Электричество из керосина втрое снизит расходы на "питание"

Специалистам из Университета штата Вашингтон совместно с сотрудниками южнокорейского Университета Кенг Хи и компании Boeing удалось с помощью топливного элемента конвертировать авиационный керосин и автомобильный бензин в электроэнергию, минуя стадию сложных химических преобразований. Технология позволит втрое снизить расходы на "питание" самолетов и электромобилей. Исследователи опубликовали результаты своей работы в журналах Energy Technology и Journal of Power Sources.

Много лет светила мировых лабораторий пытаются повысить КПД тепловых электростанций - совершенствуют конструкции агрегатов, увеличивают их мощность и т. п. Но, как показывает практика, повышение КПД сверх 40% технически сложно и дорого. Поэтому химики и инженеры работают над тем, чтобы получать энергию альтернативными способами. Один из самых перспективных - с  помощью топливного элемента. Это устройство превращает химическую энергию топлива в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения.

Именно принцип работы топливного элемента стал основой новой разработки по преобразованию углеводородного топлива в электроэнергию. Генераторами идеи стали ученые Университета штата Вашингтон. В течение многих лет они исследовали возможности твердооксидных топливных элементов для обеспечения электроэнергией оборудования коммерческих самолетов.

Потенциал этих устройств чрезвычайно высок. Кроме того, что твердооксидные топливные элементы обеспечивают эффективный способ преобразования топлива в электричество, они способствуют сокращению выбросов в атмосферу вредных веществ и не производят шума во время работы - это принципиально важно при генерации энергии для реактивных лайнеров, когда самолеты стоят с выключенными двигателями у "гейтов". Немаловажное достоинство твердооксидных устройств еще и в том, что они не нуждаются в таком дорогом катализаторе, как платина, что снижает стоимость их использования почти в четыре раза.

Твердооксидные топливные элементы работают по принципу аккумуляторных батарей: у них есть катод, анод и электролит, но для получения непрерывного электрического тока нужно топливо, которое подается извне (в отличие от аккумулятора, работающего на запасенной энергии). Обычно в качестве такого топлива используется смесь водорода и окиси углерода - так называемый синтезированный газ, который получают из авиатоплива и бензина. Проблема в том, что генерация синтезированного газа предполагает применение преобразующих химреакторов, что делает систему производства энергии слишком массивной. В этом состояла главная проблема использования топливных элементов. Ученые наконец-то смогли ее решить: они разработали технологию, позволяющую подавать жидкое топливо напрямую в топливный элемент.

Еще одним препятствием генерации энергии с помощью такого устройства было присутствие во всех видах ископаемого топлива серы, кото рая быстро выводит из строя топливные элементы. Избавиться от серы помогновый, экологически безопасный растворитель. В результате уровень содержания серы в топливе снизился до 70-80%.

Решив две принципиальные задачи, удалось создать высокопроизводительный топливный элемент, который работает, когда в него напрямую подается авиационное топливо или его заменители. "Результаты этого исследования - важный шаг в процессе интеграции технологии топливных элементов в авиацию и развитие электрических самолетов", - говорит Джо Брейт, технический специалист компании Boeing.

Исследователи предполагают, что их топливный элемент будет использоваться для питания вспомогательного авиационного оборудования - навигационных приборов, систем освещения и др. Пока эти устройства работают на газовых турбинах. Авторы разработки подсчитали, что новая технология снизит расходы на электроэнергию как минимум втрое.  

Топливный элемент, работающий на бензине, можно использовать для дешевого питания электромобилей в рамках существующей инфраструктуры заправочных станций. Это позволит решить главную проблему сегмента  экономичных транспортных средств - отсутствие развитой сети водородных станций.