Топливные элементы HyPoint, предназначенные для авиации, уже сейчас гарантируют в три раза большую мощность, чем обычные топливные элементы по весу, но благодаря новой протонно-проводящей мембране, разработанной в партнерстве с BASF, их удельная мощность возрастет еще на 50%.
Да, BASF - та самая компания, которая стала известной в 1980-х годах благодаря производству аудиокассет. Большинство людей не слышали о ней с тех пор, как в 1990-х годах на рынке появились компакт-диски. Как выяснилось, BASF - это немецкий транснациональный производитель химикатов, существующий с 1865 года, и ее страница в Википедии вызывает любопытство.
На протяжении 156 лет BASF производит все виды химикатов. Красители, сода, серная кислота, аммиак, пластмассы, уретаны, стиролы, взрывчатые вещества, да все что угодно. Компания входила в конгломерат IG Farben, который, помимо прочего, в 1935 году выпустил первый в мире магнитофон.
При нацистском режиме газ Zyklon-B компании IG Farben, первоначально являвшийся пестицидом и ядом, использовался в лагерях уничтожения во время Холокоста. Компания также производила химическое оружие, такое как нервно-паралитические газы табун и зарин, а также мощное кожно-нарывное вещество иприт. На этом дело не заканчивается: американское подразделение BASF в 2018 году было вторым по величине промышленным предприятием, загрязняющим воду в Америке, и четвертым по величине загрязнителем воздуха, согласно индексу PERI "Toxic 100". И компания до сих пор удерживает рекорд по крупнейшей промышленной аварии в истории Германии: ее завод в Оппау взорвался в 1921 году, в результате чего погибли 565 человек.
Однако мы отвлеклись от темы - речь идет об огромной и жизненно важной компании, в которой в настоящее время работает около 120 000 человек, а ежегодный объем продаж составляет около 70 миллиардов долларов США. BASF, безусловно, не пытается скрыть свою богатую историю.
Так или иначе, BASF также производит протонпроводящие мембраны уже около 15 лет под торговой маркой Celtec. Протонообменные мембраны, безусловно, являются ключевым компонентом водородных топливных элементов.
Работает она следующим образом: газы водород (H2) и кислород (O2) располагаются по обе стороны мембраны, которая разработана таким образом, чтобы пропускать только одиночные положительно заряженные протоны водорода. Платиновый катализатор на стороне водорода расщепляет каждую молекулу H2 на два протона H+ и два электрона. Протоны проходят через мембрану на сторону кислорода, а электроны встречают их там, проходя через электрическую цепь и создавая ток. Затем электроны, протоны и кислород соединяются на другой стороне, образуя воду.
Теперь BASF разработала новую мембрану, способную работать при более высоких температурах и давлениях, чем раньше, и обладающую более прочными механическими свойствами. Компания HyPoint, в частности, разрабатывает уникальный топливный элемент "с турбовоздушным охлаждением", который отличается от традиционных конструкций именно тем, что использует более высокие температуры и давление, чтобы быстрее пропустить больше протонов через мембрану, вырабатывая больше энергии.
В данном видеоролике приводится краткая информация от BASF о том, как работают топливные элементы с протонообменной мембраной.
По данным компании HyPoint, при заданной выходной мощности он намного легче других топливных элементов, представленных на рынке, отчасти потому, что не требует никакого охлаждающего оборудования. Это делает его особенно привлекательным для использования в самолетах с нулевым уровнем выбросов. Кроме того, по сообщению компании, он работает в четыре раза дольше и эффективнее на водороде более низкой чистоты, чем многие другие конструкции.
Сотрудничество двух компаний позволило испытать и разработать новую мембрану BASF, и они надеются на впечатляющие результаты. "Ожидается, что новая высокоэффективная система топливных элементов, - говорится в пресс-релизе, - позволит достичь мощности более 3 000 Вт/кг, что как минимум на 50% больше, чем у существующей системы". Для сравнения, традиционные топливные элементы, которые, по данным HyPoint, обычно выдают 150-800 Вт/кг. Новые мембраны также сделают топливные элементы HyPoint еще более устойчивыми к примесям в водородном топливе.
Компании утверждают, что они должны быть испытаны и доступны для клиентов к середине 2024 года. В электрической авиации, где вес имеет решающее значение, и каждый сэкономленный фунт - это возможность увеличить дальность полета или перевезти чуть больше груза, подобный проект оптимизации станет важным шагом вперед в этой области.
Технология водородных топливных элементов будет иметь решающее значение в гонке за нулевым уровнем выбросов углерода к 2050 году. В настоящее время это единственный жизнеспособный вариант для полетов на электрических самолетах на средние расстояния, поскольку батареи настолько тяжелы, что подходят только для значительно более непродолжительных поездок.