Инновации за рубежом
В МИРЕ / #1_2023
На фото: Стартап TAE Technologies впервые продемонстрировал бор-водородный термоядерный синтез в магнитоуправляемой плазме. Первые успешные эксперименты были проведены 1 марта 2023 г. при содействии ученых и специалистов японского Национального института термоядерного синтеза
По материалам ежемесячного дайджеста ЦАИР / Фото: Flickr.com
В разных странах всё динамичнее идут разработки по термоядерному синтезу и водородной энергетике. Характерно, что бизнес инвестирует в эти направления не менее активно, чем правительство. Центр аналитических исследований и разработок (ЦАИР) частного учреждения «Наука и инновации» публикует самые горячие новости на эту тему.
Водород плюс… бор
Во всем мире усилия в области термоядерного синтеза сосредоточены на объединении изотопов водорода — дейтерия и трития (редкого и сложного в обращении вещества) для использования в качестве топлива. Термоядерный синтез ядер водорода и бора имеет ряд преимуществ перед более популярными сценариями синтеза. Такая реакция не приводит к образованию нейтронного излучения и, следовательно, не требует мощной защиты. Кроме того, бор и водород не токсичны, не радиоактивны, широко доступны.
Впервые в эксперименте с магнитным удержанием плазмы получена реакция водородно-борного синтеза. Американская компания TAE Technologies (ранее — Tri Alpha Energy) в сотрудничестве с японским Национальным институтом термоядерной науки (NIFS) впервые в истории провели эксперименты по слиянию водорода с бором в плазме с магнитным удержанием.
Их результат стал важным этапом в развитии коммерческой термоядерной энергетики с использованием топливного цикла водорода-бора (также известного как p-B11 или p11B) — как декларируется, самого чистого, конкурентоспособного по стоимости и устойчивого для термоядерного синтеза.
Эксперимент был проведен на стеллараторе Large Helical Device (LHD), принадлежащем NIFS. В состав плазмы в реакторе LHD были введены атомы 11В. После того как на плазменный шнур был нацелен луч высокоэнергетических протонов, датчики, предназначенные для обнаружения и подсчета альфа-частиц, зарегистрировали многократное увеличение их потока — индикатор начала p11B-синтеза.
В статье First measurements of p11B fusion in a magnetically confined plasma, опубликованной в журнале Nature Communications, описываются экспериментальная работа по созданию условий, необходимых для слияния водорода с бором в плазме LHD, и разработка компанией TAE детектора для определения продуктов реакции водорода с бором. В работе также отмечается: «Хотя трудностей при сооружении термоядерного реактора для p11B оказалось больше, чем для D-T, его инженерное обеспечение будет намного проще. Иными словами, путь p11B к термоядерному синтезу заменит ожидаемые инженерные проблемы на физические, решаемые уже сегодня».
Во всем мире усилия в области термоядерного синтеза сосредоточены на объединении изотопов водорода — дейтерия и трития (редкого и сложного в обращении вещества) для использования в качестве топлива. Термоядерный синтез ядер водорода и бора имеет ряд преимуществ перед более популярными сценариями синтеза. Такая реакция не приводит к образованию нейтронного излучения и, следовательно, не требует мощной защиты. Кроме того, бор и водород не токсичны, не радиоактивны, широко доступны.
Впервые в эксперименте с магнитным удержанием плазмы получена реакция водородно-борного синтеза. Американская компания TAE Technologies (ранее — Tri Alpha Energy) в сотрудничестве с японским Национальным институтом термоядерной науки (NIFS) впервые в истории провели эксперименты по слиянию водорода с бором в плазме с магнитным удержанием.
Их результат стал важным этапом в развитии коммерческой термоядерной энергетики с использованием топливного цикла водорода-бора (также известного как p-B11 или p11B) — как декларируется, самого чистого, конкурентоспособного по стоимости и устойчивого для термоядерного синтеза.
Эксперимент был проведен на стеллараторе Large Helical Device (LHD), принадлежащем NIFS. В состав плазмы в реакторе LHD были введены атомы 11В. После того как на плазменный шнур был нацелен луч высокоэнергетических протонов, датчики, предназначенные для обнаружения и подсчета альфа-частиц, зарегистрировали многократное увеличение их потока — индикатор начала p11B-синтеза.
В статье First measurements of p11B fusion in a magnetically confined plasma, опубликованной в журнале Nature Communications, описываются экспериментальная работа по созданию условий, необходимых для слияния водорода с бором в плазме LHD, и разработка компанией TAE детектора для определения продуктов реакции водорода с бором. В работе также отмечается: «Хотя трудностей при сооружении термоядерного реактора для p11B оказалось больше, чем для D-T, его инженерное обеспечение будет намного проще. Иными словами, путь p11B к термоядерному синтезу заменит ожидаемые инженерные проблемы на физические, решаемые уже сегодня».
В сотрудничестве с бизнесом
Управление по атомной энергии Великобритании (UKAEA) заключило контракты на исследования на общую сумму £3,1 млн ($ 3,8 млн) с 18 организациями, которые сосредоточатся на решении технических и физических проблем в области термоядерного синтеза.
Отобранные UKAEA проекты направлены на решение проблем, связанных с коммерциализацией термоядерной энергии, от новых материалов и технологий производства до инновационных систем нагрева и охлаждения, необходимых для будущих термоядерных электростанций. Контракты были заключены со стартапами, малыми и средними предприятиями, компаниями и академическими учреждениями, включая университеты Бирмингема и Манчестера, причем шесть из 18 организаций впервые получили финансирование в рамках программы Fusion Industry. Последние контракты стали второй частью программы Fusion Industry, первая часть которой была реализована в 2021 году.
Контракты — технико-экономические обоснования стоимостью £50−200 тыс. — финансируются программой UKAEA Fusion Industry Programme и предоставляются через правительственную платформу Великобритании Small Business Research Initiative.
Управление по атомной энергии Великобритании (UKAEA) заключило контракты на исследования на общую сумму £3,1 млн ($ 3,8 млн) с 18 организациями, которые сосредоточатся на решении технических и физических проблем в области термоядерного синтеза.
Отобранные UKAEA проекты направлены на решение проблем, связанных с коммерциализацией термоядерной энергии, от новых материалов и технологий производства до инновационных систем нагрева и охлаждения, необходимых для будущих термоядерных электростанций. Контракты были заключены со стартапами, малыми и средними предприятиями, компаниями и академическими учреждениями, включая университеты Бирмингема и Манчестера, причем шесть из 18 организаций впервые получили финансирование в рамках программы Fusion Industry. Последние контракты стали второй частью программы Fusion Industry, первая часть которой была реализована в 2021 году.
Контракты — технико-экономические обоснования стоимостью £50−200 тыс. — финансируются программой UKAEA Fusion Industry Programme и предоставляются через правительственную платформу Великобритании Small Business Research Initiative.
Водород объединил Китай, Британию и Пакистан
Китайская компания China Electric Power and Technology Co. (CET) подписала соглашение с британской Oracle Energy (разработчиком проектов в области энергетики и природных ресурсов) о потенциальной поддержке ее проекта по производству «зеленого» водорода в Пакистане. Планируется, что производственная мощность проекта Oracle в пакистанской провинции Синд составит 400 МВт.
Меморандум о взаимопонимании предполагает, что CET будет разрабатывать, финансировать, строить, эксплуатировать и обслуживать пакистанский проект. В случае ввода в эксплуатацию всей установки возможно производство примерно 150 тыс. кг водорода в день (55 тыс. тонн в год), что сделает ее одним из крупнейших проектов в Азии.
Технико-экономическое обоснование производства экологически чистого водорода и аммиака началось в IV квартале 2022 года совместно с немецкой инжиниринговой компанией ThyssenKrupp; первые результаты ожидаются во II квартале 2023 года.
Китайская компания China Electric Power and Technology Co. (CET) подписала соглашение с британской Oracle Energy (разработчиком проектов в области энергетики и природных ресурсов) о потенциальной поддержке ее проекта по производству «зеленого» водорода в Пакистане. Планируется, что производственная мощность проекта Oracle в пакистанской провинции Синд составит 400 МВт.
Меморандум о взаимопонимании предполагает, что CET будет разрабатывать, финансировать, строить, эксплуатировать и обслуживать пакистанский проект. В случае ввода в эксплуатацию всей установки возможно производство примерно 150 тыс. кг водорода в день (55 тыс. тонн в год), что сделает ее одним из крупнейших проектов в Азии.
Технико-экономическое обоснование производства экологически чистого водорода и аммиака началось в IV квартале 2022 года совместно с немецкой инжиниринговой компанией ThyssenKrupp; первые результаты ожидаются во II квартале 2023 года.
Стальная логика
Немецкий производитель стали ThyssenKrupp Steel подписал контракт с технологической компанией SMS group на строительство завода по производству железа прямого восстановления (DRI) с использованием водорода. Первые практические опыты по использованию водорода в производстве стали ThyssenKrupp начала еще в 2019 году.
«Расположение двух плавильных печей непосредственно рядом с установкой прямого восстановления позволяет немедленно превращать получаемое там твердое исходное сырье в расплавленный чугун; это делает процесс особенно эффективным», — отмечает ThyssenKrupp.
Объем заказа для SMS group — более € 1,8 млрд; это крупнейший единичный заказ в истории компании. Кроме того, дополнительно потребуются значительные услуги по строительству инфраструктуры. Предварительные работы могут начаться немедленно. Мощность завода составит 2,5 млн тонн DRI; его строительство планируется завершить к концу 2026 года.
Проект подлежит утверждению Европейским Союзом в соответствии с положениями о государственной помощи; также ожидается принятие окончательного решения о финансировании. И то и другое должно произойти в ближайшие месяцы.
Контракт представляет собой начало одного из крупнейших в мире проектов по декарбонизации промышленности.
Немецкий производитель стали ThyssenKrupp Steel подписал контракт с технологической компанией SMS group на строительство завода по производству железа прямого восстановления (DRI) с использованием водорода. Первые практические опыты по использованию водорода в производстве стали ThyssenKrupp начала еще в 2019 году.
«Расположение двух плавильных печей непосредственно рядом с установкой прямого восстановления позволяет немедленно превращать получаемое там твердое исходное сырье в расплавленный чугун; это делает процесс особенно эффективным», — отмечает ThyssenKrupp.
Объем заказа для SMS group — более € 1,8 млрд; это крупнейший единичный заказ в истории компании. Кроме того, дополнительно потребуются значительные услуги по строительству инфраструктуры. Предварительные работы могут начаться немедленно. Мощность завода составит 2,5 млн тонн DRI; его строительство планируется завершить к концу 2026 года.
Проект подлежит утверждению Европейским Союзом в соответствии с положениями о государственной помощи; также ожидается принятие окончательного решения о финансировании. И то и другое должно произойти в ближайшие месяцы.
Контракт представляет собой начало одного из крупнейших в мире проектов по декарбонизации промышленности.
Новое производство, новые материалы
Компания — разработчик электролизеров EvolOH (США) объявила о строительстве в штате Массачусетс завода по изготовлению и сборке электролизеров с анионообменной мембраной (AEM). После полного ввода в эксплуатацию этот завод будет производить электролизеры мощностью до 3,75 ГВт в год, что, по заявлению компании, сделает его крупнейшим в мире.
Компания также утверждает, что ее электролизеры за счет инновационных материалов и конструкции обеспечивают самые низкие капитальные и эксплуатационные затраты на производство экологически чистого водорода при работе на чистой воде. Обладающие мощностью до 5 МВт (2 т/сут) для одного модуля и 50 МВт (20 т/сут) для одного контейнерного модуля электролизеры EvolOH предназначены для крупномасштабных установок по производству электроэнергии на водороде.
Предприятие в Массачусетсе будет включать конструкторское бюро и линию высокоскоростного производственного процесса EvolOH. Работы на заводе начнутся в конце этого года, а производство — в 2025 году. Второй завод EvolOH, который планируется заложить в 2026 году, будет производить электролизеры суммарной мощностью до 15 ГВт в год.
Компания — разработчик электролизеров EvolOH (США) объявила о строительстве в штате Массачусетс завода по изготовлению и сборке электролизеров с анионообменной мембраной (AEM). После полного ввода в эксплуатацию этот завод будет производить электролизеры мощностью до 3,75 ГВт в год, что, по заявлению компании, сделает его крупнейшим в мире.
Компания также утверждает, что ее электролизеры за счет инновационных материалов и конструкции обеспечивают самые низкие капитальные и эксплуатационные затраты на производство экологически чистого водорода при работе на чистой воде. Обладающие мощностью до 5 МВт (2 т/сут) для одного модуля и 50 МВт (20 т/сут) для одного контейнерного модуля электролизеры EvolOH предназначены для крупномасштабных установок по производству электроэнергии на водороде.
Предприятие в Массачусетсе будет включать конструкторское бюро и линию высокоскоростного производственного процесса EvolOH. Работы на заводе начнутся в конце этого года, а производство — в 2025 году. Второй завод EvolOH, который планируется заложить в 2026 году, будет производить электролизеры суммарной мощностью до 15 ГВт в год.
Деньги на водород
Администрация президента Д. Байдена через министерство энергетики США (DOE) в рамках двухпартийного закона об инфраструктуре выделяет $ 750 млн на исследования, разработки и демонстрационные мероприятия по снижению стоимости чистого водорода.
Поддерживаемые в рамках данной программы проекты будут направлены на устранение технических барьеров на пути снижения стоимости, которые не могут быть преодолены только за счет эффекта масштаба, и обеспечат долгосрочную жизнеспособность более дешевых производительных технологий будущего, заявили в DOE.
Финансирование получат команды заявителей, включающие представителей из академических кругов, промышленности и национальных лабораторий по различным техническим дисциплинам. Процесс подачи пройдет в два этапа: подача концептуальных документов и полной заявки. Концептуальные документы должны быть представлены до 19 апреля 2023 года, полные заявки — 19 июля.
Администрация президента Д. Байдена через министерство энергетики США (DOE) в рамках двухпартийного закона об инфраструктуре выделяет $ 750 млн на исследования, разработки и демонстрационные мероприятия по снижению стоимости чистого водорода.
Поддерживаемые в рамках данной программы проекты будут направлены на устранение технических барьеров на пути снижения стоимости, которые не могут быть преодолены только за счет эффекта масштаба, и обеспечат долгосрочную жизнеспособность более дешевых производительных технологий будущего, заявили в DOE.
Финансирование получат команды заявителей, включающие представителей из академических кругов, промышленности и национальных лабораторий по различным техническим дисциплинам. Процесс подачи пройдет в два этапа: подача концептуальных документов и полной заявки. Концептуальные документы должны быть представлены до 19 апреля 2023 года, полные заявки — 19 июля.
ДРУГИЕ МАТЕРИАЛЫ #1_2023