По прогнозам международных экспертов, к 2050 году доля водородной энергии в мировом масштабе составит 18 процентов, а в 2100-м - свыше 40. Страны Евросоюза планируют сократить выбросы углекислого газа в атмосферу до 95 процентов посредством развития водородной энергетики. В этих целях в мире проводится широкомасштабная научно-практическая работа по развитию водородной энергетики и эффективному ее использованию. Например, Европейский союз планирует обеспечить 25 процентов общей потребности в топливе до 2050 года с помощью водорода.
Согласно японской водородной программе, в 2020-м использовано 1,4 млн единиц водородных топливных элементов, к 2030-му намечено довести этот показатель до 5,3 млн. В водородной стратегии Китая к 2050 году доля водорода в общем объеме производимой в стране электроэнергии составит десять процентов.
Почему до настоящего времени не уделено должного внимания производству водородной энергетики? Одна из главных причин - высокая себестоимость. Немаловажны и вопросы обеспечения безопасности при работе, хранении и транспортировке водорода. Его выработка требует немало энергии. Например, для получения водорода с использованием природного газа нужно 1200° C, с помощью электролиза воды - 1600° C.
Наша страна уже ставит определенные цели для достижения задач по развитию водородной энергетики. Так, в Институте материаловедения НПО «Физика-Солнце» Академии наук Узбекистана проводится ряд экспериментов в этом направлении. В общем, фундаментальные исследования в семи лабораториях Института материаловедения основаны на производстве новых материалов с использованием местного сырья и осуществляются с помощью обычных технологий или солнечной энергии. В их числе - производство функциональной керамики широкого применения, разработка селективно поглощающего композиционного покрытия, сверхпроводящих материалов, технологий синтеза водорода.
Возможности Большой солнечной печи (БСП)
С помощью разогревающего оборудования, установленного на технологической башне БСП, за считаные минуты можно достичь высокой температуры (2500-3000° C), проводить синтез чистых материалов. Оно может заменить дорогой процесс производства (например, карбонового волокна с помощью обычных технологий) более доступным способом.
Для получения температуры свыше 1500 градусов Цельсия с помощью оборудования, работающего на основе обычных электроэнергии или газа, потребуется 12-20 часов. БСП может достичь такой температуры за секунды. Правда, невозможно сравнить объем производства данного устройства с промышленным.
Среди зарубежных научных партнеров - Дрезденский технический университет, Корейский институт редких металлов (KIRAM). В сотрудничестве с коллегами из-за рубежа работаем над производством малообъемной продукции с высокой стоимостью. Особого внимания заслуживает работа с немецкими учеными. Они предложили использовать высокую температуру, исходящую из БСП, для производства карбонового волокна, стоимость килограмма которого составляет от 200 до 350 долларов. Идею поддержало Министерство инновационного развития Республики Узбекистан и выделило необходимые средства. В настоящее время молодые ученые проводят предварительные эксперименты.
Перспективные разработки
Вот уже 20 лет Институт материаловедения производит применяющиеся при очистке газа от разных примесей инертные керамические шары для АО «Узбекнефтегаз». Годовая потребность в таких шарах в нашей стране составляет 600 тонн. К 2023-му намечено полностью покрыть импорт продукции за счет повышения объема их выпуска.
В целях системной организации производства при институте создано ООО «Keramika-Quyosh». За счет гранта Министерства инновационного развития предприятие оснащено дополнительными устройствами и газовой печью. В этом году с УП «Ургенчтрансгаз» подписан договор на 450 млн сумов.
Еще одна разработка применяется при производстве олеиновой кислоты для нужд АО «Алмалыкский ГМК». Годовой спрос одного только комбината на эту продукцию составляет 400 тонн. За счет расширения объема производства к 2023 году планируем отказаться от импорта олеиновой кислоты.
Очередная импортозамещающая разработка - приготовление шихты для производства сварочных электродов. Ученые института разработали ее состав на основе местного сырья. Эксперимент прошел успешно. Сегодня годовой спрос на этот продукт в республике составляет 14 тысяч тонн, и он из года в год повышается. К 2024-му намерены заместить импорт отечественной продукцией.
Экспортоориентированные технологии
Ученые института разработали новые флюсы для сварки конструкционной стали (титана, никеля, алюминия и другие) и сплавов, которые дают возможность качественной сварки металлов толщиной четыре мм. Промышленные опыты не имеющей аналогов данной разработки прошли на Ташкентском трубном заводе имени В.Л. Гальперина и предприятиях АО «Алмалыкский ГМК». Запланированы эксперименты в Корейском институте промышленных технологий (KITECH) и на предприятии Hyundai.
Еще одна экспортоориентированная разработка - устройство по полимеризации лакокрасок, применяющихся при повышении устойчивости к коррозии металлических поверхностей в условиях агрессивной среды. Проверка устройства проведена в немецких компаниях SPS Group и PRE Infratherm и на предприятиях AUDI, BMW, MAN, Daimler.
Необходимая для отечественной экономики разработка - производство нанокомпозитной пленки для теплиц, которая способна стабилизировать температуру и позволяет эффективнее использовать солнечную энергию. В результате урожайность повысится на 50 процентов. Не имеющая аналогов разработка проходит испытания в КНР и Испании.
Решение глобальных проблем
В настоящее время ученые института работают над технологиями и материалами получения «зеленого» водорода. В частности, при финансовом содействии Министерства инновационного развития завершена реализация инновационного проекта по разработке устройства водородного синтеза мощностью 10 кВт на базе фотовольтаической станции. Устройство используется при освещении периметра учреждения в Паркентском районе Ташкентской области.
Еще одна предлагаемая учеными института разработка - абсорберы, основной функцией которых является поглощение и очистка углекислого газа. При этом СО2 собирается из атмосферы или с территории промышленных предприятий и направляется в теплицы. В результате не только очищается воздух от вредных веществ, но и обеспечивается интенсивный рост растений.
Жавохир Шерматов.
Ученый секретарь Института материаловедения АН РУз,
доктор философии по техническим наукам (РhD).
