Российская водородная энергетика переживает странный период. С одной стороны, масштабные проекты притормозили — прежде всего сахалинский водородный кластер, который создавался под экспорт низкоуглеродного водорода в страны Азиатско-Тихоокеанского региона. С другой — именно сейчас появляются разработки, без которых никакая отрасль все равно не сможет существовать. Пока большие стройки ждут своего часа, инженеры пытаются решить куда более приземленные задачи.

Именно такую разработку представил Сахалинский государственный университет (СахГУ). Вуз создает прототип универсального водородного топливного элемента собственной конструкции. Разработка затрагивает одну из самых болезненных проблем современной водородной энергетики — стоимость эксплуатации оборудования.

Водородные топливные элементы уже давно перестали быть экспериментальной технологией. Они применяются в транспорте, энергетике и промышленности, а их главное преимущество заключается в высокой эффективности и отсутствии вредных выбросов во время работы. Однако за экологичность приходится платить. Подобные установки остаются дорогими, причем значительная часть затрат возникает не при покупке, а уже во время эксплуатации и ремонта.

Разработчики сахалинского проекта без ложной скромности называют свою работу частью российских «суверенных технологий» для водородной энергетики. По их словам, конструкция адаптирована к самым разным климатическим условиям — от засушливых регионов до Арктики. Для страны с огромной территорией и большим количеством удаленных объектов подобная универсальность выглядит вполне практично.

Ключевое отличие новой разработки скрывается в конструкции титановой биполярной пластины — одного из важнейших компонентов водородной установки. Именно она распределяет водород и кислород, обеспечивает электрический контакт между ячейками и участвует в теплоотводе. Проще говоря, без нее вся система работать не сможет.

Сегодня большинство зарубежных производителей используют сварные титановые пластины. Такая конструкция давно считается отраслевым стандартом и применяется, в частности, в коммерческом водородном автомобиле Toyota Mirai. Она хорошо подходит для серийного производства, отличается высокой прочностью и герметичностью, но имеет один серьезный недостаток. После повреждения внутренних компонентов такой узел фактически становится одноразовым. Отремонтировать его крайне сложно, поэтому зачастую приходится менять всю сборку целиком.

Сахалинские инженеры предлагают отказаться от этого подхода. Их титановая биполярная пластина выполнена разборной. Благодаря этому появляется возможность заменить только мембранно-электродный блок — самый дорогой компонент топливного элемента. При этом сохраняются все остальные детали. На первый взгляд изменение кажется незначительным, однако именно такие инженерные решения способны существенно снизить стоимость владения оборудованием.

Для промышленности это имеет куда большее значение, чем может показаться. Экономика энергетических проектов складывается не только из цены установки или стоимости топлива. Огромную роль играют обслуживание, ремонт и срок службы оборудования.

Если дорогостоящий узел можно восстановить заменой одного элемента вместо покупки нового комплекта, эксплуатационные расходы заметно сокращаются. Именно поэтому ремонтопригодность постепенно становится не менее важным конкурентным преимуществом, чем коэффициент полезного действия или ресурс работы.

При этом разработчики не жертвуют долговечностью ради удобства обслуживания. Титан остается одним из лучших материалов для подобных систем благодаря высокой коррозионной стойкости и способности работать в агрессивной среде. В СахГУ пытаются совместить преимущества титана с возможностью разборки конструкции — задачу, которую до сих пор большинство производителей решало в пользу полностью сварных изделий.

Сегодня проект находится на уровне технологической готовности TRL 4–5. Это означает, что лабораторный образец уже создан и переходит к испытаниям в условиях, максимально приближенных к промышленной эксплуатации. Заявленные характеристики: герметичность конструкции составляет до двух атмосфер, а расчетный ресурс превышает 10 тысяч часов непрерывной работы. Если эти показатели подтвердятся во время испытаний, разработка сможет претендовать на следующий этап внедрения.

Разумеется, до промышленного производства еще остается длинный путь. Между успешным лабораторным образцом и серийным изделием находятся испытания, доработка конструкции, сертификация и поиск промышленного партнера. Но именно на таких этапах обычно и формируются технологии, которые впоследствии становятся основой новых производств.

Показательно и место появления проекта. Еще совсем недавно Сахалин рассматривался как флагман российской водородной программы. Здесь планировалось создание крупного водородного кластера, обсуждалось производство низкоуглеродного водорода для экспорта в страны Азиатско-Тихоокеанского региона, а также запуск железнодорожных вагонов и локомотивов на водородных топливных элементах. Однако изменение внешнеэкономической ситуации заставило пересмотреть эти планы.

Тем не менее это не означает, что сама водородная повестка исчезла. Скорее наоборот. Пока крупные инвестиционные проекты ждут более благоприятной конъюнктуры, регион продолжает накапливать инженерные компетенции. Проект СахГУ курирует АНО «Сахалин — остров возможностей», а сама разработка становится частью курса на создание собственных технологий, которые могут использоваться независимо от зарубежных поставщиков и импортных решений.

Возможно, именно в этом сегодня и заключается главный смысл сахалинской разработки. Водородная энергетика перестала быть соревнованием красивых презентаций и громких заявлений. Теперь ей предстоит доказать, что она способна быть экономически эффективной. А это зависит не только от строительства заводов или подписания экспортных контрактов, но и от множества инженерных решений, которые делают оборудование дешевле, надежнее и проще в обслуживании.

Фото: пресс-служба СахГУ

Lx: 6049