Євген ҐОЛИБАРД
НЕ ЛИШЕ ВУГІЛЛЯ, А Й НАФТИ ТА ГАЗУ В УКРАЇНІ ВИСТАЧИТЬ НА СОТНІ РОКІВ!

Електричний струм із цирконієвих елементів

Чого вони бояться найбільше?

Корумповано-криміналізована влада в Україні найбільше боїться... дива; того дива, яке б одного чудового дня дало кожному громадянинові України не тільки реальне право, а й можливості жити в добробуті і незалежності від влади. Бо тоді влада втратить свою монополію на «поділяй і владарюй», нікому не треба буде у неї просити, а отже, доведеться їй або вигадувати нову брехню, або... поступитися місцем чесним, моральним, розумним, патріотичним керівникам.
Таке економічне диво, виявляється, зовсім не фантастика. І називається воно: паливно-комірчана (fuel cell) технологія виробництва електричної енергії. Найкращим розробником цієї технології у світі й виробником відовідного устаткування є корпорація Сименс-Вестингауз. Вона вже виробляє як потужні енергетичні станції, так і такі, що приходять у кожний дім, у кожну хату і офіс. Вони екологічно безпечні, економічні, не забруднюють повітря, не гудуть и не грюкають, займають мало місця і споживають вдвічі менше (!) того клятого газу. А в автомобілях і того менше — учетверо!
Ну хто з нинішнього начальства України може з цим погодитися? Бо тоді руйнується увесь картковий будиночок внутрішньої і зовнішної політики. Тоді вже нікого не можна буде залякати російським краном на газовій трубі і не треба буде шантажувати Захід російськими кредитами на добудову блоків Хмельницької та Ровенської АЕС, російським паливом, російським... Бо тоді взагалі відпаде необхідність в атомних електростанціях, так само, як вона вже відпала в Німеччині.
Відповідно, тоді серйозно постраждають інтереси Росії, яка вже однією рукою майже тримає всю енергосистему України.

«Досвід «Сименс-Вестингауз» свідчить, що один одномегаватний паливно-комірчаний модуль потребує 5000 штук цирконієво-керамічних труб триметрової довжини загальною вартістю до 10 млн доларів США. До 2010 року в США планується виготовити понад 130 000 штук таких модулів, тобто на 650–1300 мільярдів доларів. Навіть за умови 5%-вої рентабельності прибуток за десять років може скласти 30–65 млрд доларів тільки від виробництва одного виду деталей до енергетичних комірок — керамічних труб! У той час як організація виробництва високоякісних цирконієвих порошків та труб потребує всього лише 80 млн доларів США».
Проф. Олександр ВАСИЛЬЄВ

З нами — все ясно!

Серед виграшних чинників для впровадження у нас цирконієвої технології і створення нової галузі — цирконієвої енергетики, на одному з перших місць — наявність в Україні величезних покладів піску-циркону (10% світових запасів), а також скандію – найкращої з можливих домішок до цирконію (тобто — оксиду цирконію) для досягнення найбільшого перетворюючого ефекту. Друга перевага — можливість більш ефективного і екологічного використання українського вугілля.
Впродовж кількох останніх років в Україні відбувається бюрократично-паперова гра навколо цирконієво-комірчаної технології. Колишній голова Комітету Верховної Ради України з питань освіти і науки, академік Ігор Юхновський неодноразово доповідав Президентові та прем’єр-міністрові України про необхідність розвитку робіт для створення нової енергетичної технології на основі цирконію.
Було доручення прем’єр-міністра від 27.02.2000 № 13259/96 Міністерству економіки у тримісячний термін підготувати та подати на розгляд Державну програму розвитку енергетики на основі цирконію. А Мінекономіки, коли встановлений термін закінчився, а дорученої йому програми не було розроблено, запропонувало листом від 29.09.2000 № 43-82/776 Держкоменергозбереження розробити техніко-економічне обґрунтування доцільності та перспективності розгортання зазначених робіт. Таке обґрунтування було виконане інститутом «Діпрохіммаш» і подане до Кабміну з листом від 29.12.2000 р. Очікувалося, що тепер Мінекономіки сприятиме розробці вищезазначених програм. Проте...
А тим часом вітчизняні ініціатори цирконієвої енергетики часу не втрачали і розробили бізнес-план розбудови в Україні цирконієво-керамічної промисловості на 1,5 млрд доларів США.
Адже, по-перше, попит на цирконієві порошки та кераміку щорічно збільшується на 10–15%. По-друге, в Європі лише Україна має промислові родовища цирконію, які за обсягами перевищують запаси США та Китаю. По-третє, Україна, будучи четвертим у світі виробником, продукувала донедавна щорічно 25 тис. тонн цирконієвого концентрату, з якого вироблялося 2000 тонн порошків. Щоправда, нині деякі з цих потужностей повністю зруйновані, а інші потребують серйозної реконструкції. Але навіть враховуючи необхідність інвестицій у розвиток нової галузі, очікувана економія коштів на закупівлю імпортного газу, на виробництво електроенергії і тепла та екологічна економія (в тому числі для утилізації радіоактивних відходів АЕС) є настільки значною в разі застосування цієї технології, що витрати на освоєння можуть окупитися впродовж 3–5 років.
З метою залучення іноземного інвестора цілком привабливим виглядає надання ліцензії для використання «хвостів» на відвалах Вільногірського гірничо-металургійного комбінату (Дніпропетровська обл.). Запаси циркону, рутилу та інших цінних елементів у цих відвалах оцінюються в суму 240 млн доларів США. У цих «хвостах» налічується близько 80 тисяч тонн циркону, яких має цілком вистачити на півстоліття продуктивної роботи. Звичайно, що це тільки невелика, стартова частка мінерально-сировинної бази для розвитку нової енергетики, для якої в Україні є всі необхідні ресурси — вугілля, цирконій і скандій — у більш ніж достатніх кількостях, а отже з можливістю експорту.
А те, що ця нова цирконієва технологія витіснить у найближчому майбутньому існуючу парогенераторну (не кажучи вже про атомну) — немає жодних сумнівів. Недарма бундестаг Німеччини прийняв у квітні 2002 року рішення про закриття всіх 23 атомних станцій у своїй країні. Тим часом в нашій — перша офіційна демонстрація діючої цирконієво-керамічної паливної комірки відбулася в Інституті проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАНУ 22 січня 2002 року.

А що — світовий досвід?

На ринку цирконієвих технологій перед ведуть Австралія і ПАР (за видобутком сировини), а також США, Канада, Німеччина і Японія (за розробкою інженерно-енергетичних рішень).
Білий Дім схвалив виділення 142 млн доларів на перший рік «тракового проекту» за участю чотирьох корпорацій, серед них також американські партнери Volvo і Diesel для створення серійного цирконій-комірчаного автомобільного і енергетичного двигунів замість бензинового і дизельного.
Відділ постачання Міноборони США закуповує малогабаритні паливно-комірчані електроенергетичні установки для своїх військових містечок і баз.
Фірма «Сіменс» ще 1996 року розвинула виробничі потужності на 30 тисяч паливно-енергетичних комірок щорічно, а також підписала контракт на постачання чотирьох паливно-комірчаних батарей потужністю 34 кВт для підводних човнів класу 212.
У світі вже комерціалізуються технології паливних комірок від 100 МВт на стаціонарних станціях до декількох Вт в джерелах живлення переносних систем індивідуального зв’язку. В різних країнах працюють понад 150 електростанцій середньої потужності за технологією fuel cell.

«Я був не правий, коли думав, що ми зможемо покінчити з нашими сподіваннями щодо двигуна внутрішнього згорання протягом 25 років. Нині я бачу, що ми знищимо цей двигун ще раніше. Ця нова технологія знизить також наше споживання закордонної нафти, очистить наше повітря та, врешті-решт, зробить наші дороги безпечними».

Альберт ҐОР,
колишній віце-президент США

Декілька компаній, зокрема Даймлер, Крайслер, Форд, Дже-нерал Моторз, інтенсивно працюють, щоб уже у 2004 році виставити на продаж близько 400 тисяч паливно-комірчаних автомобілів, вихлопним газом яких буде лише водяна пара. Японська Хонда заявила, що вона виставить свої паливно-комірчані авто на ринок вже у 2003 році. Почалося змагання конкурентів.

Можливість паливних комірок функціонувати продуктивно при відносно невисоких температурах (450–600°С), і майже безшумно, робить їх незамінними не тільки у військовій справі і на транспорті, а й у побуті.
На початку 2001 року всесвітньо відомі BMW, Renault and Delphi об’єдналися, щоб розробити додаткове паливно-комірчане джерело потужності для звичайних бензинових автомобільних двигунів. В основі нової конструкції — твердооксидна паливна комірка, яка має зробити автомобіль екологічно чистим і потужнішим.
У Каліфорнії розпочато випробування 70 паливно-комірчаних авто різних світових компаній, причому основними випробувачами є школярі і студенти, які перемогли у спеціальному конкурсі. Нині у кількох високорозвинених країнах функціонують дослідно-експериментальні зразки транспортних засобів, які використовують рушії нової енергетичної схеми на паливних комірках: велосипеди і моторолери Bike scooter, автомобілі BMW-Reno, автобуси, літаки NASA Cessna. Широке застосування мають електростанції-контейнери типу ONSI потужністю 250 кВт і велика гама малогабаритних енергетичних установок індивідуального користування для окремого будинку, офісу, ферми, потужністю від 500 Вт до 80 кВт.
Світ поспішає впровадити нову технологію через те, що кожен день, кожен місяць і рік зволікання наближає нас до енергетичної і екологічної катастрофи.
Натомість паливно-комірчана технологія, яка вдвічі зменшує викиди оксидів вуглецю та в 10–100 разів — оксидів азоту та сірки, на 20–30% дозволяє здешевити вартість електроенергії, в 2 рази скоротити споживання природного газу, і вчетверо — бензину, цілком слушно вважається панацеєю на XXI століття.
До речі, світова потреба щодо обсягів виробництва електроенергії має вирости до 19 трильйонів кВт-годин у 2015 році, тобто майже подвоїти нинішній обсяг виробництва струму. Звичайно, що задовольнити такий попит буде неможливо без переходу на нові технологи, які мають вдвічі вищий коефіцієнт корисної дії (до 85%!), ніж ті, що використовуються нині.
Підраховано, що вартість виготовлення обладнання, яке працюватиме за новою технологією, впродовж найближчих 15 років зменшиться в 4 рази.
Впровадження розглянутої технології стає не лише новим чинником економічного зростання, а й впливає на політику держави. За підрахунками консалтингової фірми Arthur D. Little, освоєння цих технологій створить нові робочі місця в металургійній, електронній, електротехнічній, машинобудівній та інших галузях промисловості. Як стверджують експерти, кожна тисяча мегават за новою технологією створює 5 000 робочих місць. Наприклад, якщо 20% парку автомобілів у США використовуватимуть паливні комірки, це забезпечуватиме створення 800 000 нових робочих місць у кількох галузях економіки.

Що ж воно за диво — паливно-комірчані технології?

Почнемо з кінця, тобто з показників. Порівнюючи характеристики корисної дії чотирьох технологічних способів перетворення газу в електроенергію, бачимо, що енергетична установка потужністю 1000 кВт має коефіцієнт корисної дії 28% на газовій турбіні, 50% — на дизелі, 70% — на цирконієвій комірці.

Як працює диво

Схема, загалом, дуже проста. Є примітивна камера згорання, центральним робочим елементом якої є вставка (система вставок, наприклад, труб) з цирконієвої кераміки. У камеру подається газ (CH4) і повітря (О2). Тепло (температура 450–600°С), яке утворюється в результаті згорання, тобто під час хімічної реакції утворення води та двоокису вуглецю з кисню, водню та вуглецю, тут виявляється лише вторинним супутнім продуктом. В той час як головним продуктом є електричний струм, що відводиться від катоду та аноду цирконієво-керамічного робочого органу під час реакції сполучення водню з киснем (схематично): СН4 + О2 =>(2Н2 + 2О)=>2Н20 + 8 електронів + тепло + С02. Отже, отримуємо 8 електронів на кожну молекулу води і молекулу вуглекислого газу плюс тепло.
Ще на початку XIX ст. англієць Вільям Гроув висунув ідею: просте занурення двох платинових електродів у збагачений воднем та киснем розчин може стати комерційно вигідним джерелом електричної енергії.
У 1899 році Вальтер Нернст винайшов «маси Нернста»— суміші на основі цирконію, що й нині вважаються найкращими сполуками для генерування електрики.
Потім про цирконієві електроліти забули і світ захопився атомною енергетикою, аж поки не набив ґуль. Промислове застосування мали лише цирконієві датчики кисню в системах контролю за повнотою згорання палива в двигунах внутрішнього згорання. Саме через наявність цих датчиків в автомобілях та вимоги відповідних національних законодавств на Заході, «іномарки» є екологічно чистішими, ніж радянські авто та їх наступні моделі.
В Україні роботи з розробки і вдосконалення цирконієво-керамічних електроджерел виконуються в Інституті проблем матеріалознавства ім. І. М. Францевича НАНУ під керівництвом доктора фізико-математичних наук, професора Олександра Васильєва. Він і його колеги утворили науково-технологічне ТОВ «Цирконій України» і заклали основи створення в нашій державі нової підгалузі — промисловості технічної цирконієвої кераміки. Починаючи з 1995 року ця вітчизняна фірма пропонує (в нашій країні — поки що безуспішно) проекти створення паливних комірок на основі робочих органів з цирконію. Існує навіть проект Державної програми «Паливні комірки», проте немає грошей на її реалізацію.

«Слово Просвіти», ч. 26 (142), 28 червня – 4 липня 2002 р.

До змісту Євген ҐОЛИБАРД НЕ ЛИШЕ ВУГІЛЛЯ, А Й НАФТИ ТА ГАЗУ В УКРАЇНІ ВИСТАЧИТЬ НА СОТНІ РОКІВ!