Розробка, що була визнана винаходом року і отримала першу премію на конкурсі науково-технічних розробок молодих науковців у рамках міжнародного дискусійного заходу "Science - Society - Personality" ("Наука-Суспільство-Особистість"), нікому не потрібна?
"Куртки краще не знімайте, тут холодно", - каже Володимир, заварюючи чай.
Впадає в око старий монітор на пів столу, багато різної апаратури довкола…
Я прийшов сюди, в лабораторію Інституту металофізики ім. Г. Курдюмова НАН України, щоб поговорити з кандидатом технічних наук Володимиром Дехтяренком про водень, над технологіями зберігання якого він працює. Водень, як відомо, називають паливом майбутнього. У багатьох країнах світу дослідження з водневої енергетики є пріоритетними напрямами розвитку науки. Водневі технології покликані знизити залежність від традиційних енергоносіїв - нафти, газу та вугілля. Від спалювання водню не залишаються шкідливі продукти згоряння, отож цей вид палива безпечний для довкілля.
Розмовляємо за чашкою гарячого чаю.
- Я навчався у КПІ, - розповідає Володимир. - У 2006 р. закінчив магістратуру і був переведений на інженерну посаду в Інститут металофізики. Тут вступив до аспірантури, у 2012-му захистив кандидатську дисертацію.
- Чому зацікавилися саме воднем?
- Воднева тематика завжди актуальна. Всі обігрівають житло і користуються переважно газом - метаном та пропаном. Їздимо на бензині. Це все невідновлювані джерела енергії. До того ж при їх згорянні забруднюється атмосфера.
Коли ж ми спалюємо водень, то утворюється звичайна вода. Для отримання самого водню можна воду розкласти різними методами. Найчастіше це -електроліз.
- Але такий метод недешевий.
- Звісно, всі нові методи недешеві. Проте видобувати метан із-під двох - трьох кілометрів грунту, а потім його транспортувати - теж недешево.
Отож, розклавши воду, отримуємо кисень і водень. Зрештою, можемо у бак автомобіля заливати просто воду. В Японії вже створено автомобіль, який працює на воді. Але ця вода дуже чиста, без жодних домішок. Поки що вона коштує 10 центів за один літр.
- А якщо замкнути цикл і воду, яка виходить, подавати знову в мотор?
- Вона буде вже не така чиста (адже в нас повітря теж із домішками), і двигун швидко вийде з ладу. Але це нинішні двигуни. Можливо, згодом вдасться пристосувати їх до води будь-якої якості.
- Перспектива приваблива, проте скільки можна на цій воді проїхати?
- Усе залежить від бака, який вам поставлять. Нині заправитися такою водою можна лише в Японії. Але те, що сьогодні існує машина на воді, - вже велике досягнення.
- Є ж машини на чистому
водні…
-Так, перші були на водні, але комбіновані. Спочатку - комбінувалися бензин і водень. Останній слугував як добавка, щоб зменшити витрати бензину. Зараз чимало машин їздять і на чистому водні - переважно у США, Японії, є і в Європі.
- Інфраструктура дорога?
-Так. Утім, тут ще даються взнаки й стереотипи. Люди звикли до думки, що водень украй вибухонебезпечний. І до того ж друге покоління авто були теж комбіновані: в них на дні лежали водневі акумулятори, а під заднім сидінням пасажирів був ще газовий балон, якого всі боялися.
- Навіщо така система?
- Водневий акумулятор (над ним і працюю) - це в основному метал або композит, де водень міститься всередині матеріалу.
Якщо його почати підігрівати - виділятиметься водень. Проте є таке поняття як дифузія. Швидкість виділення водню і його кількість достатні, аби машина долала близько 80 км/год. Щоб рухатися швидше, і було поставлено балон (із нього водень подавати набагато простіше). Збільшили і пробіг авто - до
650 км. Але такий балон - це, по суті, вибухівка. Саме тому і взялися за вдосконалення технології акумуляторів. Окрім того, що це значно безпечніше, в таких матеріалах - металах - можна запасти водню в рази більше, ніж просто в балонах!
Взагалі, над технологією сорбції водню металами роботи тривають понад сто років. Постійно відкривають нові матеріали, які краще поглинають і віддають водень. Розвинені країни ставлять нову планку для характеристик таких матеріалів. Приміром, вони мають поглинати водень при кімнатній температурі, а віддавати - при +100°C тощо.
- А як реагує метал на постійне накачування і викачування водню?
-Він деградує, але за умови, що водень досить чистий, метал витримує 5 тис. циклів… Ми дійшли до третього покоління автомобілів, оснащених обладнанням, яке розділяє воду на кисень і водень. За рахунок цього машина стала дорожчою. У Японії ціна такого авто 60 тис. дол. Але держава компенсує 15 тис. за збереження навколишнього середовища. Утім, їздити на такій машині можна в радіусі 200 км від заправки. Тому поки що, за відсутності інфраструктури, вважати це масовим продуктом не можна.
- Водень - відновлюваний ресурс. Які ще переваги він має?
- Оскільки водень можна отримувати з води, а в нас на планеті її дуже багато, то запасів водню вистачить на тисячі років. Він не токсичний, на відміну від бензину. У водню нижча ймовірність самозаймання, - він загоряється при температурі майже +500°C, а швидкість поширення полум'я в повітрі - найвища, тобто він швидко горить.
- Ви працюєте над зберіганням водню. Розкажіть про це докладніше.
- Цей газ можна зберігати у трьох станах: рідкому (охолоджений до -250°C). Але охолоджувати його дуже дорого, і він випаровується. Можна тримати водень у балонах, але кількість його буде невелика. У металі ж можна утримувати у п'ять разів більше цього газу.
Матеріалів, які поглинають водень, дуже багато. Починали дослідження з титану. Він легкий і сорбує чимало. Але від нього мусили відмовитися, бо титан поглинає водень повільно і при надто високій температурі (+300°C), а віддає його при температурі +600°C.
Потім узялися за магній. Він легший і бере більшу масу водню. Але він ще гірше поглинає й віддає газ. Тому почали шукати нові матеріали. Так прийшли до інтерметалевих сполук (хімічні сполуки між металами, які утворюються в результаті взаємодії компонентів при сплавленні, конденсації з пари, а також при реакціях у твердому стані внаслідок взаємної дифузії. - В.М.). Вони мають значно більшу водневу ємність, сорбують газ при кімнатній температурі без додаткових обробок. Тож можна виплавити інтерметалід, закласти його у замкнений об'єм, відкачати повітря, напустити водень, 10 хвилин - і отримуємо водень всередині матеріалу.
Першим таким матеріалом був лантан-нікель-5 (LaNi5). Він гарний, але лантан - це рідкоземельний матеріал і дуже дорогий. Потім були експерименти з іншими сполуками. Тільки у
1970-х рр. з'явилася сполука титан-марганець-2. Із цим матеріалом почали працювати багато країн: США, Німеччина, Японія. Та взялися і за його вдосконалення.
Це й був початок моєї роботи. Ми дослідили сполуку титан-марганець-цирконій. За рахунок цирконію порожнини у гратці металу стають більшими і можуть накопичити більше водню. Але марганець не є гідридоутворюючим і потрібен тільки для того, щоб створити цю інтерметалеву сполуку. Оскільки він не поглинає водню - ємність падає. А якщо його замінювати на гідридоутворюючий елемент, ємність одразу збільшується. Так ми додали ванадій. Але тут важливо не переборщити, бо коли ввести його надто багато, це вже буде зовсім інший матеріал, з іншими властивостями.
- Якщо ці технології вже настільки досконалі, чому машини на водні не стали масовими, а у світі як альтернатива бензиновим авто найчастіше служать електрокари?
- Думаю, наразі електрика й водень однаковими темпами стають на службу галузі. Але чи бачили ви в Україні десь заправки із воднем? А електричні вже є. Тому коли з'явиться вдосталь заправок…
- А коли це, на вашу думку, станеться ?
-На жаль, зацікавленість у водневій тематиці йде хвилями. Щойно починаються проблеми з газом чи нафтою, згадують про водень. Коли знаходять нові поклади або технології видобутку нафти/газу - все знову вщухає. З воднем працюють уже сто років, але повноцінну машину, яка на ньому може їхати, випустили тільки кілька років тому. Проблема в тому, що немає глобального інтересу. Компанії "сидять" на свердловинах, качають корисні копалини, працюють переробні заводи, на продажу нафтопродуктів і газу можна добре гріти руки, - все відпрацьовано...
- Але ж нафти/газу вистачить лише на кілька десятків років.
-Про це пишуть, проте, як бачимо, технології видобутку постійно вдосконалюються. Раніше сланцевого газу не видобували, а пропан-бутан взагалі не використовували і вважали майже відходами, його просто спалювали. Останні 10-15 років цим газом ми користуємося. Тобто прогнози, що метану/нафти/газу нам вистачить, щонайбільше, на 50 років, - більше лякалки. Тим паче постійно з'являється нове обладнання з виробництва біогазу, біопалива. Мене як переможця конкурсу науково-технічних розробок, що проводився Державним фондом фундаментальних досліджень, недавно запросили в Німеччину для участі у форумі UkraineLab. Не можна не помітити, що Європа вже пересіла на велосипеди та гіроскутери (електричний персональний транспорт. - В.М.).
- То, з огляду на таку незацікавленість, "водневої революції" не чекати?
-В Україні- точно ні, принаймні найближчих років 30. Ми будемо купувати газ, плакати, що він дуже дорогий, але робити своє - не будемо.
- Тобто…
-Усе, що ми зробили, лежить мертвим вантажем. "Робите? Гаразд. Нехай буде". До мене звернулись люди з фірми, якій потрібен був водневий акумулятор. Але ми не можемо його виготовити й продати. Бо інститут - це неприбуткова організація, і умовний покупець повинен брати технологію, патент і платити за нього роялті. Доки ми з усім розбиралися, фірма втратила інтерес.
- А кошти на дослідження де берете? Чи маєте якісь гранти?
-Академія вже понад 10 років займається воднем. Є грант, що розрахований на 5 років і розподіляється на три напрями: отримання водню, його зберігання та використання. Люди, які працюють на першому напрямі, отримують водень із… Та майже з усього! Найкраще - це мул із Бортницької станції аерації. Крім того, біологами були розроблені спеціальні бактерії, що переробляють відходи і виділяють газ, 70-80% якого - водень. Але, за грантовою програмою, кожній групі на рік дають близько 60 тис. грн. На зарплату залишається тисяч 8.
- Вам лише 33 роки… Бачите якусь позитивну перспективу?
-Відчуваєте, яка в кімнаті температура? Градусів 10-12. Якби іноземці приїхали й подивилися, як ми працюємо, вони б не зрозуміли, звідки беремо результати.
- А за кордон, як багато інших молодих науковців, не думаєте поїхати?
-Моя колега часто працює у Франції. Там у схожій лабораторії стоїть пічка, яка плавить матеріал, поруч - верстат, який робить шліфи ( щоб дивитися структуру), рентгенівський апарат, який за 20 хвилин знімає зразок і видає результат. Тобто дослідник, не виходячи з кімнати, за дві години отримує результати. Приходить керівництво і корегує. Можна повторити експеримент. Тут же… No coments.
Тому молоді зараз в інституті не варто шукати. Після того, як урізали фінансування, навіть ті, хто був відданий науці, пішли. Це й не дивно. Якби я працював на будівництві, заробляв би вдвічі більше.
Допиваючи холодний чай, розумію Володимира вже без зайвих запитань. Остаточно промерзаючи в цій лабораторії, усвідомлюю, що з такою державною "підтримкою" наша наука, як вічна мерзлота, - повільно, але невпинно тане.