ЭНЕРГЕТИКА ПРОТИВ ВОЙНЫ

В апреле этого года гостем Урала был профессор Университета Фессалии (Греция) Панайотис Циакарас — партнер Института высокотемпературной электрохимии УрО РАН, получивший вместе с уральскими коллегами мегагрант правительства РФ на разработку твердооксидных топливных элементов — ТОТЭ (интервью с ним см. «НУ», № 7–8 с.г., опубликовано в интернет-версии). С тех пор греческий ученый не раз посещал Екатеринбург, ведь по условиям гранта он должен четыре месяца в году работать во вновь созданной в ИВТЭ лаборатории электрохимических устройств на твердооксидных протонных электролитах, которую он возглавляет.
Во время очередного пребывания в Екатеринбурге профессор Циакарас пожелал рассказать о ходе реализации проекта и поделиться впечатлениями о первой международной конференции получателей мегагрантов «Наука будущего», которая прошла 17–20 сентября в Санкт-Петербурге. Он принял в ней участие вместе с уральскими коллегами.
— Это замечательная инициатива Министерства образования и науки РФ, — считает греческий электрохимик. — Конференция, как и было задумано, стала площадкой для плодотворного информационного обмена в научном сообществе и интеграции России в мировую научную среду. 160 участников — научных руководителей мегагрантов поделились опытом сотрудничества и представили результаты своих работ. Я встретил там своих давних знакомых из новосибирского Института катализа СО РАН, с которыми общался еще в 1990-е годы. Перед «мегагрант-сообществом» выступили министр образования и науки РФ Дмитрий Ливанов, рассказавший о научной политике российского правительства, директор департамента развития приоритетных направлений науки и технологий Минобрнауки Сергей Салихов, курирующий программу привлечения ведущих зарубежных ученых в российские вузы и академические институты. Помощник президента РФ Андрей Фурсенко совершил краткий экскурс в историю российской науки, напомнив, что еще Петр I и Екатерина II приглашали в Санкт-Петербург иностранных ученых, создав условия для первой «утечки мозгов» из Европы в Россию.
Об эффективности нынешней российской программы привлечения зарубежного интеллектуального потенциала свидетельствуют в частности такие прозвучавшие на конференции цифры: за три года реализации проектов, поддерживаемых мегагрантами, в рецензируемых журналах было опубликовано около 800 статей — это 3% статей, публикующихся в России. Из петербургских впечатлений отмечу также поездку в Петергоф и посещение Петродворцового учебно-научного комплекса Санкт-Петербургского государственного университета — это суперсовременный технополис, оснащенный первоклассным оборудованием. А еще вопреки распространенному мнению, что одна из главных российских проблем — плохие дороги, со всей ответственностью заявляю: в Санкт-Петербурге — просто отличные трассы.
— Как говорят в России, уважаемый Панайотис, вашими бы устами да мед пить. Получается, все у нас здорово: и на науку большие деньги дают, и международное сотрудничество развивают, и дороги первоклассные строят, и о будущем думают. Но вот у многих россиян настроения не такие оптимистичные...
— А многие люди в Греции, Италии, других европейских странах, несмотря на антироссийскую риторику политиков, убеждены, что Россия — мощная и динамичная держава. Вы несколько недооцениваете свою страну, поскольку видите ее изнутри. А я наблюдаю за российской жизнью со стороны, причем в развитии, на протяжении более 20 лет. В последнее десятилетие ситуация здесь кардинально изменилась, и менталитет граждан изменился тоже — люди стали более открытыми, независимыми, мобильными. Появились совершенно новые возможности. Так, благодаря мегагранту в Институте высокотемпературной электрохимии существенно продвинулись исследования в области создания электрохимических устройств на твердооксидных протонных электролитах. У меня здесь для работы есть все необходимое: квалифицированные сотрудники, офис, оборудование, и, что немаловажно, очень благоприятная творческая и дружеская атмосфера. Теперь мы сможем, наконец, реализовать свои давние замыслы.
Что же касается проблем и недостатков, так покажите мне место на Земле, где их нет. Кстати, увеличения финансирования на науку во всех странах приходится добиваться с большим трудом. Скажу вам больше — иногда несовершенство играет положительную роль. Мы, например, даже намеренно создаем дефекты в керамических материалах, чтобы получить желаемые свойства.
Пояснить этот момент я попросила коллегу П. Циакараса — заведующего лабораторией электрохимических устройств на твердооксидных протонных электролитах ИВТЭ кандидата химических наук Анатолия Константиновича Демина. Ведь с греческим профессором мы говорили на языке международного общения, а обсуждать детали научных исследований все-таки проще по-русски.
— Так для чего же вы создаете дефекты в материалах?
— Нас интересуют оксидные системы с протонной проводимостью, которая возможна благодаря наличию в них протонов. Вообще оксиды по определению не содержат водорода, но есть группа оксидных систем, которые могут взаимодействовать при высоких температурах с парами воды таким образом, что протоны становятся «гостями» в структуре оксидных композиций. И происходит это как раз за счет дефектов этой структуры.
— В чем преимущества протонной проводимости?
— Интерес к протонным проводникам обусловлен прежде всего тем, что в топливных элементах на протонных электролитах удается достичь полного использования топлива, если это топливо — водород. А в ТОТЭ на кислородионных проводниках коэффициент использования топлива на практике не превышает 85 %, поэтому перспектива повысить КПД только за счет увеличения такого коэффициента весьма привлекательна.
Однако преимущества ТОТЭ на протонных проводниках отнюдь не исчерпываются возможностью полного использования водорода. При прочих равных условиях напряжение на них выше, чем у ТОТЭ на кислородионных проводниках, что также ведет к повышеннию КПД. Для выбора правильной стратегии научного поиска и оптимизации режима работы протонных ТОТЭ необходим полный термодинамический анализ, чем мы сейчас и занимаемся.
На этом пути возникает множество проблем. Так, оксидные системы, в которых обнаружена протонная проводимость, как правило, не являются чисто протонными проводниками: чаще всего ионная проводимость в них осуществляется как протонами, так и ионами кислорода, и, кроме того, в той или иной степени присутствует электронная и/или дырочная проводимость. Нам же нужно исключить появление электронных носителей заряда, поскольку даже небольшая их доля приводит к заметному снижению КПД топливного элемента.
Мы ищем материалы с высокой концентрацией и подвижностью протонов. Но такие оксидные системы часто оказываются химически нестойкими, и нам необходимо определить условия, при которых их устойчивость повысится. Актуален также поиск других необходимых для создания ТОТЭ компонентов — электродов, интерконнекторов, герметиков, конструкционных материалов.
— Что сделано за полгода, прошедшие с начала работ по гранту?
— Мы разработали математическую модель для описания процессов переноса массы и заряда в ТОТЭ на протонных электролитах. Она позволяет прогнозировать различные характеристики оксидных систем, в частности распределение плотностей тока и мощности в ТОТЭ, установить зависимость между коэффициентом использования топлива, напряжением и КПД. Ведь мощность ТОТЭ зависит от многих факторов — параметров реагентов, коэффициентов их использования, температуры и среднего напряжения на элементах батареи.
Кроме того, мы исследовали свойства нескольких новых составов оксидных композиций с протонной проходимостью, а также механизмы дефектообразования в оксидных системах в зависимости от их состава, температуры и окружающей атмосферы.
По итогам последних исследований участники проекта написали 4 статьи, три из них приняты в международные журналы, одна — в отечественный. Профессор Циакарас представлял наши результаты на международных симпозиумах в Словакии, в Италии. Двое научных сотрудников ИВТЭ —Дмитрий Медведев и Елена Горбова — прошли стажировку в лаборатории альтернативных источников преобразования энергии Университета Фессалии в г. Волос, которой заведует профессор Циакарас.
…Греческий ученый уверен, что он и его уральские коллеги занимаются исключительно важным делом. По его убеждению, разработка альтернативных источников энергии не только позволит сохранить природные ресурсы планеты и сулит серьезные экономические преимущества, но может способствовать решению еще одной проблемы, сопровождающей человечество на протяжении всей его истории, — снизить риск войн. Вот что он сказал по этому поводу:
— Все войны с незапамятных времен велись ради расширения территорий, захвата плодородных земель, месторождений полезных ископаемых, т.е. имели экономические причины. Всем известно, что согласно преданиям, на основе которых Гомер создал «Илиаду» и «Одиссею», поводом к Троянской войне стало похищение троянским принцем Парисом прекрасной Елены — жены Менелая, царя Спарты. Однако, с точки зрения современных историков, Троянская война — это не что иное, как замаскированная экспансия эолийцев-колонизаторов в Малую Азию.
Сегодня войны, даже исламские, имеющие, на первый взгляд, вроде бы чисто религиозную основу, ведутся прежде всего за обладание энергетическими ресурсами — углеводородами. Создавая альтернативные источники энергии, ученые могут внести решающий вклад в прекращение войн.

Подготовила Е. ПОНИЗОВКИНА
На фото: А. Демин, М. Циакарас (супруга греческого ученого), Е. Горбова и П. Циакарас у
памятника Ломоносову перед открытием конференции