Топливные элементы, могущие повысить КПД двигателя до 90%, способ долго хранить электроэнергию – вот лишь некоторые из разработок, над которыми трудятся учёные энергетического факультета Политехнического института ЮУрГУ. Рассказывает заведующий кафедрой теоретических основ электротехники, доктор технических наук, доцент Сергей Анатольевич Ганджа.
Это продолжение статьи.
– Так как запасти электроэнергию впрок, как мы это делаем с углеводородным топливом? – продолжает заведующий кафедрой теоретических основ электротехники ЮУрГУ, доктор технических наук, доцент Сергей Анатольевич Ганджа. – Электрическая энергия имеет особенную природу. Произведённая в единицу времени, например, на Дальнем Востоке, она мгновенно должна быть использована на Урале. Один из вариантов накопления – перевести её в другой вид энергии, например – в энергию химического соединения молекул и атомов. К примеру, если с помощью электричества расщепить воду на кислород и водород и добавить углекислый газ, получится метиловый спирт, или метанол, СН₃OH. Его затем можно хранить в любых объёмах, передавать по трубопроводам – и закачивать в аккумуляторные батареи. А с их помощью снова получать воду, углекислый газ – и электроэнергию.
Наши исследования включают несколько этапов. Чтобы расщепить воду с помощью электричества, а потом сделать топливный элемент, нужны теоретические расчёты и специальная установка. Над этой темой мы работаем совместно с иранскими учёными-электрохимиками. Специалисты нашей кафедры нашли способ проводить весь процесс в одном устройстве, а иранские коллеги разработали теорию и создали компьютерную модель производства топливных элементов. Нами подана заявка в Российский фонд фундаментальных исследований и Иранский научный фонд на проведение работ совместно с иностранными учёными. Сейчас ожидаем результатов рассмотрения этой заявки. В данный момент изготавливаем стенд для проверки расчётов: как получить электрическую энергию из пробирки? Следующий шаг – создание устройства, способного обеспечить электроэнергией частный дом. Наконец, третьим этапом должен стать выход на промышленное производство установок, реализующих эту технологию. Думается, она весьма перспективна: можно широко использовать углекислый газ, который образуется в ходе производственных процессов. Ведь, например, согласно областной программе «Экология», промышленные предприятия Южного Урала должны сократить выбросы углекислого газа в атмосферу в несколько раз. Вот тут-то наш проект и пригодится: вместо того, чтобы загрязнять воздух, этот газ поможет вырабатывать электричество. К счастью, некоторые заводы уже сейчас понимают необходимость сокращения выбросов и готовы с нами сотрудничать.
Важно, что, применяя топливные элементы, можно будет повысить КПД двигателей до 60–90%. Это очень много. Для сравнения – КПД двигателей внутреннего сгорания не превышает 30%. У паровых ещё ниже. Идея использования топливных элементов более перспективна, чем идея создания каких-либо новых аккумуляторов, способных долго держать заряд. Конечно, химики и физики делают успехи в разработке новых материалов. Однако есть принципиальный момент: даже в самой лучшей батарее «поместится» лишь определённое количество электроэнергии, которое ограничено объёмом электродов. Чтобы хранить много электроэнергии, и батареи понадобятся гигантские. Представьте себе аккумулятор размером с главный корпус ЮУрГУ! Такой не то что на автомобиль, а даже на океанский лайнер не поставишь. И построить его будет очень сложно. А вот хранилища топливных элементов практически любого объёма строятся достаточно просто. Аккумуляторы довольно дороги и тяжелы. К примеру, значительная часть веса смартфона приходится именно на аккумуляторную батарею. Кроме того, аккумуляторы требуют зарядки, а она занимает немало времени. Можно, конечно, построить сеть станций для электромобилей: подъехал, снял разрядившиеся батареи, поставил заряженные – и отправился дальше. Только это дорого и неудобно. А водород хранить дорого и опасно: он имеет свойство улетучиваться и образовывать взрывоопасный гремучий газ. Топливные элементы гораздо проще заливать, хранить и перевозить.
Что же мешает широкому распространению и внедрению топливных элементов?
Об этом в окончании материала.