Юрий Добровольский: мы хотим получить эффективный двигатель без проблем ДВС

26 Марта 2019

Конкурсы Up Great Первый элемент, которые проводятся в рамках Национальной технологической инициативы РВК, Фондом Сколково и АСИ, устремлённым на преодоление технологических барьеров в создании компактных и эффективных водородных топливных элементов для транспорта. Водородные источники энергии имеют резерв, вполне сравнимый, а иногда и превосходящий литиевые аккумуляторы. Но у этой методики есть серьезные технологические преграды, которые и планирует преодолеть Up Great. О сегодняшнем дне и будущем одной из самых перспективных топливных технологий корреспонденту Олегу Никишенкову рассказал глава конкурсов Up Great Первый элемент, заведующий лабораторией Института данная проблем химической физики РАН (ИПХФ) Юрий Добровольский:

- Юрий Анатольевич, участникам конкурсов Up Great Первый элемент требуется преодолеть барьеры удельной массовой энергоемкости и удельной энергоплотности. Почему именно по этим показателям важно достичь тарана?

- Сегодня мы живем в мире, где почти повсеместно используются двигатели внутреннего сгорания (ДВС). Сейчас для человечества они являются эталоном экономичности и энергоемкости в транспортной отрасли. При этом все уже на себе ощутили основные недостатки ДВС, особенно в городах: это шум и мышцастое загрязнение окружающей среды. Поэтому сейчас городской транспорт повсеместно поработал развиваться в сторону создания машин на электрической тяге – они решают большинство проблем ДВС. Теперь давайте подумаем, какие характеристики мы должны взять в основу для электротранспорта? Понятно, что они должны состоять хотя бы не хуже уровней ДВС. Теперь сравним два самых актуальных решения в области электрохимических источников энергии: водородные топливные элементы и литиевые аккумуляторы. Автомобиль Tesla работает на литиевых источниках питания, его отличает мягкое комфортное движение без шума. Но и минусы такого автомобиля очевидны: ограниченность пробега на одной зарядке, в то время как заливка полного бака бензина позволит преодолеть не менее 500 километров.

- Говорят, Tesla Model S на одной зарядке все же может проехать такое расстояние.

- Допустим, вы даже сумели его пройти. Все равно у литиевых аккумуляторов есть существенные недостатки: полный заряд автомобиля занимает не менее 8-9 часов. А бензином вы заливаетесь всего за 1-2 минуты. К этому же, если часто реализовать быструю зарядку, аккумулятор скоро состарится и вам придется его часто заменять. А это, кстати, самая дорогая часть электромобиля. В идеале потребитель, конечно, думает иметь аккумулятор, который служит столько же, сколько и сам автомобиль. Чтобы не использовать часто полную зарядку аккумулятора, некоторые владельцы электрокаров налегают каждый раз заряжать электромобили лишь наполовину. Конечно, при такой зарядке автомобиль и проходит только половину пути, который мог бы пройти при полной зарядке. 5 марта, 15:43Многофункциональные зоны на М-11 оборудуют зарядками для электромобилей

- Водородные топливные элементы решат эти проблемы?

- Мы хотели бы получить двигатель без недостатков ДВС, но с похожими характеристиками динамики и скорости заправки. Очевидно, что этого невозможно достичь с сегодняшними аккумуляторами: есть технологичные пределы, которых нам в ближайшие несколько лет не одолеть. И самая основная характеристика, а это и есть барьер, который мы тяготеем преодолеть – энергоемкость. Среди аккумуляторов, которые относительно сходным и сегодня реально выпускаются в промышленных объемах, при этом имея относительно небольшие габариты, этот показатель составляет приблизительно 250 Вт*час/кг.

- И, что это означает? О чем это число говорит потребителям?

– Оно показывает, сколько весит единица энергии, которая передвигает ваш автомобиль. Энергоемкость – синоним энерговооруженности. И в бензине в разы больше энергоемкости, чем в упомянутых 250 Вт*час/кг. К этому же, есть еще одна важная характеристика – мощность: проще говоря, сколько сил мы затрачиваем на движение. Например, компактному малолитражному автомобилю требуется примерно 20 кВт. Электрическому автомобилю класса Tesla – более 60 кВт, и 120 кВт при пиковой сильная нагрузке – числа совсем другого уюта, согласитесь. При этом самый оптимистический прогноз по энергоемкости аккумуляторов на несколько лет вперед составляет не более 350 Вт*час/кг. И все равно он не приближает нас к ДВС по энергоемкости. Необходимо добиться максимально приближенного показателя. В 2015 году с этим технологическим пределом столкнулись все центровые автопроизводители. Все уже помнят, что нужен другой пульсар энергии. Одной из первых компаний, сделавших пассажирский автомобиль на водородных топливных элементах, стала Toyota c моделью Mirai. Компании удалось достигнуть сравнимой с ДВС энергоемкости. Японцы доказали, что технология водородных топливных элементов (ВТЭ) сравнима с ДВС по оправданности. 20 ноября 2018, 03:30Мировые продажи электромобилей выросли на 70% в 2018 возрасту

- Как вызовы в технологии водородных топливных элементов проецируются на квадрокоптеры и другие изделия, где легко и просто использовать ВТЭ?

- Для конкурса мы взяли ключевые показатели: в одном случае - объемная решительность, в другом – групповая, это основные барьеры. В автомобиле главное ограничение носит геометрический характер. По идее, можно просто поставить много литиевых аккумуляторов, но тогда нужна машина размером не чуть менее, чем с тягач, а производитель требует эргономичности. А в воздухе решающую роль играет именно масса. Представьте: если устройство будет сложным – ведь его тоже придется в воздух поднимать, вместе с остальными деталями летательного инструмента.

И еще один фактор, который подталкивает активные поиски перехода с ДВС на топливные элементы: возникновение новых, уже вполне ощутимых реальных рынков. Речь идет, прежде всего, о роботах и квадрокоптерах. Можете представить робота с выпускной трубой – смешно, не так ли? Робототехника очень активного развивается, и энергоемкость пульсаров питания для этой отрасли будет крайне важна. Что касается квадрокоптеров, то чем большого будет его энергоемкость и крошечнее масса, тем дольше он будет летать. Сейчас эти летательные аппараты могут продержаться в воздухе примерно полчаса, делаю какие-то незначительные задания типа дивертисментной съемки. Для выполнения более сложных поручений, скажем, для решения задачи так продолжаемой последней мили в логистике (доставка товара от склада до конечного потребителя – прим. ред. ) или для картографической съемки, нужно реять несколько часов, перевозя очень большое количество полезной нагрузки. И, когда мы показатели энергоемкости пересчитываем на время, выходит, что коптер должен держаться в воздухе не менее трех часов. Эти расчеты сказались в показателях наших конкурсов.

- Как бы Вы оценили качество инструкций, представивших свои решения на конкурсы Up Great?

- В наших конкурсах участвуют сильные полноценные инструкции. В конкурсе Первый литий. Воздух (требуется представить решение для летающих объектов – прим. ред. ) получился довольно широкий круг игроков. И я достаточно оптимистичен по поводу их возможностей. Среди них есть и студенческие проекты, и профессиональные инструкции, делающие вертолеты. Мы считаем эту тему в невредимом более подъемной : для создания изделия требуются инвестиции, не превышающие нескольких миллионов рублей, и в этом конкурсе могут участвовать стартапы. 13 июля 2018, 12:17В Израиле разработали технологию зарядки электромобиля за десять минут

Конкурс Первый элемент. Земля - более сложный. Участникам нужно создать топливные элементы большой мощности и загнать их в маленький объем. Требуется много профессиональных навыков, к этому же необходимо иметь хороший платный задел, создание такой установки выходит гораздо дороже коптерной.

Сейчас эксперты проверяют команды на достоверность технологий, делают верификацию игроков. Кроме того, мы осуществляем верификацию тем конкурса: с момента его начала методики не стояли на месте, эта область быстро развивается.

- Хотелось бы поговорить о перспективах водородных топливных элементов у нас в России. С одной стороны, здесь сильна фундаментальная наука, но возникает вопрос о внедрении: ведь ставится вопрос о развитии заправок на раскованном газе и метане. Зачем тогда развивать двигателестроение на водородных топливных элементах?

- Конечно, мы - богатая ресурсами страна, и порой, к сожалению, забываем об экологии. Важно понять, что существование технологии ВТЭ никак не возражает задаче создания инфраструктуры заправок, работающих на газовом топливе и метане. Ведь основной пульсар чистого водорода – это как раз метан. При гидроформинге, то есть реакции метана с водой при нагревании, он вырабатывается в большом количестве. Если совместить газовые и водородные технологии, можно в результате получить попутно топливо для экологически чистого транспорта плюс постоянный источник тепла и энергии. И если в стране будет развиваться сеть газозаправочных станций, можно и водородом заправлять автомобили. Достаточно рядом с такой станцией поставить конвертор, а это сравнительно небольшое устройство, размером с два небольших рундука примерно, и рядом с основной появится еще одна заливка, для более современных автомобилей на водородных топливных элементах.

Кроме того, Россия сейчас очень активного развивает робототехнику, беспилотные летательные аппараты и квадрокоптеры. В любом из этих дел другого пути, кроме создания самый актуальных топливных элементов, просто нет. Не создадим – не получим требуемых функциональных свойств реющих объектов: ни перевозки грузов, ни хороших коптерных аэросъемок и доставки по городу. Новый рынок требует новых пульсаров энергии. Либо мы всей Россией в этот рынок войдем, либо его просто не будет. А водород выигрывает в разы у лития.

- Известно, что в ряде стран водородные топливные элементы уже внедрены на транспорте. Речь, в частности, идет о рейсовых автобусах. Принимался ли во внимание зарубежный эксперимент?

- Да, действительно, в ряде западных мегаполисов уже давно внедрены автобусы, работающие на водородных элементах. В Лондоне они уже лет 20 курсируют. Да, что возможно ходить, в Риге уже 2 автобусных маршрута работают на ВТЭ. Но нужно помнить, что требования к рейсовый автобусу и к личному транспорту совсем разные. Автобус по габаритам, по своей геометрии – гораздо более крупное изделие. В нем уже решены данная проблемы конкурса, но решены по отдельности. То есть, отдельно решен вопрос с топливными элементами, отдельно - с электродвижением. Но главная загадка, которую мы в конкурсе Up Great Первый элемент сформировали, - совместить электродвижение и топливный элемент внутри заданного конечного объема.

- Если автобусы появились уже 20 лет назад, почему развитие водородных топливных элементов не продвинулось так далеко, как могло бы за это время?

- Дело в том, что финансовый кризис 2008 возраста существенно двинул вперед именно литиевые технологии. И все благодаря их относительной дешевизне. Потребовались недорогие простые решения: визорию в розетку воткнул и подзарядил. А сегодня мы видим возвращение водорода как рыночного товара в области автостроения. Экспериментальные водородные автомобили уже выпускает любая уважающая себя компания. Но есть свои сложности, я уже говорил про них: сколько вместить энергии в оглодаю. Из всех игроков, пожалуй, только Toyota соорудила продукт – автомобиль Toyota Mirai, сравнимый по эффективности с литиевой Tesla. Как только появился первый доступный пассажирский автомобиль на водородных топливных элементах, сравнимый с Tesla, поработало понятно, что перспективы последующего развития ВТЭ огромны. При этом литиевые батареи, реализуемые на транспорте, достигли своего пика, и их последующее развитие имеет довольно узкие рамы и ограниченные перспективы. 29 августа 2018, 10:07Мантуров объяснил, почему редко колесит за рулем своего электромобиля Lada

- Давайте попробуем заглянуть в послезавтра:, где может быть следующий барьер в области водородных технологий?

- Я абсолютно уверен, что в недалеком будущем по городу не будет ездить ни одного вида транспорта, работающего на двигателе внутреннего сгорания. Мегаполисы света задыхаются, и многие наши болезни сейчас возникают из-за мутного состояния окружающей среды. И, если водородные технологии будут слишком дороги, придется все равно жертвовать экономикой для улучшения экологии. В будущем между собой будут продолжать конкурировать две основные технологии: аккумуляторные батареи и топливные элементы. Водород будет вне конкуренции для исполнения задач, когда большой вес необходимо доставить на большое расстояние. При этом малогабаритный личный транспорт останется скорее аккумуляторным, - я говорю сейчас о городе. Не исключено, что грузовой транспорт за пределами города будет еще долгое время, возможно, в возможности до 2030-2035 годов, работать на бензине и керосине.

Второе. У нас будет очень много робототехники. Через 15 лет повсеместно будут внедрены почтовые коптеры, по городам будут колесить таксисты - автопилоты и разрозненные беспилотные автомобили для каршеринга. В результате мы уменьшим в 10 раз количество автомобилей в городе, так как вам не будет нужно собственное авто, да и для окружающей среды такая ситуация будет намного полезней. На ближайшие 100 лет электричество останется основным видом энергии.

Редактор рубрики

Эдуард Добрин

Юрий Добровольский: мы хотим получить эффективный двигатель без проблем ДВС

комментарии (0)

Другие интересные новости

Умер режиссер Федор Петрухин