Альтернативная энергетика не стоит на месте. В 2017 году по данным аналитических агентств Winter Green и Pike Research рынок решений на топливных элементах (ТЭ) может достичь 15 миллиардов долларов. Зачем переходить на водород и с какими проблемами сталкиваются разработчики водородных топливных элементов, показано на примере российской компании «Эй Ти Энерджи».
Водородный топливный элемент
Компания была создана в 2012 году тремя людьми: профессором Института проблем химической физики РАН Юрием Добровольским, профессором МЭИ Сергеем Нефедкиным и технологическим предпринимателем Данилой Шапошниковым. Среди инвесторов компании венчурные фонды Phystech Ventures и North Energy Ventures.
В декабре 2013 года компания привлекла финансирование от Фонда «Сколково». А в 2014 году, уже будучи резидентом кластера энергоэффективных технологий (ЭЭТ) фонда, «Эй Ти Энерджи» успешно завершила этап разработки и испытаний прототипа инновационного топливного элемента на водородном топливе для работы стационарных энергообъектов (системы резервного электроснабжения для объектов связи) и транспортныхсредств (беспилотные летательные аппараты).
Компания занимается разработкой топливных элементов – устройств, которые позволяют вырабатывать электрическую энергию, подводя к ним водород, без сжигания поступающего топлива в котлах и без каких-либо традиционных подвижных элементов, таких как турбины, что обеспечивает высокий КПД преобразования химической энергии в электрическую, рассказал Олег Перцовский, директор по операционной работе кластера ЭЭТ Фонда «Сколково». Это компактное устройство, которое обеспечивает прямое получение электрической энергии из водорода. Основная проблема, мешающая масштабному внедрению топливных элементов – дороговизна технологий.
«Эй Ти Энерджи» представляет очень перспективное и популярное во всем мире направление, которое может стать прорывом в науке и по которому российские технологии имеют перспективы опередить зарубежные, считает Перцовский. По его словам, разработанный компанией новый топливный элемент будет стоить дешевле, чем его аналоги, а также сможет работать при отрицательной температуре. «У разработчиков есть шанс захватить серьезную нишу не только в России, но и на мировом рынке», – уверен директор по операционной работе кластера ЭЭТ.
Уже сейчас «Эй Ти Энерджи» не только сотрудничает с российскими компаниям, их разработками интересуются и австрийские коллеги, выпускающие беспилотники для 3D-сканирования местности.
«Вначале "Эй Ти Энерджи" получила так называемый мини-грант, чтобы изготовить образец и этим подтвердить работоспособность своей продукции. После этого они привлекли инвестиции двух венчурных фондов и сейчас планируют обратиться к нам за более крупным грантом, чтобы создать опытный полномасштабный образец, который можно будет использовать и тестировать в практических условиях. В разработках компании участвуют как представители академической науки, так и наши коллеги из МЭИ и Института проблем химической физики РАН. Там сильная научная команда, в то же время есть люди, которые отвечают за бизнес-девелопмент, что тоже важно», – уточнил Олег Перцовский.
В свою очередь генеральный директор компании «Эй Ти Энерджи» Данила Шапошников рассказал о том, за счет чего топливные элементы дольше работают и не замерзают:
«У нас два рынка: рынок источников резервного энергоснабжения и рынок электрохимических батарей для беспилотных летательных аппаратов. На обоих рынках в России вместо топливных элементов чаще всего используются классические батареи. Для беспилотников – литий-ионные батареи, поскольку они самые легкие в своем классе батарей, а для источников резервного энергоснабжения используются либо литий-ионные, либо более дешевые свинцово-кислотные.
Основное преимущество топливных элементов перед литий-ионными батареями заключается в том, что в баллон с водородом, который является ресурсом для топливного элемента, можно закачать много водорода под большим давлением. Соответственно, на топливном элементе беспилотник с шириной крыла в полтора метра может лететь в 5-6 раз дольше, чем на литий-ионной батарее.
Беспилотники решают много различных задач, в частности, осуществляют видеосъемку, 3D-сканирование, мониторинг чего-либо. Для всех этих потребностей длительность полета является критическим фактором.
Батарея топливных элементов PEM FC
Помимо этого, среди преимуществ нашего топливного элемента – возможность холодного запуска, то есть его можно запускать и эксплуатировать в минусовую температуру, что для российских условий является крайне важным. Например, если беспилотник поднимается на высоту 10 километров, температура с каждым километром уменьшается примерно на 1 градус. Соответственно, на батареях его будет сложнее эксплуатировать, при низких температурах теряется энергоемкость и уменьшается время полета. В остальном топливный элемент имеет все те же преимущества, что и Li-ion батарея перед двигателем внутреннего сгорания: отсутствие шума, вредных выбросов, вибрации.
Что касается резервного энергоснабжения, то там определяющим критерием является стоимость жизненного цикла. Средний срок жизни любой батареи составляет 4 года. Жизненный цикл топливного элемента – 8-10 лет. Можно купить установку резервного энергоснабжения на топливных элементах один раз, тогда как Li-ion придется менять 2-3 раза».
Разработчикам из «Эй Ти Энерджи» удалось снизить себестоимость топливного элементаза счёт двух технологий. «Во-первых, это катализатор на оксидоуглеродных носителях, который позволяет значительно снизить количество платины в катализаторе. Вторая технология – это влагонезависимые мембраны. Преимущество заключается в том, что с ее использованием отпадает необходимость постоянно увлажнять мембрану топливного элемента, так как она увлажняется сама. Упразднение в системе блока увлажнения позволяет снизить стоимость оборудования, а отсутствие требования к обогреву топливного элемента на морозе, позволяет не утеплять дополнительно ТЭ и не тратить на это энергию. К тому же, это дает возможность быстрого запуска – поскольку в системе нет воды, можно быстро запускать топливный элемент при отрицательных температурах»,– пояснил Данила Шапошников.
В сентябре 2014 «Эй Ти Энерджи» выпустили источник питания DronN 500W, на котором беспилотник летал порядка 11 часов. Однако, по словам генерального директора компании, это не предел. Если вес топливного элемента, баллона или самого беспилотника будет уменьшаться при сохранении его габаритов, то тогда он сможет продержатьсяв воздухееще дольше.
В ближайший год компания планирует доработать мембранно-электродный блок– «сердца» топливного элемента, чтобы выйти с ним рынок, а также получить предпромышленные образцы батареи топливных элементов и подготовиться к производству будущих продуктов. Таким образом, деньги инвесторов пойдут на доработку вышеперечисленных характеристик топливных элементов, создание предпромышленных образцов продуктов: мембран электронного блока и батарей топливных элементов. «Эй Ти Энерджи» также займутся защитой интеллектуальной собственности: в их планах увеличить количество патентов как в России, так и за рубежом.
«Кроме того, нужно наработать портфель предварительных заказов и провести с рядом потребителей и инжиниринговыми компаниями предварительную апробацию наших образцов, чтобы доказать их надежность, работоспособность и эксплуатационные характеристики, чтобы в дальнейшем заручиться их поддержкой при производстве и подготовиться к сертификации», – поделился Данила Шапошников.
Дмитрий Медведев, Александр Чернов, Василий Белов и Данила Шапошников на выставке Startup Village 2013
