MADE IN RUSSIA

Wszystkie regiony
POL
Eksperci

Wyniki pierwszego rosyjskiego konkursu wśród deweloperów elektrowni na wodorowe ogniwa paliwowe Up Great

22

Energia wodorowa

Zakończyła się pierwsza rosyjska rywalizacja pomiędzy twórcami elektrowni na wodorowe ogniwa paliwowe Up Great. Loty próbne jednostek zasilanych wodorem odbyły się 12 lipca w Crocus Expo IEC. RIA Novosti informuje o wynikach konkursu.

Na styku technologii

Specjalna platforma latająca na terenie Crocus Expo jest ogrodzona siatką o wysokości prawie dziesięciu metrów. Obok specjalnie wyposażonych pawilonów finaliści konkursu kończą ostatnie przygotowania. Wodorowe ogniwo paliwowe (HFC) z systemami nośnymi zamocowanymi pod brzuchem samolotu i butla z wodorem na plecach wyglądają jak ten ATV przyszłości w pełnej gotowości bojowej.

Zgodnie z warunkami konkursu technologicznego Up Great "First Element", organizowanego przez Russian Venture Company (RVC), Fundację Skolkovo i Agencję Inicjatyw Strategicznych (ASI), uczestnicy musieli pokonać barierę technologiczną, jaką jest specyficzna masowa energochłonność wodorowych ogniw paliwowych na poziomie 700 Wt*h/kg. Jednocześnie konieczne było utrzymanie ATV z WTE w locie przez co najmniej trzy godziny. Jest to prawie cztery razy dłużej niż podobne urządzenie latające na konwencjonalnym akumulatorze. Fundusz nagród w konkursie wynosił 60 milionów rubli. Do finału dotarły trzy z dziesięciu zespołów: NaukaSoft, BVS i PolyTech.

W trakcie przygotowań do lotów korespondent RIA Novosti zapytał finalistów, ile kosztuje takie zasilanie i jakie zadania zespoły miały do rozwiązania w procesie jego tworzenia.

Co to jest VTE

Wodorowe ogniwa paliwowe są zdolne do przetwarzania energii chemicznej wodoru w energię elektryczną w procesie jego utleniania z tlenem. Tlen może pochodzić z powietrza, a wodór z butli. WTE są bardzo wydajne i przyjazne dla środowiska: rezultatem "spalin" jest para wodna.

Pierwsze WTE zostało stworzone w 1838 roku przez fizyka Williama Grove'a, który pokazał odwracalność procesu elektrolizy wody i był w stanie połączyć cząsteczki wodoru i tlenu w wodzie bez spalania, ale z wydzielaniem energii elektrycznej i ciepła. Wynalazek ten nie miał jednak żadnego praktycznego zastosowania i przez sto lat był zapomniany.

Kolejne osiągnięcie to zasługa brytyjskiego inżyniera Francisa Bacona, który w 1939 roku stworzył pięciokilowatowe stacjonarne WTE.

W 1955 roku, General Electric stworzył eksperymentalny VTE z membraną polimerową jako elektrolitem. W 1959 roku VTE został po raz pierwszy zainstalowany na ciągniku.

Komercyjne wykorzystanie VTE rozpoczęło się w 1964 roku na amerykańskich statkach kosmicznych drugiej generacji Gemini (1964-1966).

W ZSRR na statku kosmicznym Buran zainstalowano wodorowe ogniwa paliwowe.

W 1991 roku powstał pierwszy pojazd na wodorowym ogniwie paliwowym.

Obecnie wodorowe ogniwa paliwowe są aktywnie wykorzystywane na statkach i łodziach podwodnych, gdzie wytwarzają energię elektryczną na potrzeby procesów pomocniczych. Jednym z najbardziej znanych produktów cywilnych na VTE, produkowanym seryjnie, jest japoński samochód Toyota Mirai.

Nie mniej istotne jest stosowanie wodorowych ogniw paliwowych dla producentów ATV i innych UAV. Im bardziej energochłonne jest ogniwo paliwowe drona i im mniejsza jest jego masa, tym dłużej będzie latał UAV. Obecnie baterie litowo-jonowe mogą utrzymywać je w powietrzu przez około pół godziny podczas wykonywania drobnych zadań.

W przypadku bardziej złożonych misji, w tym tak zwanego "ostatniej mili" logistycznego zadania dostarczenia towaru z magazynu do konsumenta końcowego, WTE będzie potrzebować tyle samo, ile dużo bardziej energochłonnych ogniw paliwowych.

"Przybliżony koszt jednego ogniwa paliwowego o powierzchni roboczej około trzech centymetrów kwadratowych wynosi 50 dolarów" - powiedział Sergiusz Chalutin, dyrektor generalny NaukaSoft. Liczba takich komórek w WTE zależy, jak powiedział, od wielu czynników. Ogólnie rzecz biorąc, szacuje on wydatki swojej drużyny na udział w konkursie na około trzy miliony rubli. "Główną częścią VTE są membranowe jednostki elektroniczne. Są to bardzo złożone i drogie urządzenia elektrochemiczne, które wykorzystują kilka zaawansowanych technologii, w tym nanotechnologię. A sama butla z wodorem jest najbardziej złożonym, wielowarstwowym produktem wykonanym z nowoczesnych, drogich materiałów kompozytowych," wyjaśnił Halyutin.

Zespół "NaukaSoft

Zespół NaukaSoft składa się z pracowników NaukaSoft Pilot Workshop LLC, twórcy systemów zasilania lotniczego. Partnerem zespołu jest Kalibr Technopark. Kompetencje członków zespołu pozwalają na skuteczne rozwiązywanie problemów w energetyce lotniczej, a także w dziedzinie zautomatyzowanych systemów sterowania i nawigacji. Zespół składa się z dwóch doktorów nauk ścisłych, jednego profesora, dwóch kandydatów na naukowców, dwóch profesorów nadzwyczajnych, wysoko wykwalifikowanych inżynierów oraz inżyniera radiotelegrafisty z dużym doświadczeniem. "NaukaSoft posiada duże doświadczenie w kompleksowej optymalizacji i minimalizacji masy systemu poprzez racjonalne rozmieszczenie i wykorzystanie energii elektrycznej i cieplnej całego systemu. Pozwala to na zmniejszenie zużycia wodoru, zwiększenie wydajności elektrowni i zmniejszenie masy strukturalnej. Jednym z głównych osiągnięć zespołu jest stworzenie inteligentnych systemów zasilania samolotów. "NaukaSoft planuje zrobić pierwszy w pełni elektryczny samolot w Rosji. Zespół składa się z 10 osób. Średnia wieku wynosi 45 lat.

Według Alexandra Zubareva, lidera zespołu BVS, powłoki katalityczne z elementami platynowymi są stosowane w wodorowych ogniwach paliwowych, a produkt ma najwyższe wymagania pod względem wytrzymałości i przewodności. "I wszystko ostatecznie opiera się na wadze, bo mówimy o samolotach. WTE do wytwarzania energii elektrycznej są od dawna używane w marynarce wojennej, na przykład w łodziach podwodnych. Ale jeśli mówimy o ATV, który będzie musiał podnosić ładunek, to jego silnik i zbiornik muszą być lekkie i nie zabierać dużo energii", powiedział Zubarev.

Zespół "BVS"

Podstawę zespołu BVS tworzą pracownicy JSC Unmanned Helicopter Systems. Zespół został utworzony dwa lata temu. Skupił on specjalistów, których kompetencje pozwalają na pracę nad zaawansowanymi ogniwami paliwowymi dla bezzałogowych statków powietrznych: programistę elektronicznego, technologa kompozytowego, chemika, operatora drona. BVS uważa rozwój wydajnych i przyjaznych dla środowiska technologii wytwarzania energii dla samolotów za swój priorytetowy cel. Zdaniem członków zespołu znacznie wydłuży to czas trwania lotu UAV i rozszerzy zakres zadań, które mogą oni wykonywać. Obecnie zespół opracowuje wielozadaniowy śmigłowiec o wadze startowej 10 kg i WTE 1 kW i tworzy pierwszy na świecie śmigłowiec o WTE 3 kW i wadze startowej 30 kg. Zespół składa się z 6 osób, średnia wieku to 42 lata.

Ogólnie rzecz biorąc, WTE jest złożonym, intensywnie wykorzystującym wiedzę produktem na styku różnych technologii. Według Niny Smirnovej, kapitan zespołu PolyTech, aby stworzyć własną elektrownię, musiała zaangażować różnych specjalistów: chemików, specjalistów od elektroniki siłowej, pneumatyki. "W rezultacie, pomimo tego, że mamy bardzo młody zespół - chłopaków i dziewczyny, którzy właśnie ukończyli instytuty - udało nam się wykonać instalację, która nie jest gorsza od naszych konkurentów. Tak więc dla nas stworzenie działającego wodorowego ogniwa paliwowego to ogromne naukowe i techniczne zwycięstwo", powiedziała.

Zespół PolyTech

W skład zespołu "Politechniki" weszli pracownicy i mistrzowie Rosyjskiego Państwowego Uniwersytetu Pedagogicznego (SPI) w Platowie oraz pracownicy firmy "Inżynieria". Tworzenie zespołu PolyTech rozpoczęło się od laboratorium elektrochemii i materiałów hybrydowych w Instytucie Badawczym Nanotechnologii i Nowych Materiałów SRPU. Laboratorium to opracowuje materiały do produkcji energii elektrochemicznej: ogniwa paliwowe, superkondensatory, baterie litowo-jonowe. Jednym z najważniejszych składników ogniwa paliwowego PolyTech jest katalizator platynowo-węglowy. Jest ona oparta na unikalnej technologii opracowanej i opatentowanej przez członków zespołu. Katalizator wyróżnia się wysoką aktywnością, wydajnością i przyjaznością dla środowiska. Ponadto opracowano specjalną konstrukcję i technologię produkcji płyt bipolarnych, która zapewnia znaczną redukcję wagi gotowego produktu. W zespole jest 11 osób. Średnia wieku wynosi 38 lat.

Dzień X

W drodze do finału uczestniczące zespoły musiały przejść trzy kontrole komisji kwalifikacyjnej zawodów. Najpierw sprawdzili oni gotowość zespołów do testów jako całości oraz ich zaplecze techniczne. Kilka miesięcy później przetestowano stan pracy VTE stworzonego przez zespoły. Ostatni test przed lotem odbył się przed samą metą, do której dotarły tylko trzy zespoły.

"Testowaliśmy zespoły pod kątem zgodności z wymaganiami technicznymi konkursu, którego jednym z głównych punktów była maksymalna lokalizacja komponentów - musiały to być zespoły krajowe. Ci, którzy nie mieli lokalnej produkcji, nie mogli być testowani", powiedział Yuri Dobrovolsky, kierownik Centrum Kompetencji STI ds. Technologii Nowych i Mobilnych Źródeł Energii IPCF RAS, lider konkursu.

Wyjaśnił również, jaka zasada została zastosowana do określenia głównej bariery technologicznej pod względem specyficznej masowej energochłonności: "Faktem jest, że na świecie istnieje już VTE dla samolotów bezzałogowych o indeksie 550 Wt*h/kg. Jest to najlepszy wzór przemysłowy, w którego stworzenie zainwestowano miliony dolarów". Bariera technologiczna, którą zawodnicy musieli pokonać, wynosiła 700 Wt/h/kg.

Oraz 550 Wt/h/kg organizatorzy zawodów ustawili jako barierę kwalifikacyjną, która musiała być zdana do dopuszczenia do testu końcowego 12 lipca. Dwa zespoły - "NaukaSoft" i "BVS" - prawie zdołały dogonić światowego lidera, ich VTE wynosił prawie 530 Wt/h/kg. Jednak nikomu nie udało się pokonać bariery kwalifikacyjnej.

Nowa gałąź przemysłu elektroenergetycznego

"Konkurs wzbogacił nas. Kończymy to ogromną ilością nowych pomysłów technologicznych", mówi Sergey Khalyutin z NaukaSoft. - Ponadto, zdobyliśmy ogromne doświadczenie w opracowywaniu technologii przetworników, optymalizacji i regulacji ruchu ciężkich ATV w powietrzu. Wszystko to będzie miało zastosowanie w naszym przyszłym rozwoju".

Według uczestników, "Pierwszy element" nauczył ich rozwiązywania zadań w krótkim czasie, zgodnie z wymogami warunków przełomowych konkursów technologicznych. Uczestnicy konkursu zauważyli również ożywienie zainteresowania środowisk naukowych i technicznych technologiami wodorowymi. Zespoły zaczęły otrzymywać propozycje współpracy i nakreślono nowe perspektywy ich rozwoju.

Dmitrij Peskow, Specjalny Przedstawiciel Prezydenta Federacji Rosyjskiej ds. Rozwoju Cyfrowego i Technologicznego, zauważył, że zadanie, które organizatorzy początkowo postawili przed zawodnikami, było tak trudne, jak to tylko możliwe: "W pierwszym roku każdej konkurencji na tym poziomie bariery technologiczne zazwyczaj nigdy nie są pokonywane". Kirill Kayem, wiceprezes Fundacji Skolkovo, przypomniał o słynnym konkursie Google Lunar XPrize 2014, który również zakończył się bez zwycięzcy. Wtedy jednak twórcy łazika księżycowego znaleźli inwestora, który kontynuowałby ich rozwój. "Przyszłość tego konkursu będzie w dużej mierze zależała od zainteresowania inwestorów venture capital tematem VTE dla bezzałogowych samolotów bezzałogowych" - uważa Kirill Kayem.

Komentując zalety VTE w stosunku do tradycyjnych ogniw paliwowych, Dmitrij Peskow przypomniał, że obecnie dosłownie wszystkie innowacyjne gospodarki na świecie walczą o stworzenie naprawdę skutecznych taksówek powietrznych.

"Japonia, Chiny, Stany Zjednoczone i wiele innych krajów stworzyło już wiele bardzo pięknych konstrukcji inżynieryjnych dla bezzałogowych taksówek powietrznych. Ale nie mogą one jeszcze stać się pełnoprawnymi taksówkami, ponieważ baterie litowo-jonowe po prostu nie są w stanie dostarczyć wystarczającej ilości energii, aby móc latać na długich dystansach. Problem ten musi zostać rozwiązany za pomocą technologii VTE.

Dmitrij Peskow, specjalny przedstawiciel prezydenta Federacji Rosyjskiej ds. rozwoju cyfrowego i technologicznego

Dyrektor generalny RVC Aleksander Povalko uważa jeden z głównych wyników konkursu za wyjątkowe doświadczenie i fundament nowego wektora rozwoju innowacji:

"Technologie te są potrzebne wszędzie tam, gdzie istnieje potrzeba większej efektywności energetycznej, czy to w samolotach, czy w dodatkowych systemach napędowych w samolotach. W rzeczywistości otworzyliśmy nową branżę w energetyce elektrycznej".

Fundusz nagród w wysokości 60 milionów rubli tym razem pozostał nieodebrany, ale uczestniczące w nim zespoły nie odmawiają dalszego inwestowania swoich środków w obiecujące przedsięwzięcia. Zakończyli konkurs nowymi produktami, które będą prototypem nowej generacji elektrowni wodorowych ogniw paliwowych.

0