Скарбничка для майбутнього

Володимир Малинка 19 листопада, 00:00
наука

Читайте також

Розробка, що була визнана винаходом року і отримала першу премію на конкурсі науково-технічних розробок молодих науковців у рамках міжнародного дискусійного заходу "Science — Society — Personality" ("Наука—Суспільство—Особистість"), нікому не потрібна?

 

"Куртки краще не знімайте, тут холодно", —  каже Володимир, заварюючи чай. 

Впадає в око старий монітор на пів столу, багато різної апаратури довкола…

Я прийшов сюди, в лабораторію Інституту металофізики ім. Г. Курдюмова НАН України, щоб поговорити з кандидатом технічних наук Володимиром Дехтяренком про водень, над технологіями зберігання якого він працює. Водень, як відомо, називають паливом майбутнього. У багатьох країнах світу дослідження з водневої енергетики є пріоритетними напрямами розвитку науки. Водневі технології покликані знизити залежність від традиційних енергоносіїв — нафти, газу та вугілля. Від спалювання водню не залишаються шкідливі продукти згоряння, отож цей вид палива безпечний для довкілля.

Розмовляємо за чашкою гарячого чаю.

— Я навчався у КПІ, — розповідає Володимир. — У 2006 р. закінчив магістратуру і був переведений на інженерну посаду в Інститут металофізики. Тут вступив до аспірантури, у 2012-му захистив кандидатську дисертацію. 

— Чому зацікавилися саме воднем?

— Воднева тематика завжди актуальна. Всі обігрівають житло і користуються переважно газом — метаном та пропаном. Їздимо на бензині. Це все невідновлювані джерела енергії. До того ж при їх згорянні забруднюється атмосфера. 

Коли ж ми спалюємо водень, то утворюється звичайна вода. Для отримання самого водню можна воду розкласти різними методами. Найчастіше це —електроліз. 

— Але такий метод недешевий.

— Звісно, всі нові методи недешеві. Проте видобувати метан із-під двох — трьох кілометрів грунту, а потім його транспортувати — теж недешево. 

Отож, розклавши воду, отримуємо кисень і водень. Зрештою, можемо у бак автомобіля заливати просто воду. В Японії вже створено автомобіль, який працює на воді. Але ця вода дуже чиста, без жодних домішок. Поки що вона коштує 10 центів за один літр. 

— А якщо замкнути цикл і воду, яка виходить, подавати знову в мотор?

— Вона буде вже не така чиста (адже в нас повітря теж із домішками), і двигун швидко вийде з ладу. Але це нинішні двигуни. Можливо, згодом вдасться пристосувати їх до води будь-якої якості. 

— Перспектива приваблива, проте скільки можна на цій воді проїхати?

— Усе залежить від бака, який вам поставлять. Нині заправитися такою водою можна лише в Японії. Але те, що сьогодні існує машина на воді, — вже велике досягнення. 

— Є ж машини на чистому
водні…

—Так, перші були на водні, але комбіновані. Спочатку — комбінувалися бензин і водень. Останній слугував як добавка, щоб зменшити витрати бензину. Зараз чимало машин їздять і на чистому водні — переважно у США, Японії, є і в Європі. 

— Інфраструктура дорога?

—Так. Утім, тут ще даються взнаки й стереотипи. Люди звикли до думки, що водень украй вибухонебезпечний. І до того ж друге покоління авто були теж комбіновані: в них на дні лежали водневі акумулятори, а під заднім сидінням пасажирів був ще газовий балон, якого всі боялися. 

— Навіщо така система? 

— Водневий акумулятор (над ним і працюю) — це в основному метал або композит, де водень міститься всередині матеріалу. 

Якщо його почати підігрівати — виділятиметься водень. Проте є таке поняття як дифузія. Швидкість виділення водню і його кількість достатні, аби машина долала близько 80 км/год. Щоб рухатися швидше, і було поставлено балон (із нього водень подавати набагато простіше). Збільшили і пробіг авто — до
650 км. Але такий балон — це, по суті, вибухівка. Саме тому і взялися за вдосконалення технології акумуляторів. Окрім того, що це значно безпечніше, в таких матеріалах — металах — можна запасти водню в рази більше, ніж просто в балонах! 

Взагалі, над технологією сорбції водню металами роботи тривають понад сто років. Постійно відкривають нові матеріали, які краще поглинають і віддають водень. Розвинені країни ставлять нову планку для характеристик таких матеріалів. Приміром, вони мають поглинати водень при кімнатній температурі, а віддавати — при +100°C тощо. 

— А як реагує метал на постійне накачування і викачування водню?

—Він деградує, але за умови, що водень досить чистий, метал витримує 5 тис. циклів… Ми дійшли до третього покоління автомобілів, оснащених обладнанням, яке розділяє воду на кисень і водень. За рахунок цього машина стала дорожчою. У Японії ціна такого авто 60 тис. дол. Але держава компенсує 15 тис. за збереження навколишнього середовища. Утім, їздити на такій машині можна в радіусі 200 км від заправки. Тому поки що, за відсутності інфраструктури, вважати це масовим продуктом не можна. 

— Водень — відновлюваний ресурс. Які ще переваги він має?

— Оскільки водень можна отримувати з води, а в нас на планеті її дуже багато, то запасів водню вистачить на тисячі років. Він не токсичний, на відміну від бензину. У водню нижча ймовірність самозаймання, — він загоряється при температурі майже +500°C, а швидкість поширення полум'я в повітрі — найвища, тобто він швидко горить. 

— Ви працюєте над зберіганням водню. Розкажіть про це докладніше.

— Цей газ можна зберігати у трьох станах: рідкому (охолоджений до -250°C). Але охолоджувати його дуже дорого, і він випаровується. Можна тримати водень у балонах, але кількість його буде невелика. У металі ж можна утримувати у п'ять разів більше цього газу. 

Матеріалів, які поглинають водень, дуже багато. Починали дослідження з титану. Він легкий і сорбує чимало. Але від нього мусили відмовитися, бо титан поглинає водень повільно і при надто високій температурі (+300°C), а віддає його при температурі +600°C. 

Потім узялися за магній. Він легший і бере більшу масу водню. Але він ще гірше поглинає й віддає газ. Тому почали шукати нові матеріали. Так прийшли до інтерметалевих сполук (хімічні сполуки між металами, які утворюються в результаті взаємодії компонентів при сплавленні, конденсації з пари, а також при реакціях у твердому стані внаслідок взаємної дифузії. — В.М.). Вони мають значно більшу водневу ємність, сорбують газ при кімнатній температурі без додаткових обробок. Тож можна виплавити інтерметалід, закласти його у замкнений об'єм, відкачати повітря, напустити водень, 10 хвилин — і отримуємо водень всередині матеріалу. 

Першим таким матеріалом був лантан-нікель-5 (LaNi5). Він гарний, але лантан — це рідкоземельний матеріал і дуже дорогий. Потім були експерименти з іншими сполуками. Тільки у
1970-х рр. з'явилася сполука титан-марганець-2. Із цим матеріалом почали працювати багато країн: США, Німеччина, Японія. Та взялися і за його вдосконалення. 

Це й був початок моєї роботи. Ми дослідили сполуку титан-марганець-цирконій. За рахунок цирконію порожнини у гратці металу стають більшими і можуть накопичити більше водню. Але марганець не є гідридоутворюючим і потрібен тільки для того, щоб створити цю інтерметалеву сполуку. Оскільки він не поглинає водню — ємність падає. А якщо його замінювати на гідридоутворюючий елемент, ємність одразу збільшується. Так ми додали ванадій. Але тут важливо не переборщити, бо коли ввести його надто багато, це вже буде зовсім інший матеріал, з іншими властивостями. 

— Якщо ці технології вже настільки досконалі, чому машини на водні не стали масовими, а у світі як альтернатива бензиновим авто найчастіше служать електрокари?

— Думаю, наразі електрика й водень однаковими темпами стають на службу галузі. Але чи бачили ви в Україні десь заправки із воднем? А електричні вже є. Тому коли з'явиться вдосталь заправок…

— А коли це, на вашу думку, станеться ?

—На жаль, зацікавленість у водневій тематиці йде хвилями. Щойно починаються проблеми з газом чи нафтою, згадують про водень. Коли знаходять нові поклади або технології видобутку нафти/газу — все знову вщухає. З воднем працюють уже сто років, але повноцінну машину, яка на ньому може їхати, випустили тільки кілька років тому. Проблема в тому, що немає глобального інтересу. Компанії "сидять" на свердловинах, качають корисні копалини, працюють переробні заводи, на продажу нафтопродуктів і газу можна добре гріти руки, — все відпрацьовано... 

— Але ж нафти/газу вистачить лише на кілька десятків років.

—Про це пишуть, проте, як бачимо, технології видобутку постійно вдосконалюються. Раніше сланцевого газу не видобували, а пропан-бутан взагалі не використовували і вважали майже відходами, його просто спалювали. Останні 10—15 років цим газом ми користуємося. Тобто прогнози, що метану/нафти/газу нам вистачить, щонайбільше, на 50 років, — більше лякалки. Тим паче постійно з'являється нове обладнання з виробництва біогазу, біопалива. Мене як переможця конкурсу науково-технічних розробок, що проводився Державним фондом фундаментальних досліджень, недавно запросили в Німеччину для участі у форумі UkraineLab. Не можна не помітити, що Європа вже пересіла на велосипеди та гіроскутери (електричний персональний транспорт. — В.М.)

— То, з огляду на таку незацікавленість, "водневої революції" не чекати?

—В Україні— точно ні, принаймні найближчих років 30. Ми будемо купувати газ, плакати, що він дуже дорогий, але робити своє — не будемо.

— Тобто…

—Усе, що ми зробили, лежить мертвим вантажем. "Робите? Гаразд. Нехай буде". До мене звернулись люди з фірми, якій потрібен був водневий акумулятор. Але ми не можемо його виготовити й продати. Бо інститут — це неприбуткова організація, і умовний покупець повинен брати технологію, патент і платити за нього роялті. Доки ми з усім розбиралися, фірма втратила інтерес. 

— А кошти на дослідження де берете? Чи маєте якісь гранти?

—Академія вже понад 10 років займається воднем. Є грант, що розрахований на 5 років і розподіляється на три напрями: отримання водню, його зберігання та використання. Люди, які працюють на першому напрямі, отримують водень із… Та майже з усього! Найкраще — це мул із Бортницької станції аерації. Крім того, біологами були розроблені спеціальні бактерії, що переробляють відходи і виділяють газ, 70—80% якого — водень. Але, за грантовою програмою, кожній групі на рік дають близько 60 тис. грн. На зарплату залишається тисяч 8.

— Вам лише 33 роки… Бачите якусь позитивну перспективу? 

—Відчуваєте, яка в кімнаті температура? Градусів 10—12. Якби іноземці приїхали й подивилися, як ми працюємо, вони б не зрозуміли, звідки беремо результати.

— А за кордон, як багато інших молодих науковців, не думаєте поїхати? 

—Моя колега часто працює у Франції. Там у схожій лабораторії стоїть пічка, яка плавить матеріал, поруч — верстат, який робить шліфи ( щоб дивитися структуру), рентгенівський апарат, який за 20 хвилин знімає зразок і видає результат. Тобто дослідник, не виходячи з кімнати, за дві години отримує результати. Приходить керівництво і корегує. Можна повторити експеримент. Тут же… No coments. 

Тому молоді зараз в інституті не варто шукати. Після того, як урізали фінансування, навіть ті, хто був відданий науці, пішли. Це й не дивно. Якби я працював на будівництві, заробляв би вдвічі більше.

Допиваючи холодний чай, розумію Володимира вже без зайвих запитань. Остаточно промерзаючи в цій лабораторії, усвідомлюю, що з такою державною "підтримкою" наша наука, як вічна мерзлота, — повільно, але невпинно тане. 

Теги:
Помітили помилку?
Будь ласка, виділіть її мишкою та натисніть Ctrl+Enter
1 коментар
  • Hugo Mantoefel 20 ноября, 18:05 Зададимся очевидными вопросами: Получение водорода из воды - весьма энергозатратный процесс, кстати в промышленности его получают... сжигая природный газ. Если машину заправить водой, откуда будет браться энергия на ее (воды) разложение? ага, от аккумулятора... А не проще тогда прямо колеса от него крутить? меньше потерь будет. Водородная энергетика возможна, если найти источник готового (бесплатного) водорода. на Земле такого нет. Я, правда, знаю тут один, за углом - Юпитер называется. Однако что добыча что перевозка станет в очень немалую копеечку. Из ила очистных сооружений легко получить метан. Оборудование называется метантенк, входит в стандартный процесс очистки сточных вод. Аналогичный процесс массово используют в Индии в сельских домохозяйствах - на биоотходах. Метан. Водород - трудно. Температура водородного пламени высока - значит в выбросе будут NOx. Много... И так далее. Думаю, стремительно набирающие емкость аккумуляторы уже конкурентны с водородными емкостями. Проще. Відповісти Цитувати Поскаржитись
Реклама
Останні новини
USD 25.90
EUR 27.56