От идеи до инновации: как в «Энерготехнохабе Петербург» создаются технологии для энергетики будущего13.01.2022 17:48

Сегодня энергетика — одна из самых масштабно меняющихся отраслей. Развитие идет по всем направлениям: от автоматизации до экологичности. Это отрасль, которая непрерывно ставит новые задачи, требующие нестандартных решений, новых технологий и изобретений. И недостаточно лишь откликнуться на такой технологический вызов. Даже самую удачную идею нужно дорабатывать, тестировать и, конечно, пробовать внедрять на практике. «Энерготехнохаб Петербург» стремится создать все необходимые для этого условия.

Большинство инноваций сегодня предлагают стартапы —  молодые компании, созданные командами ученых и специалистов, зачастую студентов и иногда даже школьников. У них огромный потенциал, но обычно нет средств и возможностей довести перспективную идею до конечного потребителя. Это особенно сложно, когда конечный потребитель — крупные компании, а инновация узкоспециализирована.

Чтобы заказчики и исполнители быстрее находили друг друга, «Энерготехнохаб Петербург» активно наращивает и развивает экосистему партнерств и дает возможность компаниям озвучивать свои задачи, изобретателям —  предлагать решения, профессионалам отрасли —  помогать в доработке этих идей, а инвесторам —  вкладываться в тестирование и реализацию.

Среди изобретателей много студентов. Для них при ведущих инженерных вузах «Энерготехнохаб Петербург» организовал «Энергоклубы» и сформировал цикл ежегодных мероприятий поддержки технологического предпринимательства. Ключевой инструмент работы «Энергоклубов» — акселератор EnergyLab, где участники работают с менторами — экспертами со стороны партнеров и потенциальных заказчиков. Студенты участвуют в мастер-классах и тренингах, которые ведут эксперты отрасли. И за каждой командой стартапа закрепляется наставник, который сопровождает ее на всем пути от идеи до разработки бизнес-плана. Так и создаются все условия для быстрой генерации и реализации новых идей и технологий.

Разработки, о которых пойдет речь, появились именно в таких условиях. Есть задача —  есть решение: от зеленого метода создания бутанола и эффективной очистки выбросов CO₂ до 3D-печати из металла и нового материала для хранения больших объемов водорода. Начнем с задач логистики: защиты судов от морских обитателей и создания прочных дорог из переработанного пластика.

«СИБИРЬ»:

материал для подводных сооружений

Мы бороздим океаны уже не первую тысячу лет, но так и не нашли эффективных и долгосрочных способов защиты от прилипчивых морских вредителей. Рано или поздно —  гораздо быстрее, чем вы можете себе представить —  подводные части судов и строений обрастают растениями и животными. Эта биота вредит как напрямую, разрушая материал, так и косвенно, снижая обтекаемость и судоходность.

Чтобы избавиться от нежелательных пассажиров, компаниям приходится ежегодно тратить время и ресурсы на очистку судов. Чаще всего чистят механическим способом с использованием подводной техники и водолазов. Существуют защитные покрытия, которые наносятся еще на этапе производства, но эффект у них краткосрочный — всего на год, а потом нужно обновлять в сухом доке. Это дорого и неудобно.

Решение проблемы нашли участники «Энергоклуба» на базе СПбГТИ (ТУ) — Техноложки, как часто называют этот университет. Студентки пятого курса Александра Иванова и Вероника Черкашина из проекта «СИБИРЬ» разработали материал, который защищает от эрозии и биоты и тем самым делает оборудование более долговечным.

Основа покрытия — эпоксидная смола, и одно из главных его преимуществ —  его можно наносить под водой. Причем это можно сделать уже после начала эксплуатации. Для условий нашей страны не менее важно и то, что этот лакокрасочный материал выдерживает отрицательные температуры.

Обновлять покрытие, по оценкам создателей, нужно будет лишь раз в пять лет, а не каждый год. И оно не представляет опасности для экологии. Конечно, его можно использовать не только на судах, но и на всех подводных сооружениях.

Несмотря на подобные сложности, у судоходства есть свои преимущества. К примеру, не нужно прокладывать дороги. А именно такая проблема возникает на суше.

до нанесения покрытия >

после нанесения < покрытия

«Океанпластстрой»:

дороги из переработанного пластика

Разработка нового месторождения  требует прочных дорог и большого количества материалов для возведения инфраструктуры. Инженер Иван Никонов из СПбГМТУ и его коллеги из объединения «Океанпластстрой» нашли экологичный способ минимизировать затраты на это обустройство.

Команда развивает технологии изготовления полимерных композитов. В рамках «Энерготехнохаба Петербург» она разработала прочное и экологичное дорожное покрытие из пластика, которое можно при повреждении просто перерабатывать и раскладывать повторно —  цикл производства замкнутый, и в этом уникальность проекта.

Немаловажно и то, что изготавливать дорожные сегменты можно на месторождении, сократив тем самым затраты на доставку сырья. Производство почти полностью автоматизировано, что значительно упрощает внедрение технологии.

У «Океанпластстроя» есть еще одна перспективная идея, которая пока находится в стадии разработки. Инженеры создают композитный раствор, из которого можно будет «печатать» материалы для возведения складов, ангаров и покрытия площадок. Материал специально разрабатывают таким, чтобы по прочности он был сопоставим с бетоном, но чтобы его можно было использовать на севере страны. И тоже из раза в раз перерабатывать.

По оценке создателей, через три года они смогут перерабатывать 2000–3000 т пластика в год и производить более 200 км дорог. На разработку второй технологии —  композитного раствора —  они отводят 10–20 лет. Зато в результате получится дешевый и прочный материал для строительства даже при низких температурах.

Эти технологии пригодятся для разработки новых месторождений. Но старые тоже ставят интересные задачи.

Магнитная система:

разделение воды и нефти

Соотношение воды и нефти в скважине называют обводненностью. Большое количество воды —  высокая обводненность —  является одной из основных проблем, связанных с добычей нефти. Вода ограничивает продуктивный срок службы пласта и создает немало других сложностей. Особенно остро эта проблема стоит на месторождениях, которые вступают на позднюю стадию разработки , когда обводненность повышается.

Постоянное смешивание нефти с водой провоцирует образование водонефтяных эмульсий, которые в процессе обработки нужно разрушать. И это всегда комплекс методов.

Эффективное и простое решение, представленное на фестивале HSE Fest, нашла Яна Чайкина из Высшей школы экономики. Она разработала конструкцию из высокоэнергетических постоянных магнитов, которая повышает эффективность процесса разделения на 43%. Расположенные определенным образом вдоль трубы блоки создают «объемное магнитное поле, которое препятствует рассеиванию силовых линий вдоль движущегося потока водонефтяной эмульсии». У разработки есть и другие плюсы: экологичность, нетребовательность в плане обслуживания и долгий срок эксплуатации (более десяти лет).

Бронирующая оболочка

Водная фаза

Газовая фаза

Это, конечно, довольно узкоспециализированная разработка, но касается она привычного нам источника энергии —  нефти. Не стоит забывать и про новые источники энергии. В частности, про водород.

хранение водорода

Одна из трех проблем использования водорода —  его хранение. Как вы помните со школьных уроков химии, водород —  простейшая молекула и поэтому самая маленькая. Настолько маленькая, что просачивается через все стали, особенно когда находится под давлением, как в баллоне. Как же тогда его хранят? Самый эффективный способ —  хранить его в абсорбированном состоянии.

Чем выше абсорбция, тем лучше. В рамках «Энерготехнохаба Петербург» Александр Никифоров, младший сотрудник лаборатории МГУ, и его коллеги разработали в научно-исследовательской лаборатории материал, который хранит в восемь раз больше водорода при том же давлении. Их разработка —  металл-органический материал (MOF) —  представляет собой кристаллические полимерные соединения, состоящие из органических лигандов, которые связаны неорганическими мостиками. В «порах» этих соединений и хранится водород.

Материал этот дешевый, безопасный и экологичный. Экологичный, как и сама водородная энергетика. Мир постепенно переходит на более чистые источники энергии, отказываясь от нефти и нефтепродуктов. А это, конечно, затронет и производство побочных продуктов нефтяной промышленности.

бутанол из водорослей

Бутанол — вид спирта, который в основном получают при переработке нефтепродуктов. Процесс этот очень сложный. А ведь сам бутанол используют в самых разных отраслях промышленности: топливной, химической и фармакологической. И спрос на него растет на 5,9% в год.

Альтернативный способ получения бутанола нашел Владислав Рогозин, студент первого курса РЭУ им. Г.В. Плеханова и его коллеги из проекта ButaCorp. На базе «Энергоклуба» они разработали технологию, задействующую  водоросли и бактерии. В процессе всего четыре этапа: выращивание водорослей, разрушение их клеток для доступа бактерий, активное поедание бактериями водорослей и очищение полученного бутанола.

Культивирование — выращивание водорослей в лаборатории

Разрушение клеток водорослей для «подсаживания» бактерий

Сбраживание — бактерии потребляют углеводы и выделяют растворители

Получение и очищение бутанола

Работа с водорослями и другими живыми организмами —  очень перспективное направление рынка биотехнологий, но в России оно только начинает развиваться, поэтому такие проекты вызывают большой интерес.

У технологии ButaCorp есть еще один важный побочный эффект: водоросли поглощают большое количество углекислого газа. Это важно для компаний в свете планов по введению штрафов или налогов за углеродный след. С помощью таких биотехнологий они в скором будущем получат возможность полностью обновить свое производство и сделать его экологичным. Есть и другой путь, не требующий таких масштабных изменений. А именно — более эффективная очистка выбросов. Эту задачу решает следующая разработка.

очистка выбросов CO₂

До конца этого десятилетия планируется существенно снизить углеродный след, поэтому многие компании будут вынуждены платить за лишние выбросы CO₂. Поэтому растет спрос на эффективные методы очистки выбросов от парниковых газов и CO₂ в частности. По прогнозам, ущерб для российских компаний-экспортеров в ЕС из-за углеродного регулирования составит 3–5 млрд долларов в год.

Значительно повысить интенсивность очистки выбросов и при этом уменьшить размер аппарата для очистки удалось Андрею и Александру Утёмовым из стартапа «Роторно-дисковые технологии». Они разработали роторно-дисковый аппарат высотой 2 м. Это на порядок меньше распространенных на рынке колонных аппаратов. По оценке создателей, себестоимость очистки будет меньше 30 долларов за тонну извлеченного CO₂, а сроки реализации проектов по очистке дымовых газов сократятся с годов до недель.

Сейчас команда работает над выходом на реальный производственный объект, а также над масштабированием технологии на все отрасли.

Проблема изготовления и замены сложных деталей есть во многих областях. Этой задаче тоже нашлось подходящее решение.

Вход газа

Вход газа

Выход жидкой фазы

Выход газа

Роторно-дисковый абсорбер

Колонна аналог

ArcFusion:

3D-печать для машиностроения

Технологии 3D-печати ранее использовали пластик, но уже давно перешли на другие материалы. Одно из самых перспективных направлений — печать металлами.

Именно такой принтер разработал Алексей Сухачев и его команда. ArcFusion  —  это система аддитивного производства металлических изделий. По сути, это металлический 3D-принтер, который совмещает функции наплавки и механической обработки (фрезеровки)  —  в этом уникальность технологии. Уже создан прототип, который может изготавливать детали до 100 кг при производительности до 5 кг/час. Принтер печатает алюминиевыми, никелевыми, титановыми сплавами и нержавеющей сталью.

Если требуется изготовить прототип изделия или небольшую партию нестандартных изделий, то напечатать гораздо быстрее и дешевле, чем произвести традиционным способом — с отливкой и штамповкой. При этом качество будет сопоставимым. С помощью 3D-принтера можно и восстанавливать металлические изделия.

Это яркий пример успешного стартапа с работающим прототипом, к которому уже выразили интерес компании. Цель «Энерготехнохаба Петербург» —  ускорить разработку и внедрение таких проектов.

«Энерготехнохаб Петербург»

«Энерготехнохаб Петербург» — это экосистема для решения технологических задач в энергетике. Проект запущен в 2019 году по инициативе Правительства Санкт-Петербурга и компании «Газпром нефть» в партнерстве с АНО «Агентство по технологическому развитию», ПАО «Татнефть», АНО «Центр Арктические инициативы» и компанией «Яндекс». К проекту уже присоединилось более 350 резидентов из 25 регионов России, а также из Бельгии и Австрии. Это компании, ученые, институты и отдельные изобретатели, которые участвуют в решении актуальных технологических вызовов для крупнейших игроков отрасли. Ознакомиться с задачами и присоединиться к проекту можно на сайте.

Подписывайтесь на социальные сети

На правах рекламы, 16+