Конкурентные преимущества свердловской области в разработке и производстве энергосберегающих энергоустановок на твердооксидных топливных элементах (тотэ)

2. Анализ рынка энергоустановок на ТОТЭ

Анализ, проведенный Global Industry Analysts, Inc. (опубликован в апреле 2008 г.) предсказывает, что рыночная привлекательность энергосистем на ТОТЭ (SOFC) увеличивается из года в год, поскольку приближается целесообразная модернизация традиционной централизованной технологии получения электроэнергии, замена - реорганизация её инфраструктуры распределенной (водородной) энергетикой. Это сопровождается усилением общественной политики по очистке окружающей среды.

Все это приведет в ближайшие 10-20 лет к увеличению спроса на SOFC технологию по отношению к другим технологиям производства электроэнергии. В первую очередь, это существенно коснется Северной Америки, Европы и Японии.

По прогнозу Global Industry Analysts, Inc. уже в 2010 году международный рынок ТОТЭ составит 443 млн. $ США. Это примерно
1,5 тысячи энергоустановок по 200 кВт. Суммарная мощность составит примерно 300 МВт.

В апреле 2010 года в США на рынок вышла первая компания – производитель 100 – киловаттных установок на основе (ТОТЭ) – «Bloom Energy Corporation». По признанию президента этой компании создание промышленного производства стоило 250 млн. долларов США и 8 лет работы. Сегодня известно, что, по крайней мере, десяток ведущих компаний США, Европы и Японии находятся в стадии подготовки промышленного производства энергоустановок на ТОТЭ различного назначения. Это предвестник того, что готовится огромный рынок нового оборудования для распределённой энергетики.

В ведущих странах развитие ТОТЭ поддерживается правительствами и осуществляется крупными корпорациями. Это позволяет не только обеспечивать ускоренное развитие ТОТЭ, но и заранее подготавливать рынок к необходимости использования энергоустановок на основе ТОТЭ. Такая подготовка рынка позволила «Bloom Energy Corporation» начать продажи энергоустановки по очень высокой цене - более $7000/кВт, при себестоимости $700/кВт.

Россия не должна опоздать на этот рынок со своим продуктом для распределенной энергетики. Россия должна обеспечить свою безопасность автономными, бесшумными и эффективными энергоустановками специального назначения на ТОТЭ.

2.1. Российский рынок энергоустановок на ТОТЭ

Ёмкость рынка бытовой версии энергоустановок на основе ТОТЭ, по оценке специалистов, составляет 10-12 млн. шт. в год. Объем рынка промышленных устройств средней мощности составляет на текущий момент до 15 тыс. единиц и имеет тенденцию к увеличению.

Потребность в автономных электроустановках с топливными элементами на природном газе, используемых в качестве аварийных энергоустановок мощностью 5 кВт для обеспечения функционирования средств автоматики при отключении электропитания на газораспределительных станциях (ГРС), оценивается только по России в 2-3 тысячи штук в год. По данным специалистов соответствующего подразделения РАО «Газпром» на всей протяженности газопроводов необходима установка телеметрического оборудования для осуществления мониторинга состояния газопроводов. Для питания этого оборудования нужны маломощные (до 1,5 кВт), неприхотливые источники питания. Очевидно, что для этих целей подходят модификации ТОТЭ, способные работать за счет перекачиваемого газа и не требующие частых профилактических работ. Перспективным можно считать и рынок устройств автономного обеспечения электроэнергией станций, поддерживающих давление в газо- и нефтепроводах. По оценке специалистов РАО «Газпром» он составляет десятки тысяч устройств в год. Также следует отметить, что для катодной защиты газопроводов необходимы электроустановки, обеспечивающие напряжение не менее 50 В и ток не менее 50А, т.е. наиболее эффективны здесь высокотемпературные электрохимические генераторы мощностью 3-5 кВт. На северных газопроводах, где затруднительно прокладывать параллельную высоковольтную линию электропередачи (ЛЭП) из-за вечной мерзлоты, топливные элементы, практически, вне конкуренции. Количественная потребность в таких установках зависит в основном от протяженности газопровода и от метеоусловий. Станции катодной защиты (СКЗ), как правило, располагаются на расстоянии 3 км друг от друга. Только ТЮМЕНЬТРАНСГАЗ эксплуатирует 9 магистральных газопроводов длиной около 1,5 тысяч км. Следовательно, на нем может быть установлено порядка 4500 станций катодной защиты. Актуальна также замена неэффективных экологически опасных котельных на агрегаты на основе топливных элементов.

Перспективным является применение энергоустановок на ТОТЭ мощностью 1 - 10 кВт для ретрансляторов сотовой связи.

3. Состояние разработок по твердооксидным топливным элементам

За рубежом наиболее продвинуты работы по коммерциализации энергосистем на ТОТЭ (SOFC) в США. Примером разумной государственной политики в коммерциализации электрохимических генераторов на ТОТЭ являются США. В октябре 2001 года был сформирован Solid State Energy Conversion Alliance (SECA) и принята программа, целью которой является разработка и промышленный выпуск к 2010-12 году 5 кВт (3-10кВт) энергосистем на SOFC со стоимостью не более $400/кВт. Программа SECA в настоящее время включает шесть проектов SOFC наиболее близких к коммерциализации, разрабатываемых конкурирующими промышленными командами: Cummins-SOFCo, Delphi-Battelle, General Electric (GE), Siemens Westinghouse (SW) (в последний год Siemens), Acumentrics, и FuelCell Energy (FCE).

Все промышленные команды добились к настоящему времени существенного успеха. Завершена 1 фаза разработки, закончившаяся в 2006 году, были проведены демонстрационные испытания стеков различных конструкций. Увеличены снимаемые удельные мощности.

GE развивает компактный 5-kW генератор для жилых домов с плоским, дисковым ТОТЭ на несущем аноде, работающим на природном газе при 700-800°C. GE предлагает несколько проектов стека. С единичного стека из 21 ячейки при 800^ОС удалось снять удельную мощность 307 мВт/см². При испытании единичного элемента достигнуты 400 мВт/см². Наибольший по площади элемент, разрабатываемый GE имеет площадь 900 см².

Delphi работает над третьим поколением проекта и много внимания уделяет созданию очень компактной и легкой системы, подходящей для применения на транспорте. На двух стеках с 30 прямоугольными ячейками планарной конструкции были получены 420 мВт/см². На стеке с 5 ячейками – почти 600 мВт/см².

SW на трубчатых элементах с несущим катодом получил 300 мВт/см² при 85% использовании топлива и 1000^ОС. На в два раза более коротких элементах улучшенной конструкции в форме сплюснутой пробирки, образованной плоскими квадратными трубками из LSM получены удельные мощности около 400 мВт/см², а на элементах следующего поколения (∆-элементе) с объединенными треугольными в сечении трубками – 600 мВт/см². На элементах с квадратными трубками была испытана энергоустановка по проекту SECA.

Acumentrics провел испытания устройства из трубчатых элементов на несущем аноде в штате Аляска. Производственные затраты на изготовление испытанного стека намного ниже, чем у предыдущих вариантов. Достигнута удельная мощность - 400 мВт/см². Разработчики достаточно успешно за три года увеличили площадь единичного элемента, что позволило им увеличить снимаемую мощность с одного элемента в 10 раз (до 60 Вт).

Cummins-SOFCo - на рынке самый большой производитель дизель генераторов. Они грамотно оценивают рынок для 5 кВт генераторов на ТОТЭ. Их пилотный 1 кВт образец по программе SECA проработал непрерывно 2000 часов на природном газе. Их топливный процессор прошел испытания в течение 2900 часов при постоянной и циклической эксплуатационной нагрузке в соответствии с требованиями испытаний (фаза 1 программы SECA). Был испытан демонстрационный образец.

FuelCell Energy (FCE) для выполнения программы SECA объединил в одно юридическое лицо канадскую Global Thermoelectric Corporation и разработчика и суб-контрактора Versa Power Systems (VPS). Объединение позволило ускорить развитие и коммерциализацию SOFC систем по программе SECA. VPS имеет большие успехи в развитии глобальной технологии производства SOFC.

Оценка деятельности фирм разработчиков ТОТЭ.

Все четче происходит разделение фирм на фирмы, ведущие разработку энергосистем на основе ТОТЭ в расчете на коммерциализацию, фирмы, производящие исходные материалы для всех компонентов ТОТЭ и исследовательские фирмы, решающие более узкие задачи оптимизации отдельных компонентов и узлов ТОТЭ. Первые проводят испытания систем мощностью 1-5 кВт и представляют интерес для инвестирования их работ, как государством, так и частным капиталом. Вторые завоевывают рынок исходных материалов и, зная особенности выпускаемых порошков, заключают контракты на разработку единичных элементов и батарей ТОТЭ. Третьи представляют только научный интерес и, как правило, уже не могут вмешаться в отработанную технологию выпуска ТОТЭ первыми фирмами.

Все шесть промышленных команд программы SECA (США) имеют собственные промышленные производства энергосистем на ТОТЭ и собственные научно-исследовательские центры. На 2008 год SECA получил госбюджетного финансирования около 62 млн. US$. Из опыта предыдущих лет внебюджетное финансирование SECA, как правило, превышает госбюджетное. При этом около половины своего бюджета SECA тратит на модернизацию производства и примерно столько же на НИР, который может проводить в любом наиболее компетентном и оснащенном научно-исследовательском центре мира. Все шесть промышленных команд программы SECA добились несомненных успехов. При этом независимо от разрабатываемой конструкции элемента планарной или трубчатой, независимо от принятых ключевых технологий все они подтвердили уже достигнутую себестоимость в районе 700US$/кВт. К концу Программы, они достигнут планируемой установочной стоимости 400US$/кВт.

Безусловным лидером в разработке и создании энергосистем на основе ТОТЭ является международная фирма Siemens – 250 кВт установки с гарантированным сроком службы не менее 20000 часов и деградацией характеристик около 0,1% за 1000 часов. Лидирующее положение ей обеспечила трубчатая бесшовная конструкция элемента и технология, приобретенные у Westinghouse (США). В последние годы, продолжая разрабатывать конструкцию единичного элемента, фирма сначала перешла на элементы в виде сплюснутой пробирки с прямоугольными каналами, (конструкция не могла не подвергаться критике), а затем к элементу, в котором каналы приобрели треугольное сечение (∆-элемент – объединение трубчатой и планарной конструкций, с которого планируют после оптимизации получить мощность 1кВт). Кроме того, фирма рассчитывает перейти на более проводящие твердые электролиты на основе диоксида циркония, стабилизированного скандием, и на основе галлата. Это приведет к снижению рабочей температуры, увеличению срока службы и к снижению стоимости кВт установки. Развитие этих работ обеспечит, на мой взгляд, лидерство фирме на ближайшие 5-10 лет.

Другой фирмой заслуживающей пристального внимания является General Electric. После перехода в неё N. Q. Minh автора монолитной конструкции батареи ТОТЭ, фирма завоевала лидирующее положение по созданию энергосистем на ТОТЭ планарной конструкции в виде диска. Испытаны исследовательские системы устройств мощностью 1-6 кВт. Планируемая мощность с единичного элемента площадью 900см² – 360 Вт. Получен большой технологический опыт по созданию трехслойных (анод - электролит - катод) заготовок методом колондрования, а так же изготовлению этой технологией газоплотного керамического токопрохода с последующим совместным спеканием слоев. В настоящее время фирма отказалась от услуг N. Q. Minh и от его ключевой технологии. Для формирования тонкослойного твердого электролита сейчас используют технологию плазменного напыления. Тем не менее, накопленный опыт, обеспечит фирме в ближайшие 5-10 лет мировое лидерство в создании запланированных мульти МВт энергоустановок на планарных ТОТЭ, совмещенных с газовой турбиной и системой газификации угля.

Газификация угля это один из перспективных путей к топливной независимости США. Другим путем может быть технология прямого окисления угля в топливном элементе с твердым электролитом (DCFC). Правда эта технология сейчас находится на стадии НИР.

В настоящее время в Европе лидером в создании батарей на ТОТЭ планарной конструкции является Forschungszentrum Jülich (Германия), испытавший устройство мощностью 13 кВт ещё в 2004 году. Сложность комерциализации заставила разработчиков объединиться с концерном Saint-Gobain. Концерн Saint-Gobain сегодня – это компания №1 в мире по производству теплоизоляции становится лидером в производстве материалов нового поколения. Пока результаты этого объединения, создание энергосистем и их промышленное производство, в литературе никак не отражены.

Другим европейским центром развития ТОТЭ является Riso National Laboratory (Дания).

Анализ состояния разработок топливных элементов в Европе и их результаты были представлены на германо-канадском семинаре в 2005 году. Отношение государств в Европе к электрохимической энергетике на ТОТЭ и что главное, их ресурс не идет ни в какое сравнение с ресурсом США. Это и будет в ближайшие годы решающим фактором, ускоряющим коммерциализацию энергосистем на ТОТЭ и формирующим рынок.

Не смотря на то, что на международном научном кворуме, ставшем наиболее авторитетным в мире, на 30-ом ежегодном Семинаре по топливным элементам в США (Fuel Cell Seminar), прошедшем в Гонолулу на Гавайях 13-17 ноября 2006 года, страны Евросоюза заявили, что они имеют разработки энергосистем киловаттного класса, тем не менее результаты испытания батарей ТОТЭ мощностью более 13кВт, создание энергосистем, систем когенерации или создание промышленного производства энергосистем на ТОТЭ в литературе не отражены.

3.1. Разработки по ТОТЭ в Свердловской области и на Урале

В России в настоящее время нет Государственной Программы по водородной энергетике, в которую обычно входят наиболее перспективные твердооксидные топливные элементы. В 2004 году ведущая промышленная компания РФ «Норильский Никель», заключив договор с Российской АН, провозгласила эту Программу и в течении 1-2 лет финансировала развитие ТОТЭ сначала через Президиум РАН, а затем через ООО «Национальная Инновационная Компания «НЭП». В 2005-07 г.г. НикНЭП попытался своими силами развивать это направление. Всё было поставлено на одну (технологию изготовления ТОТЭ) технологию – термолиза металлоорганики, и прекратил финансировать другие предприятия. Работа не удалась. Лабораторию закрыли. ФЭИ (Обнинск), работая в этом альянсе, разрабатывая аналогичную технологию, тоже не выполнил Договор с НикНЭПом. Лабораторию закрыли.

Начиная с 60-х годов прошлого века, Институт высокотемпературной электрохимии Уральского отделения РАН (ИВТЭ г. Екатеринбург) занимался разработкой твердых электролитов проводящих по ионам кислорода, а с начала 70-х годов разработкой макетов электрохимических устройств на этих электролитах. Пиком этих работ стала разработка и изготовление временным творческим коллективом в 1989 году высокотемпературного электрохимического генератора мощностью 1 кВт. Генератор имел при 950^ОС, на метане в качестве топлива и воздухе в качестве окислителя, удельную мощность около 200 мВт/см², КПД – 43%, коэффициент использования топлива при максимальной мощности около 90%. Расположение элементов в модуле было запатентовано (Патент РФ № 2027258 «Высокотемпературный электрохимический генератор» МКИ НО1М, приоритет 03.07.90г. С.И.Сомов, А.К.Демин, Б.Л.Кузин, А.С.Липилин, М.В.Перфильев) и стало прототипом для всех последующих батарей и энергосистем с трубчатым ТОТЭ, выполненным в виде пробирки.



Рис. 10. Электрохимический генератор 1 кВт Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН.



Рис. 11. Испытания ЭХГ в реальных условиях.

До 2000 года в ИВТЭ разрабатывалась вся гамма электрохимических устройств: от электролизеров и конверторов для производства водорода до топливных элементов для получения электроэнергии и тепла и кислородных насосов.

В высокотемпературных электролизерах электрический ток от внешнего источника используется для разложения паров воды на водород и кислород. Условно по принципу работы их можно назвать топливными элементами наоборот. В них электрический ток потребляется для получения наиболее энергоемкого топлива – чистого водорода. При снижении потребления электроэнергии, вырабатываемой на «большой» базовой электростанции, например, в ночное время, «избыток» электричества поступает в электролизеры, где в результате суммарной электрохимической реакции разложения воды выделяется чистый водород, который собирают в специальные емкости. Он может использоваться как питание топливных элементов для выработки дополнительной энергии и тепла в дневное время, когда потребление электроэнергии существенно возрастает, в том числе для снятия «пиковых нагрузок». В высокотемпературных твердооксидных конверторах водород получают путем электрохимической конверсии горючих газов. Этот процесс эффективнее, чем каталитическая конверсия, и позволяет получить водород несравненно более высокой чистоты.

Начиная с конца 80 годов прошлого века, работы по разработке энергосистем на основе ТОТЭ в продолжение работ ИВТЭ, практически инициативно проводятся в Российском федеральном ядерном центре – Всероссийском научно-исследовательском институте технической физики имени академика Е.И. Забабахина (ВНИИТФ г. Снежинск). Разработчики, начав работы по всем конструктивным разновидностям ТОТЭ (трубчатая, планарная, блочная), остановили свой выбор на трубчатой конструкции элемента (рис. 12).



Рис. 12. Трубчатая конструкция топливного элемента.

В последние годы работа увенчалась успешными испытаниями энергосистем мощностью 1-2,5 кВт. В основе батарей лежат элементы с несущим электролитом трубчатой конструкции (пробирки из YSZ электролита длиной около 120-160 мм, диаметром около 10 мм с толщиной стенки менее 0,8 мм).



Рис. 13. Электрохимическая часть энергоустановки мощностью 2,5 кВт - РФЯЦ-ВНИИТФ

Все материалы и компоненты ТОТЭ изготовлены на предприятиях РФ. Распределенный многоточечный токосъем с анода и катода позволил уменьшить внутреннее сопротивление элементов и достичь удельной мощности единичного элемента 400 мВт/см², а в составе энергосистемы получено около 170 мВт/см².

Энергосистемы предназначены для использования на трубопроводах «Газпрома» в холодных климатических условиях.



Рис. 14. Схема энергоустановка РФЯЦ-ВНИИТФ для станций катодной защиты.



Рис. 15. Энергоустановка РФЯЦ-ВНИИТФ для станций катодной защиты. Установка прошла испытания в течение 8800 час

В РФЯЦ-ВНИИТФ создана лабораторная база производства и испытания ТОТЭ.



Рис. 16. Испытание энергоустановки РФЯЦ-ВНИИТФ.

В таблице № 3 приведены сравнительные характеристики энергоустановок на основе твердоксидных топливных элементах различной конструкции, разработанных в различных компаниях. Из таблицы следует, что разработки РФЯЦ-ВНИИТФ находятся на мировом уровне.

Таблица № 3.

Производитель	Конструкция	Температура, топливо	Характеристики	Утилизация топлива
siemen's westinghouse power co.	Трубчатый ТОТЭ с плёночным ysz	Т = 1000°С, метан	Руд.=(210—300) мВт/см2 при u = 0,6 В	До 85 %
mitsubishi heavy industries, Япония	Трубчатый ТОТЭ с плёночным ysz	Т = 800°С, водород	Руд.~ 150 мВт/см2	Нет данных
ceramic fuel cells, ltd., Австралия	Планарный ТОТЭ с несущим электролитом	Т = 850°С, метан	Руд.~ 100 мВт/см2	65 %
chubu electric power company, inc. и mitsubishi heavy industries, ltd., Япония	Планарный, с внутренней конверсией природного газа	Т = 940°С, метан	Руд. = (125—160) мВт/см2	Нет данных
global thermoelectric, inc., Канада	Планарный ТОТЭ с пленочным ysz	Т = 750°С, водород	Руд.~ 440 мВт/см2	50%
toto ltd., Япония	Трубчатый	Т=(900-1000) °С	Руд.=(70—75) мВт/см2	41 %
riso national laboratory, Дания, rolls-royce fuel cells systems, ltd., Великобритания	Планарный на несущем ysz	Т=(900-950) °С, Смесь (Н2+СО)	Руд.=(100-160) мВт/см2	Нет данных
delphi corporation, США	Планарный ТОТЭ с пленочным ysz	Т=750°С, водород	Руд. ~ 350 мВт/см2	Нет данных
forschungszentrum julich gmbh, Германия	Планарный ТОТЭ с пленочным ysz	Т=(800-850)°С, метан	Руд.=(250—280) мВт/см2	59%
mitsubishi materials corporation, Япония	Планарный ТОТЭ, lsgm - электролит	Т=770 °С	Руд.~215 мВт/см24	70 %
electric power development company, ltd. и mitsubishi heavy industries, ltd., Япония	Трубчатый ТОТЭ с плёночным ysz	Т=900 °С	Руд.~180 мВт/см2	73,5%
ФГУП РФЯЦ—ВНИИТФ	Трубчатый ТОТЭ с несущим ysz	Т = 900°С, метан	Руд. =(120-140) мВт/см2 4	До 85%

Начиная со средины 90 годов прошлого века, в Институте электрофизики УрО РАН (ИЭФ г. Екатеринбург) были начаты разработки технологий и оборудования для получения уникальных слабо агрегированных нанопорошков YSZ и нанопорошков материалов используемых в электродах ТОТЭ.

Оптимальный электролит для топливного элемента — это пленка из нанопорошка. Толщина используемого сейчас твердого электролита 0,3 – 0,4 мм. Для обеспечения приемлемого уровня сопротивления приходится работать при температуре 900 —1050^°С. Переход к пленкам до 10 микрон позволит снизить температуру до 800 градусов и повысить ресурс материалов. Можно будет использовать более дешевые материалы, поднять удельную мощность и снизить стоимость установки.

В ИЭФ отработаны следующие методы получения наноразмерных порошков:

• 
  Электрический взрыв
  
• 
  Лазерное испарение
  
• 
  Самораспространяющийся высокотемпературный синтез
  

Преимущество получаемых ИЭФ порошков состоит в том, что они слабо агломерированные. Кстати, такие порошки умеют создавать только в России. Величина их частиц - 0,01 - 0,02 микрона. Способов изготовления пленок из нанопорошков несколько. Первый - шелкография, когда из нанопорошка делается суспензия, ее наносят на подложку электротода, а потом спекают. Второй способ: суспензию прокатывают и получают тонкую пленку, наматывают на подложку электрода, спрессовывают и спекают. И третий - электрофорез. Суспензию разбавляют, прикладывают напряжение к электроду, частицы садятся на подложку, потом припекаются. Все эти проекты выполняются в ИЭФ.

Хотя сами нанопорошки очень дороги, использовать их для изготовления супертонких пленок выгодно, поскольку порошка уходит немного.

Получение нанопорошков методом электровзрыва: Патент РФ № 2033901, «Способ получения сферических ультрадисперсных порошков оксидов активных металлов», Ю.А. Котов, И.В. Бекетов, О.М. Саматов, БИ № 12, 1995; Патент РФ № 2093311, «Установка для получения ультрадисперсных порошков металлов, сплавов и химических соединений металлов методом ЭВП», Ю.А. Котов, И.В. Бекетов, В.С. Седой, О.М. Саматов, В.Г. Яковлев, БИ № 29, 1997, 238.



Рис. 17. Установка для получения нанопорошков электрическим взрывом Института электрофизики УрО РАН.



Рис. 18. Порошок оксида никеля, полученный электровзрывом в Институте электрофизики УрО РАН.

Получение нанопорошков методом лазерного испарения.



Рис. 19. Лазерная установка для получения нанопорошков Института электрофизики УрО РАН



Рис. 20. Нанопорошок YSZ, полученный в Институте электрофизики УрО РАН методом лазерного испарения.



Рис. 21. Получение нанопорошков самораспространяющимся высокотемпературным синтезом в ИЭФ.

Более чем десятилетний опыт получения плоских и трубчатых изделий из нанопорошка методом магнитно-импульсного прессования, а также развитие новой для него технологии Tape Casting (Рис. 22 -23) позволили ИЭФ создать трубчатый полупрозрачный несущий твердый электролит YSZ толщиной 80-150 мкм (рис. 14), трубчатый несущий катод LSM толщиной 300-500 мкм, а также ТОТЭ с несущим катодом и тонкослойным (25 мкм) твердым электролитом.



Рис. 22. Установка для формирования пленок электролита в Институте электрофизики УрО РАН.



Рис. 23. Установка и технология магнитно-импульсного прессования созданные в Институте электрофизики УрО РАН.



Рис. 24. Топливные элементы с несущим электролитом YSZ.

Если к топливному элементу приложить напряжение тогда через твердый электролит будут перемещаться ионы кислорода – получаем кислородный насос (рис. 25.).



Рис. 25. Принцип работы кислородного насоса.

Предлагаемый ИЭФ способ перекачивания кислорода из смеси газов, каким является воздух (N₂+O₂), кислородными насосами в генераторах кислорода на основе наноструктурных твердооксидных элементов (рис. 26) является одним из наиболее экономичных.



Рис. 26. Наноструктурные твердооксидные элементы – ИЭФ.

В ближайшей перспективе, 5-10 лет, ожидается широкая коммерциализация этой технологии получения кислорода с занятием большого сегмента рынка производства медицинского кислорода. Несомненным достоинством предлагаемого метода получения кислорода является его высокая чистота (загрязнения менее 0,1-1,0 ррм). Достаточно высокая температура его производства (выше 600^ОС) не оставляет шансов выжить ни одному виду микробов и бактерий. Отсутствие в конструкции КН вращающихся систем (насосов) делают его не только бесшумным, но и более долговечным.

Предлагаемые электрохимические генераторы кислорода на НТЭ имеют достаточно широкий диапазон применений: от портативных переносных источников кислорода - мобильных генераторов для использования службами скорой помощи и МЧС до автономных или стационарных генераторов используемых в медицинских учреждениях, а также в электронной промышленности, где необходимо, например, поддерживать в подколпачных пространствах заданное парциальное давление кислорода.

По экспериментальным оценкам, при производительности 1-5м³О₂/час и плотности тока 0,2-0,3 А/см² удельные электрозатраты могут быть меньше 0,5 кВтч/м³О₂. (Напомним, что наиболее широко используемый, основной способ получения кислорода в технике, во всем мире, - метод глубокого охлаждения, в зависимости от производительности установки (0,2-280м³/ч) имеют примерно такие же затраты 0,2-2.0 кВтч/м³О₂, чем меньше установка, тем больше затраты, при этом чистота кислорода остается «техническая»).

В России такой кислород допустили использовать в качестве медицинского. Потребность в чистом кислороде от этого не снижается.

В Институте электрофизики УрО РАН изготовлен действующий макет кислородного насоса (рис. 27-28)



Рис. 27. Сборка действующего макета кислородного насоса.



Рис. 28. Работающий демонстрационный макет кислородного насоса – ИЭФ.