На Урале разрабатывают уникальную установку для получения водорода
Новый способ снижает энергозатраты на 30 — 40% по сравнению с традиционными технологиями
В Уральском федеральном университете (УрФУ) во взаимодействии с Институтом высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН ведутся работы по созданию уникальной твердооксидной электролизной установки для получения водорода. Ученые рассчитывают достичь результата к 2030 году.
— Интерес к водороду обусловлен тем, что он представляет наиболее «чистое» топливо среди известных источников энергии, поскольку его использование не приводит к загрязнению окружающей среды. Кроме того, водород обладает наивысшей теплотой сгорания, являясь самым энергоемким топливом. Поэтому разработка высокоэффективных и экономически и технологически привлекательных методов получения, хранения и использования водорода является чрезвычайно актуальным направлением, в том числе и в России, — прокомментировал профессор-исследователь кафедры технологии электрохимических производств УрФУ, заведующий лабораторией «Материалы для водородной энергетики» Дмитрий Медведев. — Высокотемпературные твердооксидные электрохимические устройства на их основе занимают особое место в высокотемпературной электрохимии, поскольку они характеризуются чрезвычайно высокими значениями кпд по сравнению с существующими (низкотемпературными ) аналогами.
По словам Дмитрия Медведева, уникальность создаваемой установки на основе твердооксидеых электролизеров состоит в том, что она позволит получать относительно дешевый водород: энергозатраты потребуются на 30 — 40% меньше в сравнении с традиционными технологиями получения водорода:
— Это становится возможным за счет утилизации дополнительного высокопотенциального тепла. В России достаточно много атомных электростанций. На АЭС происходят выбросы тепла в виде водяного пара. Мы планируем использовать эти источники дополнительной энергии, чтобы питать наши электролизеры и получать высокочистый (незагрязненный какими-либо примесями) и дешевый водород. Дело в том, что предлагаемые нами устройства работают при очень высоких температурах относительно классических технологий получения водорода. Перегретый пар с температурой 200 — 300 градусов (и выше), выходящий из реакторов АЭС, нам вполне подходит, чтобы обеспечить работоспособность электролизера. То есть мы одновременно имеем источник получения водорода (перегретый водяной пар) и тепло, которое мы целенаправленно используем в наших электрохимических процессах.
Потолок в два доллара
Данная разработка уральских ученых ведется в рамках стратегического проекта УрФУ «Материалы и технологии для водородной и ядерной энергетики». Конечным результатом проекта является разработка к 2030 году технологии полного цикла, включающей получение редкоземельных элементов, синтез материалов (электродов и электролитов), формирование материалов в готовые устройства, масштабирование устройств в модульной конструкции, синтез водорода. Предусматривается, в частности, получение новых функциональных материалов для устройств генерации водорода. Подобные материалы крайне необходимы как для высокотемпературных устройств, использующих электролиз паровой смеси и избыточное тепло атомных электростанций, так и низкотемпературных, использующих электролиз водных растворов. Проектом руководит заведующий кафедрой технологии электрохимических производств УрФУ, профессор Юрий Зайков.
— Коммерческая цена, которая бы устроила потребителя, — два доллара за килограмм водорода. Но пока все имеющиеся в мире электролизные установки дают достаточно дорогой водород, — рассказал Юрий Зайков. — Использование перегретого пара, то есть избыточного тепла атомных электростанций, позволяет значительно снизить (на 30 — 40%) стоимость получаемого водорода и приблизиться к тем самым заветным двум долларам за килограмм. За рубежом также рассматривают твердооксидные электролизеры для получения водорода, и в первую очередь рассматривают именно в совокупности с развитием атомной энергетики. Но у нас есть возможность к 2030 году создать новые материалы (в первую очередь протонпроводящие электролизеры), чтобы снизить стоимость получения водорода не только до двух долларов, но и ниже. Кроме того, с помощью протонпроводящих электролизеров можно получать не только чистейший водород, но и чистый кислород прямо из воздуха, гипоксические и гипероксические смеси.
По словам Юрия Зайкова, индустриальным партнером проекта Уральского федерального университета может выступить Росатом, объявивший конкурс на создание за три года электролизной водородной установки опытно-промышленного типа, которая бы получала водород из водяного пара атомных реакторов. Итоги конкурса станут известны в апреле 2022 года.
