ДЛЯ РЕШЕНИЯ ГЛОБАЛЬНЫХ ПРОБЛЕМ
Вручение премий «Глобальная энергия» по итогам Всероссийского конкурса молодежных исследовательских проектов в области энергетики состоялось 18 декабря в Москве.
Ю. Александрова,
«НВС»
Наград были удостоены шесть научных коллективов; среди лауреатов — две группы молодых ученых из Новосибирского Института катализа им. Г.К. Борескова (на торжественной церемонии в столице их представляли к.х.н. Павел Снытников и Ольга Нецкина). В последние дни уходящего года мы встретились с ребятами, чтобы поговорить о прошедшем награждении, о том, что сделано и что предстоит сделать, о перспективах решения глобальных энергетических проблем с помощью использования катализаторов, о сути предлагаемых разработок и о сферах их применения…
Первая молодежная группа — четыре человека из лаборатории каталитических процессов в топливных элемента под руководством д.х.н., профессора В. Собянина. Проект, получивший премию, лишь маленькая часть того, чем занимаются сотрудники лаборатории, однако он очень хорошо вписывается в общую канву всех научных исследований. Мы беседуем с двумя членами группы — к.х.н. Павлом Снытниковым и Андреем Стадниченко (в ее состав входят также С. Бадмаев и М. Сидякин).
П. Снытников: Название работы, в рамках которой мы будем проводить изыскания, «Получение водорода из метанола, диметилового эфира и этанола для питания топливных элементов». Именно под нее давалась премия, а если говорить точнее, грант на проведение исследований (он рассчитан на два года). Предполагается, что в течение 2007-2008 гг. заявленная работа будет реализована.
А. Стадниченко: Проект номинировался по конкурсу водородная энергетика — это направление, которое сейчас бурно развивается во всем мире, в том числе и в России. Наша работа охватывает две важные области. Она касается получения водорода, во-первых, из синтетического углеводородного сырья — диметилового эфира, метанола. А во-вторых, из возобновляемого органического сырья — биоэтанола (так сейчас принято называть водно-этанольные смеси, получаемые при переработке растительного сырья, в том числе различных сельскохозяйственных органических отходов). Проблема эта достаточно сложная, и в нашей группе каждый занимается своей частью: одни готовят и испытывают катализаторы, другие отвечают за физико-химические методы исследования.
П. Снытников: Вообще-то данной тематикой в нашей лаборатории занимаются с конца 90-х годов — тогда проводились совместные работы с итальянскими и греческими коллегами, позволяющие в настоящее время выйти на новый уровень. Если раньше это были, скорее, поисковые проекты и исследования (именно с этого начинала лаборатория каталитических процессов в топливных элементах), то сейчас все направлено на практическое применение, в идеале хотелось бы создать работающее изделие.
А. Стадниченко: Десять лет назад водородная энергетика еще не была настолько популярной, во всяком случае, в России — делались только первые шаги. Теперь мы подходим к такому этапу исследований, когда изготавливаются каталитические реакторы получения водорода, опытные образцы, на которых можно проводить демонстрации, отрабатывать различные режимы работы, а, соединяя с топливным элементом, получать электрохимический генератор, который собственно и является конечной целью. В нашей работе мы в первую очередь будем заниматься разработкой высокоактивных катализаторов для получения водорода, добиваться устойчивой и эффективной работы таких образцов.
П. Снытников: Наша работа пока связана с модельной системой: мы берем водно-этаноловую смесь (фактически, конечный продукт переработки биосырья) и из него пытаемся получать водород. Пока все это находится в стадии лабораторных испытаний, здесь есть свои тонкости и проблемы, главная из которых — зауглероживание катализаторов, т.е. существенное снижение их активности с течением времени. Для того чтобы данного явления избежать, необходимо разобраться, что происходит, придумать новые каталитические системы, которые бы этого не боялись и были стабильны. Ведь если в дальнейшем переводить наши разработки на рельсы использования, они должны работать годами, иметь свой «ресурс прочности», который устраивал бы потребителя.
А. Стадниченко: Сейчас в Институте катализа проводятся более простые исследования метанола (считается, что его переработка в водород менее сложна), параллельно начнем исследовать получение водорода и из этанола. Будем надеяться, что разрабатываемые каталитические методы окажутся достаточно простыми, не потребуют больших и сложных установок. Причем речь не идет о получении водорода, который, условно говоря, закачают в баллон и повезут куда-то для использования. Весь смысл в том, чтобы извлекать водород непосредственно в тот момент и в том месте, где находится топливный элемент, и где необходимо получение электроэнергии. Это представляется перспективным и интересным.
П. Снытников: Мы многое сделали за этот год, но есть еще немало вопросов, которые предстоит проработать в ближайшее время.
Вторая группа — коллектив лаборатории исследования гидридных соединений, которую возглавляет д.х.н. В. Симагина: О. Нецкина, О. Комова, А. Генцлер и Е. Граффер. Я обращаюсь к Ольге Нецкиной с просьбой рассказать о проекте, получившем поддержку со стороны фонда «Глобальная энергия» и представленном на церемонии награждении в Доме ученых РАН в Москве.
О. Нецкина: Мы получили грант на выполнение проекта «Разработка активных и стабильных катализаторов для портативных генераторов водорода». Одной из основных задач водородной энергетики является создание компактных систем хранения водорода и его получения «по требованию» для питания топливных элементов. Наша лаборатория занимается созданием портативных генераторов водорода на основе гидридных соединений, которые позволят увеличить ресурс работы мобильных и переносных устройств. Гидридные соединения характеризуются большим запасом энергии в виде водорода: в 28 граммах боргидрида натрия заключено такое же количество энергии, что и в полутора килограммах обычных пальчиковых батареек.
Наша задача — разработка катализаторов, поскольку самым главным в генераторе водорода является каталитический блок, который должен быть маленьких размеров (ведь данные устройства предполагается сделать миниатюрными). Нужны, таким образом, активные и стабильные катализаторы, которые обеспечат длительную и бесперебойную работу переносных устройств. Конечно, сейчас мы в начале сложного пути, нам надо решить как прикладные, так и фундаментальные задачи — это комплексная проблема.
В разговор вступает Оксана Комова.
О. Комова: В лаборатории исследования гидридных соединений накоплен большой опыт работы с гидридами. Изучались их свойства и разрабатывались научные подходы к их синтезу, эти соединения также использовали для восстановления катализаторов в мягких условиях. Целью нашей молодежной группы является исследование каталитического гидролиза боргидрида натрия и создание портативных генераторов водорода на основе этого процесса для различных типов топливных элементов.
О. Нецкина: Конечно, существуют определенные сложности. Нужно решить технические проблемы, связанные с конструкцией реактора и разработать научные подходы к приготовлению катализаторов, которые, повторюсь, должны быть активными и стабильными.
О. Комова: Необходимо также сотрудничество с инженерами и конструкторами, потому что регулирование работы портативного генератора водорода должно осуществляться автоматически с учетом требуемого расхода газа. У нас уже есть партнеры, как в научно-исследовательских учреждениях РАН, так и отраслевых институтах России.
О. Нецкина: Созданные нами первые прототипы генераторов водорода на основе гидридных соединений, конечно, имеют ряд технических несовершенств. Но надеюсь, что работа со специалистами технических отраслей поможет устранить эти проблемы. Пока мы использовали данные устройства только для тестирования катализаторов в условиях, приближенных к реальным.
О. Комова: В прошлом году наша работа была представлена на конкурсе Института катализа СО РАН — она вошла в десятку лучших. Тогда мы продемонстрировали практическое приложение наших исследований и провели опыт, в котором совместили созданный нами лабораторный генератор водорода с топливным элементом.
О. Нецкина: Мы попросили сотрудника института к.х.н. А. Окунева предоставить топливный элемент, и под Новый Год с помощью нашего прототипа генератора водорода зажгли новогоднюю елочку: в устройство поместили катализаторы, подали раствор гидридного соединения, в результате образовавшийся водород поступил в топливный элемент и помог устроить новогоднюю иллюминацию.
Вообще-то разрабатываемые нами системы хранения и генерации водорода «по требованию» могут обеспечить работу топливных элементов различной мощности (от сложных приборов медицинского назначения, переносных раций до мобильных телефонов). Я думаю, что результаты этой работы будут востребованы, прежде всего, для создания компактных энергоустановок, обеспечивающих работу приборов и оборудования в полевых условиях.
Хочется, чтобы наши исследования нашли практическое применение, а топливные элементы, совмещенные с портативными генераторами водорода на основе гидридных соединений, вошли в повседневную жизнь.
Фото В. Новикова
стр. 6
|
