«Зеленый гигант»: Инновационная разработка МФТИ для экологичной горнодобычи
Ученые Московского физико-технического института (МФТИ) разработали комплексный проект экологически чистого карьерного самосвала и необходимой для него водородной заправочной инфраструктуры. Результаты этой работы были представлены на 12-й Всероссийской конференции «Топливные элементы и энергоустановки на их основе» и опубликованы в ее сборнике трудов.
Предполагаемый внешний вид водородного самосвала.
Для устойчивого развития горнодобывающей и металлургической отраслей критически важна новая карьерная техника, особенно самосвалы. Модернизация таких машин направлена на увеличение их грузоподъемности и переход от гидромеханических трансмиссий к электромеханическим.
Трансмиссия — это система, передающая механическую энергию от двигателя к колесам, механизму подъема кузова и другим рабочим узлам самосвала. В отличие от гидромеханической трансмиссии, где энергия передается потоком жидкости, в электромеханической используется электромагнитное поле. Этот подход обеспечивает широкие возможности для регулирования крутящего момента двигателя и тяговой силы, что значительно улучшает комфорт и безопасность эксплуатации транспортного средства.
Еще одним важным преимуществом модернизации является повышение экологического класса самосвалов. Экологический класс определяется содержанием вредных веществ в выхлопных газах, таких как углеводороды, соединения серы, оксиды углерода и азота, а также твердые частицы. Количество этих продуктов сгорания напрямую зависит от типа используемого топлива.
Перевод самосвалов на водородное топливо является одним из наиболее перспективных инженерных решений. При сгорании водород превращается в водяной пар, выделяя около 120 МДж/кг энергии. Для сравнения, аналогичные реакции с дизелем или сжиженным природным газом выделяют почти в три раза меньше тепла.
Учитывая, что Белорусский автомобильный завод (БелАЗ) является ведущим мировым производителем крупнейших карьерных самосвалов и ключевым поставщиком такой техники для России, ученые МФТИ взяли продукцию БелАЗа за основу. На ее базе был разработан проект карьерного самосвала с электромеханической трансмиссией, работающего на водородном топливе.
Предполагаемый вид опытного образца карьерного самосвала на водородном топливе БелАЗ.
В течение текущего и следующего годов планируется изготовить и протестировать опытный образец. Самосвал БелАЗ-7530 будет оснащен генератором энергии на базе топливных элементов общей мощностью около 1 МВт, а также аккумуляторными батареями и суперконденсатором. Суперконденсатор — это электрохимическое устройство, способное быстро заряжаться и разряжаться, что позволит эффективно аккумулировать энергию при высоких токах и обеспечивать ею электрооборудование самосвала, работающее в импульсном режиме.
Водородное топливо для таких самосвалов предполагается получать методом электролиза воды, то есть разложением ее на водород и кислород под действием электрического тока. Кроме того, ученые предусмотрели возможность использования отходящего газа металлургического производства в качестве источника водорода, после его улавливания и очистки. Заправка самосвалов будет осуществляться на специализированных водородных автозаправочных станциях, где водород будет компримироваться под высоким давлением и закачиваться в баллоны.
«Увеличение грузоподъемности карьерных самосвалов позволяет задействовать в работе меньшее число техники и водителей, — пояснил Юрий Васильев, генеральный директор инжинирингового центра “Автономная энергетика” МФТИ. — Вместе с тем возрастают потери за каждый час простоя самосвала на ремонт или обслуживание».
«Применение нашего инженерного решения для перевода карьерной техники с дизеля на водород снизит профессиональную заболеваемость работников горно-обогатительного комбината, а также увеличит межремонтный интервал и эффективность эксплуатации транспортных средств, — добавил Владислав Карасевич, директор по научной работе инжинирингового центра “Автономная энергетика” МФТИ. — Заправлять технику планируется низкоуглеродным водородом, который будут получать из отходящего газа металлургического производства, и, по нашим оценкам, такое топливо конкурентоспособно».
Производство самосвалов с нулевыми выбросами вредных веществ и одновременное создание соответствующей заправочной инфраструктуры позволит сократить затраты на вентиляцию карьеров, улучшить экологическую обстановку в районах их расположения и значительно повысить условия труда шахтеров.
