Разработка научно-технических основ автономно регулируемой генерации водорода для топливных элементов путем окисления энергоносителей на основе сплавов в водных средах

В настоящее время большинство развитых стран уделяет особое внимание развитию водородных технологий. В России тренд на создание и внедрение энергоустановок на водородном топливе, наряду с разработкой решений по его экологически чистому получению, также набирает обороты. Источники электропитания на основе водородных топливных элементов рассматривают в качестве альтернативы аккумуляторным батареям ввиду большей удельной энергоемкости и производительности при низких температурах. Они уже находят широкое применение в транспортной отрасли, для оснащения дронов и роботизированных платформ, систем резервного и децентрализованного тепло- и электроснабжения. На сегодняшний день существует ряд способов крупномасштабной генерации «мало-», «средне-» и «высокоуглеродного» водорода; формируется стратегия перехода к производству «безуглеродного» водорода методом электролиза с использованием возобновляемых источников энергии и на атомных станциях. Однако проблемы, связанные с безопасным хранением и транспортировкой этого взрывоопасного газа, пока остаются нерешенными. Создание и поддержание работы соответствующей инфраструктуры с обеспечением ее безопасности потребует колоссальных затрат, поэтому предполагается создание решений по распределению около 90% водородного топлива потребителям непосредственно после наработки. Настоящий проект направлен на создание систем регулируемой генерации водорода посредством окисления энергоносителей на основе сплавов алюминия и магния в воде и водных солевых растворах для топливных элементов. Основное преимущество такого решения состоит в обеспечении водорода в необходимом количестве непосредственно на месте потребления, что в принципе исключает проблемы его хранения и транспортировки. Использование алюминия – еще одно преимущество, так как это первый по распространенности металл в земной коре. С недавнего времени ведется реализация проектов по модернизации алюминиевой промышленности: ALLOW (производство «низкоуглеродного» алюминия с использованием «безуглеродных» источников энергии, главным образом – гидроэнергетики), ELYSIS и поддерживаемые «Русал» работы Лаборатории фундаментальных исследований проблем получения алюминия при МГУ (выплавка алюминия с использованием «безуглеродных» («инертных») электродов, с выделением кислорода вместо углекислого газа). Таким образом, в обозримом будущем реален переход к производству «зеленого» алюминия. Продукты окисления алюминия безопасны для окружающей среды и могут быть возвращены в цикл производства алюминия в качестве исходного сырья. Новизна проекта состоит в создании источника водорода с автономным регулированием выделения водорода по давлению газа в системе, для которого впервые будут проведены экспериментальное и расчетное исследование процессов тепломассопереноса. Также впервые будет исследована теплоотдача от поверхности образцов реагирующих с раствором сплавов в приповерхностный газожидкостный слой и кинетика их окисления в водных средах разного состава.