;
Кейсы 22 октября 2019

Дроны на водороде: почему они не опасны и как стартап BM Power использует их в нефтянке и доставке грузов

Далее

Водород-воздушные топливные системы разрабатывались и применялись в стационарных объектах еще в начале нулевых, но с появлением БПЛА они нашли иное применение. По сравнению с литий-ионными батареями дроны на основе водород-воздушных элементов дешевле в 20 раз, а стоимость пролета 1 км на водороде в два-три раза ниже, чем при использовании двигателей внутреннего сгорания. Сегодня у этого рынка уже есть реальные перспективы в доставке грузов в отдаленные населенные пункты, а также в проведении ремонтных работ трубопроводов и телекоммуникационного оборудования. Глава BM Power Алексей Иваненко рассказал «Хайтеку» о том, как делать топливные элементы на основе водорода, которые более энергоемки в сравнении с литий-ионными батареями.

«Дроны на топливном элементе могли бы заменить “Газпрому” вертолеты, с помощью которых компания сейчас наблюдает за газопроводами, — отмечает Алексей Иваненко. — Вертолет обходится в 25–150 тыс. рублей в час в зависимости от региона. Аренда дрона на водородных топливных элементах обошлась бы всего в 1–5 тыс. рублей. Дрон на литиевой батарее эту задачу не решает, так как время его работы — около 30 минут, и при скорости 50 км/час он может пролететь лишь 25 км, в то время как расстояние между станциями “Газпрома” — 150 км».


BM Power была создана совместно Алексеем Иваненко, Сергеем Нефедкиным, Сергеем Шубенковым и Сергеем Пановым в 2016 году. Директором по развитию бизнеса является Алексей Иваненко. Он же — ведущий бизнес-эксперт и венчурный инвестор, а также создатель топливных элементов на основе водорода. Профессор Московского энергетического института Сергей Иванович Нефедкин — специалист по разработке электрохимических устройств и методов, использующихся для очищения и наблюдения за водными технологическими средами с растворенными органическими элементами. Сергей Панов — эксперт в области инжиниринга сложных энергетических систем. Сергей Шубенков отвечает за организацию технической поддержки существующих клиентов, планирование и организацию R&D.


Чем руководствовались создатели проекта

Колоссальные выбросы углерода несут угрозу экологии планеты. В поисках альтернативного источника энергии, ученые пришли к выводу, что водородные электрохимические генераторы в недалеком будущем придут на смену генераторам, работающие на основе принципа внутреннего сгорания. В результате электрохимического превращения энергии топлива в электричество образуются не вредные для экологии углекислоты, а дистиллированная вода. Кроме того, в отличие от нефти и газа, водород — возобновляемый ресурс, его можно получить с помощью гидролиза воды.

Главное экономическое преимущество водорода как основы топливного элемента состоит в том, что он достаточно энергоемкий (140 МДж/кг), а водородные электрохимические генераторы обладают высоким КПД. Водород — самый распространенный химический элемент, он с легкостью вступает в электрохимическую реакцию.

Фото: Антон Карлинер / «Хайтек»

«Существует заблуждение, что водородные элементы опасны. Якобы их использование может стать причиной техногенной катастрофы или каких-то ЧС. Я изучил статистику: по данным Европейского агентства по чрезвычайным ситуациям с 1993 года произошло всего 35 водородных аварий, — подчеркивает Алексей Иваненко. — Для такого временного промежутка и большой территории это очень маленькая цифра, поэтому можно говорить, что водородная энергия безопасна, особенно при соблюдении правил эксплуатации».

Ученые ИПХФ РАН (Институт проблем химической физики — «Хайтек») и Центра водородной энергетики МЭИ Юрий Добровольский и Сергей Нефедкин стали разрабатывать водородные топливные системы еще в 2010 году. Вскоре к ученым подключился предприниматель Дмитрий Шапошников. В 2012 году они организовали стартап AT Energy и арендовали базу ИПХФ РАН в Черноголовке. Компания стала резидентом «Сколково» и получила грант в размере 47 млн рублей. В течение 2013 года основатели компании работали над увеличением продолжительности работы аккумуляторов. Позже AT Energy переехала в технопарк, где и появился первый топливный элемент для БПЛА на основе водорода. Проект активно рос в первые несколько лет, привлекая инвестиции, выполняя несколько коммерческих заказов и активно принимая участие в экосистеме «Сколково». Суммарно с 2012 по 2016 годы компания привлекла более 80 млн рублей. Но в середине 2016-го возникла конфликтная ситуация между учредителями и на ее судебное урегулирование ушло 2,5 года — за систематическое нарушение корпоративного договора Юрий Добровольский был исключен из состава акционеров. Сейчас компания продолжает вести переговоры с участниками рынка о возобновлении деятельности.

Беспилотные летательные аппараты на водородных топливных элементах смогут заниматься обслуживанием многокилометровых газопроводных и нефтепроводных линий. Такие беспилотники способны находиться в воздухе без подзарядки до трех часов, совершать перелеты на 100 км, с грузом и даже при отрицательных температурах.

Руководитель компании BM Power Алексей Иваненко в апреле 2017 года представил на третьей Международной практической конференции по робототехнике «РобоСектор» проект «Водород-воздушные энергетические системы для робототехники 4.0».

«Стоимость пролета 1 км на топливном элементе — 55 центов, на литиевой батарее — 50 центов, а на ДВС — 1,5$, — отмечает Алексей Иваненко. — Но на топливном элементе вы летаете три часа, а на батарейке 30 минут. Стоит только посчитать стоимость владения всеми доступными решениями, и мы увидим, что топливный элемент компании BM Power нисколько не уступает им, а с учетом наших преимуществ, таких как стабильная работа при отрицательных температурах, время полета до трех часов и возможность заправки водородом в любой точке земного шара, опережает».

Отличия от конкурентов

В компании трудятся ведущие ученые и опытные инженеры инновационного центра «Сколково» и МЭИ, которые занимаются разработкой и проектированием автономных энергетических систем.

«С учеными познакомились на научных конференциях, а также через Сергея Нефедкина. Сейчас в BM Power работают специалисты из США и Южной Африки. Рядовых сотрудников искали на рынке труда», — поясняет Алексей Иваненко.

Вначале определяется область развития будущей технологии, после чего происходит постановка задачи инженерам и ученым. Благодаря интенсивной, слаженной работе коллектива в течение года с момента основания компании был создан и прошел успешные испытания принципиально новый продукт — топливный элемент на основе водорода.

Фото: Антон Карлинер / «Хайтек»

Система топливного элемента для БПЛА проста в эксплуатации. Главный принцип компании — у клиента не должно возникать вопросов по использованию.

Установка топливного элемента на дрон выполняется по принципу «Вставь и работай». Достаточно нажать кнопку и подключить провод, после чего спустя 40 секунд беспилотный аппарат поднимается в воздух.

«Установка доступна любой компании, занимающейся дронами, — отмечает Иваненко. — А вот сервис — ремонт и обслуживание — лучше проводить у нас. Примерный срок службы оборудования — пять лет».

Директор компании подчеркивает, что сравнивать водородные элементы питания с традиционными литий-ионными батареями не совсем корректно. «Они находятся в разных сегментах и используются для разных целей, — объясняет Иваненко. — Например, чтобы переместить груз из Липецка в Елец, нужно одно, а чтобы из Внуково в Шереметьево, — другое».

Направления в работе компании

Энергонакопители нового поколения выпускаются в трех основных направлениях:

  • автоматические роботизированные технокомплексы;
  • устройства для зарядки;
  • источники бесперебойного питания малых размеров.

Создаваемые системы питания применяются для беспилотных аппаратов мощностью до 1 кВт и в различных роботизированных комплексах.

Роботизированные технические комплексы, функционирующие от топливных элементов на основе водорода, обладают улучшенными характеристиками эксплуатации, включая длительное время работы. Время эксплуатации беспилотника с размерами и весом, не отличающимися от устройств на литий-ионных аккумуляторах, повышается в пять раз. Беспилотные устройства бесшумны и не оставляют за собой след из топлива. Широкий температурный диапазон позволяет их использовать в самых разнообразных условиях.

Фото: Антон Карлинер / «Хайтек»

Электрогенераторы, оснащенные водород-воздушными топливными элементами, отличаются скоростью старта, в некоторых случаях от одной секунды, и высокой мощностью (достигает 20 тыс. Вт). Такие источники энергии применяются вместо прочих источников питания в электрокрастерах, электрических моторах, прожекторах и приборах внутреннего освещения транспортных спецсредств. Работу на дизеле позволяет производить конвертер.

Применение водородных технологий

Правительство России, следуя общемировому тренду, старается поддерживать технологические стартапы в области новейших топливных технологий. Проект компании с рабочим названием «Тихий дизель» участвовал в госпроекте и был одобрен в начальной стадии. Цель проекта — разработка метода бесшумной генерации электрической энергии.


Преимущества водородного генератора:

  • вес 17 кг, что в четыре раза меньше стандартного;
  • работает по принципу plug&play;
  • рабочая температура от –40 до +65 °С;
  • тихий.

Стандартный энергомодуль представляет утепленный сварной контейнер из цельного металла с электрическим генератором внутри (дизельного, газотурбинного или газопоршневого типа). Модуль оснащен системами обслуживания.


BM Power совместно с МТС провели успешные испытания переносимого источника энергии, который будет использоваться ремонтными бригадами.

С новым энергетическим модулем, используемым в качестве электрогенератора, выполнение ремонтных работ, связанных с телефонными коммуникациями, станет возможным в любое время суток.

Еще один сегмент, в котором водород-воздушные топливные элементы будут востребованы, — снабжение электричеством таких удаленных объектов, как в зоне Арктики.


Зарубежные компании, разрабатывающие и выпускающие топливные элементы на основе водорода:


Перспективное направление — снабжение населения в труднодоступных пунктах продуктами первой необходимости. В отличие от обычных моделей дронов, работающих от литий-ионных батарей, самодвижущийся аппарат на водородном топливном элементе способен находиться в воздухе два-три часа. Эта особенность позволяет применять технологию в России для организации обслуживания газовых и нефтяных трубопроводов.

Фото: Антон Карлинер / «Хайтек»

«Индустриальный дрон на литий-ионной батарее весом 20-30 кг и с нагрузкой, например, видеокамерой или газоанализатором, летает не больше 20-40 минут. Такой же дрон, но на водородном топливном элементе, может летать 2,5-3 часа», — говорит Иваненко.

Поиск рынков: проблема и решение

Российский рынок дронов имеет мощнейший потенциал, но реализация пока стоит на месте, поскольку необходима соответствующая поддержка государства. Выполнять почтовую доставку товаров с помощью дронов не представляется возможным, поскольку действует запрет на использование квадрокоптеров и прочих подобных устройств. Не так давно власти США разрешили управлять дронами в пределах видимости — рынок заполонили компании, занимающиеся доставкой продукции с помощью беспилотников.


В России запрещено, согласно Правилам использования воздушного пространства Российской Федерации, использование дронов над опасными и запретными зонами, а также над областями ограничения полетов. Не следует использовать беспилотник без предварительного согласования:

  • рядом с аэропортами;
  • охраняемыми государственными объектами;
  • вблизи промышленных предприятий;
  • над ЗАТО;
  • в местах большого скопления людей и местах проживания;
  • в заповедниках, парках и рядом с миграционными путями птиц.

В соответствии с Воздушным кодексом, с 5 июля 2017 года все БПЛА весом от 250 г до 30 кг необходимо регистрировать.


Но BM Power нашла выход — зарубежный рынок, откуда поступает 70% заказов.

«Имена партнеров — коммерческая тайна, — подчеркивает Иваненко. — Могу лишь сказать, что наши дроны покупают в основном китайские, израильские и английские компании». Приходят в основном по рекомендациям «сарафанного радио». Компания планирует выйти на мировой рынок, запустив новые уникальные проекты. Но есть надежда и на российский рынок.

«У России есть все для того, чтобы занять первое место на мировом рынке доставки при помощи дронов», — говорит Алексей Иваненко. Российские дроны не уступают зарубежным, к тому же географические особенности страны подталкивают на создание принципиально новых идей налаживания логистики.

Основные планы по дальнейшему развитию — завоевание азиатского рынка. В Китае, Японии, Корее тема водорода как источника энергии очень популярна. На этом топливе ездят автобусы, его используют в отелях. Сейчас компания работает над открытием офиса во Владивостоке, чтобы быть ближе к потенциальным клиентам и более оперативно реагировать на запросы.

Почему водород-воздушные топливные элементы не распространены повсеместно?

На первый взгляд может показаться, что водородные топливные элементы и двигатели — просто баловство, очередной бесполезный стартап. Но в BM Power утверждают, что они не занимаются наукой ради науки, сотрудников компании интересует практическая сторона вопроса.

Сегодня существует целый ряд компаний, работающих в этом сегменте, которые имеют многомиллионный долларовый доход. Водород-воздушные технологии уже применяются в электротранспорте и дронах. Водородные топливные элементы имеют ряд преимуществ перед литий-ионными аккумуляторами, но стоят в 20 раз дороже.

Также идут поиски наиболее эффективного способа получения водородного топлива. Сейчас большая часть водорода производится с помощью паровой конверсии метана, который под воздействием высоких температур разлагается на водород и угарный газ. Другой популярный способ — разложение воды под действием электричества на кислород и водород (электролиз).

Фото: Антон Карлинер / «Хайтек»

Топливные элементы на основе водород-воздушных соединений не распространены повсеместно, потому что нет соответствующей инфраструктуры для транспортировки и хранения. В 2014 году автоконцерн Toyota презентовал автомобиль Mirai, оснащенный водородным двигателем. При эксплуатации авто в атмосферу вместо вредоносного углекислого газа выбрасывается водяной пар. Toyota Mirai выпускается серийно с 2014 года. Но для России этот автомобиль пока недоступен, поскольку нет водородных заправок.

Отсутствие заправочных станций — главный сдерживающий фактор развития технологии. Однако в странах Европы, Корее и США уже приступили к активному созданию новой инфраструктуры, понимая, что это — технологии будущего.

В апреле 2017 года премьер-министр Японии озвучил планы о переходе страны на водородную энергию. По планам правительства, к 2030 году в стране должно быть не менее 800 тыс. автомобилей на водородном двигателе.

При этом специалисты отмечают, что отрасль развивается достаточно стремительно и непредсказуемо. Поиски оптимальных вариантов получения и безопасного использования водорода приводят к появлению неожиданных решений. Например, технология «гранул в картридже», когда гранулы аммиака помещаются в специальный картридж-газогенератор. После нагрева от бортового источника тепла из гранул выделяется газообразный водород. Преимущество такой технологии — возможность масштабировать загрузку топлива в зависимости от конкретных задач. Поэтому велика вероятность, что уже через несколько лет водородные технологии будут выглядеть совсем иначе, чем представляется сейчас.

Загрузка...