Первый отечественный экологически чистый автомобиль АНТЭЛ построен на базе ВАЗ-2131 "Нива", вернее, этот автомобиль был носителем топливных элементов.
На смену первому АНТЭЛу пришел второй, а затем и третий. Главное отличие последней - на борту нет баллонов высокого давления, да и заправлять ее надо обычным бензином.

АНТЭЛ-1

В 2001 году только кузов пятидверной "Нивы" мог вместить громоздкую силовую установку на топливных элементах. Под капотом электродвигатель мощностью 25 кВт, батарея для разогрева и запуска энергоустановки и блок системы управления. Источник энергии - модернизированный электрохимический генератор "Фотон", созданный в свое время для решения космических задач. Его "упаковали" в просторный багажник бывшего вседорожника, ставшего переднеприводным электромобилем. Баллоны с кислородом спрятали под задним сиденьем, а водородные, в которых газ под давлением 250 атмосфер, - непосредственно над генератором. Места для багажа не осталось. С пятью седоками в салоне масса машины вплотную приближалась к двум тоннам. При запасе водорода 60, а кислорода 36 л автомобиль развивал скорость до 80 км/ч и преодолевал 200 км без "заправки".

АНТЭЛ-2

Это ВАЗ-2111 , который и по начинке существенно отличается от первого АНТЭЛа. Новый электродвигатель переменного тока очень компактен, поэтому уместился в моторном отсеке вместе с энергоустановкой. Сама установка - уже не доработанная космическая батарея, а созданный специально для автомобиля водородно-воздушный электрохимический генератор. Кислород он берет из атмосферного воздуха, очищенного от примесей углекислоты.
Водородные баллоны разместили под пол багажника. Их суммарная емкость увеличена до 90 л, сжатых до 400 атмосфер. Это позволило довести запас хода до 350 км, что уже сравнимо с обычным автомобилем. Под подушкой заднего сиденья, где обычно расположен бензобак, размещены блоки систем управления источниками питания и электроприводом, а также буферная батарея. Ее задача - обеспечить разогрев и запуск энергоустановки и помогать ей при пиковых нагрузках. Багажник почти свободен. Его емкость - 350 л - несколько меньше штатного, так как пол чуть приподнят над водородными баллонами.
Второй АНТЭЛ получился легче почти на 300 кг, уложившись в снаряженную массу 1300 кг. Максимальная скорость выросла до 100 км/ч.
В проекте участвовали многие предприятия. Щелочные воздушно-водородные топливные элементы напряжением 240 вольт созданы совместно с Уральским электрохимическим комбинатом. Наряду с переходом от сжатого кислорода к атмосферному воздуху, почти в 20 раз снижено содержание драгоценных металлов в катализаторах и, соответственно, стоимость последних.
Рыбинская научно-исследовательская лаборатория разработала и изготовила компактный и легкий тяговый электродвигатель, КПД которого более 90% - на 20% выше первого двигателя. Новый электромотор вдвое легче и вчетверо мощнее. В режиме торможения автомобиля электродвигатель способен работать в режиме генератора, подзаряжая буферную батарею (рекурперация).
Совместно с ракетно-космической корпорацией "Энергия" созданы супербаллоны, способные хранить водород под давлением 400 атмосфер, и система очистки воздуха от присутствующего в нем СО 2 .
Питерская аккумуляторная компания "Ригель" сделала никель-металлогидридный аккумулятор напряжением 240 В и емкостью 10 А.ч. Он превосходит традиционные свинцово-кислотные по удельной энергоемкости в четыре раза. Эта батарея обеспечивает быстрый запуск энергоустановки и подключается к ней, увеличивая ее мощность в два раза при разгоне автомобиля.
Екатеринбургское НПО "Автоматика" разработало системы управления энергоустановкой и электроприводом, а поволжское отделение российской инженерной академии - электрический усилитель тормозов.
В АНТЭЛ-3 водород планируют получать из бензина уже на борту автомобиля, поэтому заправляться он будет на обычных АЗС.
Упразднят и водородные баллоны - все-таки не дело возить с собой газ под давлением 400 атмосфер. Да и заправка их - дело не простое и не такое уж быстрое. Вместо них - топливный процессор, реформирующий бензин в водород и углекислый газ. По расчетам, нововведения вместе с бензобаком увеличат массу автомобиля всего на 30 килограммов и впишутся во второй АНТЭЛ. Стандартный топливный бак объемом 45 л обеспечит ему запас хода почти в тысячу километров. При том, что из выхлопной трубы будут вылетать только вода и углекислый газ.

Схема автомобиля АНТЭЛ-1 на водородно-кислородных элементах

Возможности и применение нанотехнологий в разработке и организации производства энергоустановок на водородном топливе Федеральное государственное унитарное предприятие «Уральский электрохимический комбинат» Стихин Александр Семенович – директор Завода электрохимических преобразователей УЭХК

2 НЕМНОГО ИСТОРИИ … Уральский электрохимический комбинат Для обогащения урана изотопом U-235 в 40-х годах был выбран диффузионный метод. Пуск завода год. Научный руководитель - академик И.К. Кикоин. Сердце диффузионной машины - мелкопористые фильтрующие элементы из ультрадисперсного никелевого порошка.

3 ФИЛЬТРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ Годы Средний размер пор, нм Использовались для диффузионного разделения изотопов урана Уральский электрохимический комбинат

4 НИКЕЛЕВЫЙ ПОРОШОК 6 Применяются в технологических процессах изготовления электродных пластин щелочных аккумуляторов, пористых фильтрующих материалов, а также при создании износоустойчивых покрытий на деталях авиационных двигателей. Уральский электрохимический комбинат Тип порошкаУдельная поверхность, м 2 /г Размер кристаллитов, нм Содержание Ni, % Содержание О 2, % Электрохимический порошок 0,1832,999,60,07 Эрозионный порошок,02-6 Термохимический порошок (черный) ,59,5* *кислород специально вводится в никелевый порошок для предотвращения самовозгорания

5 Уральский электрохимический комбинат Изготавливаются методами непрерывной прокатки и последующего спекания из электролитических никелевых порошков в виде навитых рулонов или нарезанных пластин. Применяются при изготовлении пористых фильтрующих материалов и электродных пластин щелочных аккумуляторов. НИКЕЛЕВЫЕ ПРОКАТНЫЕ ЛЕНТЫ

6 СМЕННЫЕ ФИЛЬТРУЮЩИЕ ЭЛЕМЕНТЫ И ФИЛЬТРЫ Уральский электрохимический комбинат Фильтрующие элементы на основе никелевых порошков, предназначены для очистки технологических газов в микроэлектронной, атомной и др. отраслях промышленности; стерилизующей очистки газов в пивной, молочной, микробиологической и др. отраслях промышленности

7 СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ДАННЫЕ ТЕХНИКО-ЭКОНОМИЧЕСКИХ ХАРАКТЕРИСТИК фильтрующих элементов УЭХК с ведущими западными фирмами-изготовителями Уральский электрохимический комбинат Технико-экономические характеристики ФЭ Производитель Ultrafilter (U) Германия P-SRF 10/30 Pall (P) США AB1PFR7PVH 4 УЭХК Россия ФЭН-С 254/А30 Эффективность очистки от частиц 10нм, %99,99999 Количество стерилизаций по паспорту (ресурс) Количество стерилизаций фактически на линии стерилизации молока (по данным потребителя) Цена за элемент фильтрующий, Цена одного цикла стерилизации фактически (Ц), 6,002,130,81 ЦU,P /ЦУЭХК7,402,631

9 ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИЙ ГЕНЕРАТОР «ФОТОН» Уральский электрохимический комбинат Характеристики Мощность10 кВт Напряжение27 В Реагентыводород кислород Давление 0,4 МПа Масса145 кг Ресурс2000 ч Габариты 920х720х360 Блок автоматики Энергоблок Батарея топливных элементов

13 СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ЭХГ для ПОДВОДНОЙ ЛОДКИ фирмы SIEMENS и УЭХК Уральский электрохимический комбинат ХарактеристикаSIEMENSУЭХК Мощность, кВт35,455 Напряжение, В52, Электрохимический КПД при мощности номинальной и 20% от номинальной, % 59/7570/79 Габариты, м0,5х0,5х1,60,55х0,78х1,66 Вес, кг Ресурс, чНе указано (по результатам испытаний одного элемента 8000) (по результатам испытаний ЭХГ «Фотон»), по результатам испытаний батареи (128 элементов) Состояние разработкиПрошли испытания в составе лодки (проект 212). Принята на вооружение. Разработан технический проект. Изготовлена батарея.

14 Никель-водородная аккумуляторная батарея 18НВ-85 Комплект батарей 18НВ-85 для спутников связи Ямал (эксплуатируются с сентября 1999 г.) Никель-водородная аккумуляторная батарея 21НВ-7 Уральский электрохимический комбинат НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ

15 Уральский электрохимический комбинат Параметр21НВ-718НВ-85 Номинальная электрическая ёмкость, А. ч1485 Количество единичных аккумуляторов в батарее, шт.2818 Напряжение разряда, В Номинальная энергоёмкость, Вт. ч Масса, кг738 Объём, л2,520 Удельная энергоёмкость, Вт. ч / кг Вт. ч / л,3 97,5 ХАРАКТЕРИСТИКИ НИКЕЛЬ-ВОДОРОДНЫХ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ

16 Уральский электрохимический комбинат Никель-кадмиевая авиационная аккумуляторная батарея типа 20KSX 25 Р-У0З Никель-кадмиевая аккумуляторная батарея для автобронетанковой техники типа 20KSX 30/24-У05, 20KSX 60/12-У06 НИКЕЛЬ-КАДМИЕВЫЕ АККУМУЛЯТОРНЫЕ БАТАРЕИ РАЗРАБОТАННЫЕ УЭХК Работы выполнены по ТЗ МО Проведены государственные приёмочные испытания. Проведены государственные наземные испытания.

17 СРАВНИТЕЛЬНЫЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ АККУМУЛЯТОРНЫХ БАТАРЕЙ: серийной, разработка ЗАО «ОЗ НИИХИТ» (20НКБН-25-У3) и разработки УЭХК (20KSX25 Р-У03) Уральский электрохимический комбинат Наименование параметра20НКБН-25-У3 (ЗАО «ОЗ НИИХИТ») 20KSX25 Р-У03 (УЭХК) Номинальное напряжение, В2424 Номинальная ёмкость, А ч 2525 Масса, кг, не более2425 Допустимое значение тока нагрузки (ток КЗ), А, не менее не нормируется1550 Ток непрерывной нагрузки, А Диапазон температур с обеспечением разрядных характеристик, о С от минус 20 до плюс 50 от минус 30 до плюс 50 Минимальная наработка, циклы Срок сохраняемости в заряженном состоянии, сутки 3090 Срок сохраняемости до ввода в эксплуатацию, лет2 года 4 мес. 5 лет Срок службы по техническому состоянию, лет, не менее 810 Гарантийный срок, лет55

18 Уральский электрохимический комбинат БАТАРЕИ, РАЗРАБОТАННЫЕ УЭХК, ОБЕСПЕЧИВАЮТ: требуемые эксплуатационные характеристики при существенно меньшей ёмкости; требуемые эксплуатационные характеристики при существенно меньшей ёмкости; имеют меньшую массу; имеют меньшую массу; более высокую удельную мощность; большую продолжительность разряда при минус 30 о С; более высокую удельную мощность; большую продолжительность разряда при минус 30 о С; больший срок службы; больший срок службы; допускают полный разряд; допускают полный разряд; могут храниться в разряженном состоянии. могут храниться в разряженном состоянии.

21 СНИЖЕНИЕ НАВЕСКИ ДРАГМЕТАЛЛОВ В КАТАЛИЗАТОРЕ НА ЭЛЕКТРОДАХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ Уральский электрохимический комбинат

23 ЗАДАЧИ В ОБЛАСТИ НАНОТЕХНОЛОГИЙ Уральский электрохимический комбинат За счет уменьшения размеров частиц катализатора до (2-5) нм и введения носителя снизить содержание драгметаллов в Н 2 -О 2 топливных элементах с 10 мг/см 2 (2007 г.) до 3 мг/см 2 в 2010 году и до 0,2 мг/см 2 в 2013 году. За счет уменьшения размеров частиц катализатора до (2-5) нм и введения носителя снизить содержание драгметаллов в Н 2 -О 2 топливных элементах с 10 мг/см 2 (2007 г.) до 3 мг/см 2 в 2010 году и до 0,2 мг/см 2 в 2013 году. Создать технологии изготовления методом непрерывной прокатки пористых никелевых электродных подложек и безасбестового электролитоносителя из наноразмерных частиц окисей магния и циркония. Создать технологии изготовления методом непрерывной прокатки пористых никелевых электродных подложек и безасбестового электролитоносителя из наноразмерных частиц окисей магния и циркония. Это позволит уменьшить удельную стоимость электрохимического генератора тока на водородно-кислородных топливных элементах с $/кВт в 2007 году до $/кВт в 2011г., до $/кВт в 2013 году и довести ее к 2020 г. до 100 $/кВт. Это позволит уменьшить удельную стоимость электрохимического генератора тока на водородно-кислородных топливных элементах с $/кВт в 2007 году до $/кВт в 2011г., до $/кВт в 2013 году и довести ее к 2020 г. до 100 $/кВт.

24 СТОИМОСТЬ РАЗРАБОТКИ ЭтапЭтап 1Этап 2Этап 3 Год2008 г.2009 г.2010 г. Направление работыФинансирование, тыс. руб. Снижение расходов драгоценных металлов Подготовка электропроводного носителя катализатора Непрерывная прокатка электродных подложек2000 Электролитоноситель из двуокиси циркония или окиси магния 4000 Всего, тыс. рублей Уральский электрохимический комбинат

25 ВНЕДРЕНИЕ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ ПОЗВОЛИТ: Уральский электрохимический комбинат улучшить экологическую обстановку во всех населенных пунктах, особенно в крупных городах (транспорт не будет давать вредных выбросов); улучшить экологическую обстановку во всех населенных пунктах, особенно в крупных городах (транспорт не будет давать вредных выбросов); уменьшить, а в перспективе и снять зависимость энергопроизводящих производств от ископаемого сырья. уменьшить, а в перспективе и снять зависимость энергопроизводящих производств от ископаемого сырья. Работы по предлагаемой тематике могут быть выполнены предприятиями Свердловской области: УЭХК, УЭМЗ, НПО «Автоматика» и др. с привлечением научно-исследовательских лабораторий Уральского отделения РАН и ВУЗов Екатеринбурга.

26 КООПЕРАЦИЯ ПО РАЗРАБОТКЕ И ПРОИЗВОДСТВУ ЭНЕРГОУСТАНОВОК НА ВОДОРОДНОМ ТОПЛИВЕ ТЭ ЭУ ЭХГ Приборы систем обеспечения. УЭМЗ. Батарея топливных элементов. УЭХК. Электролитоноситель из окислов Mg и Zr. УЭХК, ВОСТИО. Катализаторы. УЭХК, институт физики металлов и институт электрофизики. Носитель катализатора. Институт электрофизики и институт физики металлов. Покрытия. Институт электрофизики и институт высокотемпературной электрохимии. Коррозионные процессы. УЭХК, УГТУ-УПИ. Очистка воздуха от СО 2. УЭХК, Химмаш, УГТУ-УПИ, УРГУ. Автоматическое управление. НПО «Автоматики». ЭХГ. УЭХКПриборы систем обеспечения. УЭМЗ Автоматическое управление. НПО «Автоматики» Газоснабжение. Предприятия Свердл. обл. Уральский электрохимический комбинат

27 Благодарю за внимание Федеральное государственное унитарное предприятие «Уральский электрохимический комбинат» Информация для контакта: Факс: Факс: (34370) , тел.: (34370) , г. Новоуральск, ул. Дзержинского,

Просмотры: 2 383

(Пока нет оценок)

Уральский электрохимический комбинат предложил государству организовать к 2020 году массовое производство водородных источников энергии. Однако в России еще не сложился механизм инвестирования перспективных наукоемких проектов. Эксперты считают, что это одна из главных причин, по которым страна теряет разработки, имеющие мировое значение.

Водородной энергетикой Россия занимается достаточно давно. Еще в 1971 году была создана водородно-кислородная энергогенерирующая система для лунного корабля, которая прошла испытания на Земле и была готова для полёта в космос. Выросла она из технологии разделения изотопов урана, на основе которой специалисты Уральского электрохимического комбината (УЭХК) разработали никель-водородные аккумуляторы и электрохимические генераторы электрической энергии. Одна из модификаций аккумулятора уже 10 лет работает на околоземной орбите в составе спутника «Ямал-100 «, обеспечивая трансляцию радио- и телепрограмм. Вторая установлена на спутнике «Стерх «, выведенном на орбиту в конце июля 2009 года. Преимущество таких приборов в том, что они не требуют углеводородного топлива, экологически чисты и демонстрируют более высокий КПД, чем традиционные источники электроэнергии.

УЭХК видит применение своим разработкам не только в космосе. В 90-е годы специалисты модернизировали электрохимический генератор «Фотон «, созданный для космического корабля «Буран «, и установили его на автомобиль. Впрочем, дальше демонстрации его возможностей дело не пошло: экологически чистый автомобиль подавляющему большинству жителей России не по карману. Стоимость одного киловатта в такой машине колеблется от 10 до 25 тысяч евро (мощность двигателя, как правило, 60 киловатт).

Эксперты утверждают, что возможности для снижения стоимости «водородного» автомобиля есть. Они связаны с использованием более дешёвых материалов, упрощением конструкции и с переходом на катализаторы из недрагоценных металлов. Однако, утверждает ведущий инженер завода электрохимических преобразователей УЭХК Борис Поспелов , лучшие умы мира за 20 лет не смогли существенно снизить стоимость киловатта мощности. К тому же при серийном производстве электромобилей элементарно не хватит платины. Поэтому, считает эксперт, мир идет по неправильному пути.

Специалисты УЭХК подсчитали, что генераторы, работающие на щелочных топливных элементах, процентов на двадцать дешевле полимерных, которым в мире отдаётся предпочтение. В перспективе щелочные могут работать на катализаторах без драгметаллов. Ресурс такого генератора получается в пять раз выше полимерного. Расчеты показали, что при серийном производстве новых источников энергии общей мощностью 5 мегаватт в год стоимость киловатта может быть снижена с 10 до 3 тысяч евро. К 2020 году, прогнозирует Борис Поспелов , при массовом производстве реально достичь стоимости менее 1 000 евро за 1 киловатт.

Разработчики, впрочем, отдают себе отчет, что водородный электромобиль появится на наших дорогах нескоро. Во-первых, надо существенно снизить стоимость одного киловатта, во-вторых, создать сеть автомобильных заправок водородом, в-третьих, надо решать вопросы получения и хранения водорода. Заведующий лабораторией Института высокотемпературной электрохимии Николай Баталов говорит, что наиболее дешевый, но довольно грязный, способ получения водорода — из природного газа. Электролиз (разложение воды) чище, но дороже.

Начальник конструкторско-технологического бюро завода электрохимических преобразователей УЭХК Михаил Баженов убежден, что проблемы со временем будут разрешены. Например, воду можно разлагать с помощью солнечных батарей, установленных на крышах домов и общественных зданий. Их мощности хватит для пополнения запасов водорода и кислорода в установках аварийного электропитания, которые незаменимы в больницах, вычислительных центрах и так далее. Электролизом могли бы также заниматься по ночам (в период падения нагрузки) крупные электростанции.

Заместитель главного инженера свердловского филиала ТГК-9 Леонид Соловьев допускает, что электролиз по ночам на станциях делать можно — при условии создания крупных емкостей для хранения водорода и кислорода. Эксперт подчеркивает, что рано или поздно их строить все равно придется, поскольку в обозримой перспективе энергетикам придется переходить с мазута, в качестве резервного топлива, на сжиженный газ. Для этого понадобятся емкости, рассчитанные на десятки тысяч кубометров. В рамках этого проекта можно было бы построить и хранилища для водорода, поскольку, утверждает Николай Баталов , этот газ лучше всего хранить также в сжиженном состоянии.

Михаил Баженов подчеркивает, что экономические показатели проекта рано или поздно придут в норму, если провести соответствующие исследовательские и опытно-конструкторские работы. Главное в том, что на разработку уже есть заказчики: например, американцы хотели купить на УЭХК источники питания мощностью 5 киловатт для подъёмных и транспортных устройств, работающих в закрытых помещениях. Уральцы подсчитали, что рентабельным производство будет при выпуске 1 тысячи аппаратов, для чего потребуется соответствующим образом оснастить производство. На это на комбинате средств нет, а американцы были готовы покупать только готовые источники.

Разработчики попытались получить государственное финансирование, подав в 2008 году заявку на 1,2 миллиарда рублей в корпорацию «Роснано «, поскольку в производстве топливных элементов применяются нанокатализаторы. Эксперты дали положительное заключение на разработку УЭХК , а потом создатели генератора узнали по неофициальным каналам, что научно-технический совет, созданный при корпорации, дал отрицательное заключение, поскольку разработка «не соответствует мировому уровню». Ирония состоит в том, что специалисты УЭХК сделали аппарат с более высокими электрическими характеристиками и ресурсом, но формально научно-технический совет прав: мировому уровню он не соответствует.

Не могут изобретатели получить деньги и от правительства Москвы , которое начало финансировать работы по созданию электрохимического генератора в качестве источника питания экологически чистого транспорта. Михаил Баженов говорит, что до разработчиков деньги не доходят, хотя московские предприятия-смежники их уже получили. Все это вынуждает специалиста сделать вывод, что Россия не готова воспринимать новые разработки, которые сулят в перспективе большую отдачу. Бюрократическая волокита может привести к тому, что страна потеряет технологию, на отработку которой ушли десятилетия.

Заведующий кафедрой атомной энергетики Уральского государственного технического университета Сергей Щеклеин убежден, что время очень качественной разработки УЭХК пока еще не пришло. Чиновники, возможно, спохватятся лет через 20, когда органическое топливо станет дорогим. Но к тому времени россияне могут безнадежно отстать: не представляют же сегодня производственники, как следует выпускать начинку для телевизора. «Я считаю, — говорит ученый, — что бросать разработки УЭХК нельзя. Мы в свое время опережали в водородной энергетике всех, но за последние 15 лет серьезно притормозили. Тут важно не отстать от мировых тенденций, а то получится как с телевизором и автомобилем, когда мы уже не знаем, что там находится внутри».

Михаил Баженов уверен, что пробить снизу разработку не удастся. Программа «Буран «, для которой в свое время разрабатывался генератор, была принята на самом верху, поэтому и была реализована. Водородный генератор для промышленности и повседневной жизни — не менее масштабная программа, а потому должна осуществляться в рамках государства. Главная проблема — создание понятного механизма инвестирования перспективных разработок, который позволил бы в короткие сроки получить практическую выгоду.