за октябрь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 57, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 7,246.
    1159
  • 24/02/2021

    Цитируемые учёные ТПУ: подземные воды Забайкалья, свойства Шлемника и донные осадки моря Лаптевых

    Проект «Цитируемые ученые ТПУ» подводит итоги публикационной активности ученых Томского политехнического университета за январь. Самый высокоцитируемый соавтор статей ученых ТПУ имеет индекс Хирша 90, а самый высокорейтинговый журнал — импакт-фактор 6,479.
    483
  • 14/12/2020

    Томский НПЦ "Полюс" начнет выпуск антивирусных рециркуляторов воздуха

    ​Научно-производственный центр (НПЦ) "Полюс" в начале 2021 года планирует приступить к промышленному выпуску рециркуляторов воздуха на основе инновационной антивирусной лампы "Экран-50.1", разработанной в Институте сильноточной электроники СО РАН; рециркулятор позволяет очищать воздух от вирусов, бактерий и грибков на 99,9%, рассказал РИА Томск замгубернатора по промышленной политике Игорь Шатурный.
    911
  • 26/03/2021

    ТГУ представил на совещании «Аэронет» разработки для сверхлегких ракет

    В Томском государственном университете проходит рабочее совещание Национальной технологической инициативы «Аэронет», посвященное ракетным топливам для ракет-носителей сверхлегкого класса и уникальным материаловедческим решениям для космического машиностроения.
    787
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    2230
  • 19/02/2021

    Данные учёных ТГУ помогут в обследовании пациентов с инсультом

    Учёные лаборатории нейробиологии ТГУ в ходе серии экспериментов, проведённых с использованием модели ишемического инсульта у крыс, получили новые данные о процессах, которые происходят в очаге поражения головного мозга.
    851
  • 08/07/2021

    Минобрнауки России опубликовало список заявок, допущенных к конкурсу в рамках Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019 - 2027 годы

     Опубликован Протокол № 2021-951-ФП5-2 первого этапа экспертизы заявок на участие в конкурсе на реализацию отдельных мероприятий Федеральной научно-технической программы развития синхротронных и нейтронных исследований и исследовательской инфраструктуры на 2019 - 2027 годы.
    589