Освоение Арктики, одно из важнейших направлений экономической политики сегодняшней России, невозможно без надежной энергетической поддержки. О том, как эффективно наладить такую поддержку, «Ъ-Науке» рассказал Дмитрий Агарков, заведующий лабораторией топливных элементов МФТИ, старший научный сотрудник Института физики твердого тела РАН.
Фото: Сергей Ермохин, Коммерсантъ / купить фото
Фото: Сергей Ермохин, Коммерсантъ / купить фото
— Насколько важно решить проблему энергетики в Арктике?
— Электро- и теплоснабжение в Арктическом регионе — важнейшее направление работы. Сейчас эта задача решается двумя основными способами — применением дизельных генераторов и гибридных установок с ветрогенераторами. Первый имеет такие важные недостатки, как низкий коэффициент полезного действия, что вызывает необходимость завоза большого количества топлива, низкий межсервисный интервал на уровне 250–300 часов, что влечет за собой высокие издержки на обслуживание, а также необходимость двойного или тройного резервирования. Также следует отметить крайне низкую экологичность этой технологии. Второй способ — применение гибридов с ветрогенераторами — также пока не позволил решить проблему по причине малого ресурса работы и постоянных отказов в условиях Крайнего Севера. Таким образом, для решения проблемы энергетики в Арктике требуется создание надежного, эффективного генератора электрической и тепловой энергии.
— Каково место водородной энергетики в Арктике?
Заведующий лабораторией топливных элементов МФТИ, старший научный сотрудник Института физики твердого тела РАН Дмитрий Агарков
Заведующий лабораторией топливных элементов МФТИ, старший научный сотрудник Института физики твердого тела РАН Дмитрий Агарков
— Водородные технологии, в первую очередь системы генерации электроэнергии и хранения топлива, будут играть ключевую роль в энергетике Арктики из-за высокой эффективности и экологичности. То есть перспективными, с нашей точки зрения, являются технологии топливных элементов и хранения топлива — водорода и углеводородов.
— Нужна диверсификация энергоснабжения региона. Каково место топливных элементов как устройств с наилучшим КПД?
— Место топливных элементов — ключевое в будущей системе энергоснабжения Арктического региона. Нет сейчас более эффективной технологии преобразования химической энергии водорода и углеводородов в электрическую энергию. Также следует отметить хорошую масштабируемость систем на топливных элементах, срок службы и межсервисный интервал.
— А чем выгодны твердооксидные топливные элементы
— Главные преимущества твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ; solid oxide fuel cells) перед другими — рекордные значения коэффициента полезного действия, а также возможность работы не только на чистом водороде, но и на многих углеводородах: природный газ, метан, пропан-бутан, диметиловый эфир, диметоксиметан, биоэтанол и даже подготовленное дизельное топливо. Это преимущество крайне важно с точки зрения малого распространения сети заправки водородом. А сеть распространения указанных углеводородов достаточно хорошо развита и в мире, и в России. Также следует отметить такое важное преимущество ТОТЭ, как генерация высокопотенциального тепла (зачастую в виде водяного пара с температурой 150–250 °С). Так что можно использовать ТОТЭ и как источник тепла для горячего водоснабжения или отопления. Успешные масштабные пилотные программы по такому применению в домашних хозяйствах уже проводятся в Японии (более 50 тыс. систем на ТОТЭ) и Европейском союзе (более 1 тыс. систем).
— Как обстоит дело с ТОТЭ в России — я имею в виду собственное производство, сборку из комплектующих, импорт?
— В настоящий момент в России работает несколько команд в государственных организациях и частных компаниях, которые занимаются исследованиями и разработками в области ТОТЭ: материалами, мембранно-электродными блоками, батареями и макетами энергетических установок. Производство энергетических установок в России, к сожалению, отсутствует. Некоторые компании занимаются импортом готовых систем и комплектующих из-за рубежа.
— Кто главные коммерческие интересанты ТОТЭ?
— Перспективных вариантов применения ТОТЭ немало, они в первую очередь относятся к стационарной распределенной энергетике — для компаний, нуждающихся в постоянной независимой от внешних условий генерации с высокой эффективностью. Следует отметить следующие ниши: электропитание и теплоснабжение удаленных объектов без доступа к централизованной системе энергоснабжения, в том числе на Крайнем Севере; электроснабжение дата-центров; тепло- и электроснабжение объектов агрохолдингов, тяготеющих к кормовой базе, которая может находиться вдали от централизованной энергосистемы; катодная защита трубопроводов; разнообразные специальные применения.
— Расскажите о ваших научно-технических результатах.
— Наша команда в академическом институте ИФТТ РАН с 2003 года ведет систематические исследования и разработки в области планарных ТОТЭ, в первую очередь с поддерживающей мембраной твердого электролита — анионного проводника. Разработана масштабируемая лабораторная технология синтеза большинства электродных материалов, создания единичных ТОТЭ — мембранно-электродных блоков, батарей (сборок, стеков) ТОТЭ, а также создан и испытан макет энергетической установки. Совместно с Национальным исследовательским университетом МФТИ ведутся разработка энергетической установки, работающей на природном газе, для применения в Арктике; разработка новых перспективных типов ТОТЭ с поддерживающей анодной подложкой (в интересах агрохолдинга ЭФКО) и пористой металлической основой; ряд фундаментальных проектов по созданию научных основ технологии.
— Каковы перспективы ТОТЭ в 2021–2030 годах?
— Перспективы ТОТЭ на указанный период, с нашей точки зрения,— несколько экспериментов с макетными образцами, а также создание производства при наличии интереса и возможностей у заинтересованных частных инвесторов.
Интервью взял Владимир Тесленко, кандидат химических наук