На фоне глобального стремления к снижению углеродного следа и переходу на более экологически чистые источники энергии российские ученые сделали значительный шаг вперед, представив уникальную разработку в области энергетических технологий. На XI Международном форуме технологического развития «Технопром-2024» была продемонстрирована компактная энергоустановка, способная работать в любых климатических условиях. Эта установка, созданная на базе высокотемпературных топливных элементов, разработана Научно-исследовательским центром «ТОПАЗ» при активном участии Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики».
Инновационная основа установки
Энергоустановка «Топаз» представляет собой модульную платформу, использующую микротрубчатые твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ) и структурированные композитные катализаторы для конверсии углеводородного топлива в водородсодержащий газ. Это позволяет устанавливать и эксплуатировать ее в широком диапазоне температур — от -60 до +60 °C. Высокая удельная емкость и модульная конструкция позволяют адаптировать комплексы под различные нужды, от автономных систем радиосвязи до инфраструктуры газопроводов и комплексов безопасности.
Ключевые технологии и их преимущества
Микротрубчатые ТОТЭ, используемые в «Топазе», создаются с помощью послойного формирования тонких пленок, что обеспечивает высокие скорости нагрева и увеличенный срок службы. Это критически важно для работы в экстремальных условиях, где надежность и долговечность становятся ключевыми факторами. Важным элементом разработки также являются структурированные катализаторы, созданные учеными Института катализа СО РАН. Эти катализаторы не только обеспечивают эффективную конверсию исходного топлива, но и легко масштабируются, что открывает перспективы для их широкого применения в различных энергетических системах.
Принцип работы
Электрохимический генератор Топаз-Гамма М представляет собой стационарную энергоустановку мощностью до 1 кВт, предназначенную для обеспечения электроэнергией в случае аварийного отключения или для питания удаленных объектов, не подключенных к централизованным электросетям. Основным топливом для этого генератора служат природный газ или пропан-бутан.
Принцип работы устройства основан на использовании топливного элемента, в котором энергия химической реакции между топливом и окислителем напрямую преобразуется в электрическую. Это позволяет избежать промежуточных этапов преобразования в тепловую или механическую энергию, что делает процесс более эффективным.
Топливный элемент включает в себя два газопроницаемых электрода — анод и катод, которые разделены газоплотным твердым электролитом. На анод подается топливо в виде синтез-газа, состоящего из водорода (H2) и монооксида углерода (CO), получаемого из органических видов топлива непосредственно внутри генератора. На катод подается окислитель, в роли которого выступает воздух.
Между анодом и катодом находится ион-проводящая мембрана электролита, через которую перемещаются заряженные ионы, образующиеся в результате реакций на электродах. Взаимодействие топлива с окислителем приводит к образованию электрического тока, который можно использовать для питания различных устройств. В качестве побочных продуктов этой реакции получаются вода и углекислый газ, которые выводятся из системы.
Применение и перспективы
Энергоустановка «Топаз» предназначена для широкого круга применений. Она может обеспечивать энергией системы радиосвязи, мониторинга и видеонаблюдения, использоваться в транспорте и робототехнике, а также служить источником питания для инфраструктурных объектов, таких как газопроводы и комплексы обеспечения безопасности и навигации. Благодаря своей универсальности и адаптивности, установка может стать основным элементом для создания низкоуглеродной энергетической инфраструктуры в различных регионах мира.
Генеральный директор НИЦ «Топаз» Александр Сивак отметил: «На текущий момент мы находимся на стадии опытного производства компактных энергоустановок различной конфигурации выходной электрической мощностью от 50 Вт до 100 Вт, которые между собой объединяются в систему кратной мощности. Объем одного такого ЭХГ не более 7 литров, и, по нашему мнению, это самый маленький из производимых в мире электрохимических генераторов на основе ТОТЭ и риформера углеводородного топлива».
Научно-технологическое сотрудничество
Успех разработки «Топаз» во многом обусловлен эффективным взаимодействием научно-исследовательских институтов и промышленности. Как отметил Павел Снытников, руководитель Центра компетенций Национальной технологической инициативы «Водород как основа низкоуглеродной экономики», сотрудничество с группой компаний ИнЭнерджи, частью которой является НИЦ «ТОПАЗ», началось еще в 2016 году. За это время удалось успешно реализовать ряд научных проектов и вывести разработку на уровень серийного производства.
Важную роль в этом процессе сыграл НИЦ «ТОПАЗ», выступив в роли квалифицированного заказчика научно-исследовательских и опытно-конструкторских работ. Правильная формулировка технических заданий и понимание исследовательского процесса позволили значительно сократить сроки разработки и вывода продукта на рынок.
Движение вперед
Разработка энергоустановки «Топаз» демонстрирует огромный потенциал российских ученых и инженеров в области создания инновационных энергетических технологий. Комплексная платформа на основе высокотемпературных топливных элементов открывает новые горизонты для использования водорода как ключевого элемента в переходе к низкоуглеродной экономике. В условиях глобальных изменений климата и усилий по сокращению выбросов CO2, такие решения становятся не просто желательными, но и жизненно необходимыми для устойчивого развития.
Источник: Центр компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики», InEnergy
Понравилась статья? Тогда ставьте лайк 👍 и подписывайтесь на наш канал. Это поможет нам понять, что вам действительно интересно, – чтобы рассказать об этом более подробно. Посещайте наш сайт (www.pagz.info), чтобы ознакомиться с более подробной информацией по этой теме.
