На пороге водородной революции

Как известно, до сих пор одной из основных проблем водородного двигателя в автомобилях являлся топливный элемент, который нередко называют водородным аккумулятором. Дело в том, что его обязательным элементом является дорогостоящая платина. Она входит в состав катализатора – специальный материал, который облегчает реакцию между кислородом и водородом. Катализатор обычно изготавливается из платинового порошка, нанесенного очень тонким слоем на углеродистую бумагу или ткань. Катализатор должен быть шероховатым и пористым, для того чтобы его поверхность могла максимально соприкасаться с водородом и кислородом. Покрытая платиной сторона катализатора находится перед протонно-обменной мембраной (ПОМ). Как известно, при подогреве смеси водород выделяется и поступает в реактор, где окисляется кислородом. При этом выделяется энергия, используемая для движения транспортного средства.  

Но британские специалисты из компании Acal Energy обнаружили способ заменить платину жидким раствором солей металлов. Это резко удешевляет топливные элементы. Лондонский журналист Наталья Спивак по просьбе «НГ-энергии» взяла на эту тему интервью у Брендана Билтона, коммерческого директора ACAL Energy Ltd из города Чешир (Великобритания). 

– Что собой представляет раствор солей и как он будет работать вместо платины?

– Платина используется, чтобы катализировать кислород из воздуха для реакции с протонами водорода в двигателе. Проблема этой химической операции заключается в том, что кислород – это очень активный элемент, который очень трудно контролировать, и не всегда происходит полная оксидация. А остаточный продукт переоксидации может разбавить средство катализатора или ту структуру, которая позволяет катализатору выполнять работу, – углерод. А если оксидация неполная, то происходят отложения алкидов на мембране двигателя. Поэтому вместо использования кислорода в двигателе у нас есть состав, который насыщается кислородом из воздуха, и этот состав становится агентом оксидации для топлива, и состав этот так устроен, что ему не нужен катализатор для реакции с протонами с другой стороны двигателя. Тогда образуется вода, и мы направляем уменьшенный состав обратно в сосуд, где этот состав контактирует с воздухом и опять насыщается кислородом. Сравнение, которое мы обычно приводим, – это кровь в человеческом организме, которая распространяет кислород по нашему телу. Когда вдыхаешь воздух, кислород не поступает прямо в клетки организма. Чтобы извлечь из него энергию, гемоглобин в крови всасывает кислород, оксидируется, дает клеткам энергию и забирает остаточные продукты, которые выходят из организма, когда человек выдыхает, в форме углекислого газа и воды. Мы используем очень похожий процесс – состав, который оксидируется, достигает двигателя и не нуждается в платине как катализаторе для реакции, а затем состав выходит, контактирует с воздухом и опять насыщается кислородом. Так что система очень проста. Есть большое количество материалов, которые в состоянии это проделать, и наш основатель Эндрю Крефт был экспертом в области электрической химии. Он использовал свое знание электрической химии и просто химии в узконаправленном исследовании, и вот эти соли, которые мы используем, выведены из материала под названием «полиоксиметилен», являются сложными оксидами металла, у которых есть уникальная характеристика. У них очень стабильная сложная кристаллообразная структура, которую они образуют. Динамически очень устойчивая структура, то есть если попытаться разбить эту структуру другими химикатами, через некоторое время они начнут перестраиваться в форму той же молекулы. Так что вот он, материал, который мы используем, – полиоксиметилен, образованный оксидами металла, как правило оксидами молибдена или ванадия, у которого очень устойчивая кристаллообразная структура и который также растворим в воде.

– Какие шаги предпринимает ваша компания по доведению своей разработки до промышленной концепции?

– До прошлого года все наши исследования были направлены на повышение эффективности использования платины для топливных элементов. Но когда мы достигли этого и у нас появилась новая технология для двигателей, мы решили, что, вместо того чтобы развивать эту технологию внутри компании, лучше нам лицензировать тех, кто занимается разработкой двигателей. И причина для этого такова, что все эти разработчики в стране используют платину, а мы хотим, чтобы они использовали нашу технологию, которая не включает в себя платину и имеет много других достоинств. Мы сейчас ведем переговоры с одной компанией, которая занимается подобными технологиями. Мы представляем для них нашу технологию как платформу второго поколения. То есть у всех компаний, с которыми мы сегодня работаем, уже имеются соответствующие собственные технологии. А наша задача сейчас найти решение для их систем с помощью использования нашей технологии. Если нам это удастся, то мы выйдем на рынок через шесть-семь лет.

– С какими трудностями вы встретились?

– Трудности могут быть разбиты на две категории. Одна – это трудность разработки наших жидких солей таким образом, чтобы они срабатывали в стандартном двигателе. Так что мы стараемся минимизировать изменения, которые двигательные разработчики должны будут внести, адаптируя нашу технологию к уже имеющейся. Мы должны удостовериться, что наши соли сопоставимы с любыми материалами, которые используются в их системах, и что они сработают с двигателями нужного размера. И ввиду того, что мы распространяем жидкость, а не газ, все оборудование может быть приближено по размеру к тому оборудованию, которое уже ими используется, и это довольно большая инженерная задача. А вторая наша задача – это уговорить современные компании, производящие двигатели, что наша технология более прогрессивная и выгодная в экономическом плане, чем уже имеющаяся на основе платины. Вот они две трудности – уговорить разработчиков, что наша технология лучше, и смастерить такой двигатель, который будет подходить под любой другой по размеру, чтобы другие двигатели смогли быть изменены под нашу химическую базу.

– Когда можно ожидать появления реально действующего образца в автомобиле?

– Возможно, через семь-восемь лет. Но можно будет увидеть пример применения нашей технологии вне автомобильной индустрии.

– Перспективная стоимость в сравнении с платиновыми мембранами?

– Когда мы говорим о стоимости, лучше смотреть не на отдельно взятые двигатели, а на всю систему. Потому что есть некоторые части, которые не нужны операционной системе, а нужны нам, а некоторые части нужны операционной системе, а нам не нужны, поэтому лучше смотреть целиком на всю систему – двигатель, охладительную систему, а также как происходит процесс окисления и систему контроля вокруг всего этого. И когда таким образом смотришь на всю систему, мне верится, что мы можем предложить дополнительные 20% уменьшенной стоимости всей системы при массовом производстве.

– Какие планы впереди?

– Как я сказал, есть и другое применение нашей технологии вне автомобильного рынка, для выработки энергии или для автономных генераторов – это был бы еще один рынок, который можно освоить. То, как мы изменили химическую базу внутри двигателя, означает, что мы сможем использовать ту же схему и для разработки других типов батарей. Так что мы также будем использовать технологию для накопления энергии, не только для ее создания.