Нетрадиционные традиционалисты

С этого года организаторы самой престижной российской премии изменили сложившийся за шестнадцать лет номинационный расклад конкурса: раньше претенденты пропускались через довольно сложную балльную схему отборочного сита независимо от внутриотраслевой специализации; теперь же победителей определяют по трем номинациям: «Новые способы применения энергии», «Нетрадиционная энергетика» и «Традиционная энергетика». Что касается последней, ни один из ученых, включая четверых российских, попавших в шорт-лист и работающих в области традиционной энергетики, в лауреатский список не прошел. Отметим, впрочем, что награжденных отнесли к номинациям вполне условно, каждый из них больше известен по работам в области технологий «традиционной» энергетики

Блобьерговские преобразователи

«Нетрадиционалист» датчанин Фреде Блобьерг, известный эксперт в области силовой электроники, получит награду «За выдающийся технический вклад в развитие интеллектуальных систем управления для широкого использования ВИЭ». В сфере научных интересов доктора Блобьерга силовая электроника, статические преобразователи электроэнергии, электроприводы переменного тока, моделирование силовых полупроводниковых устройств, качество электроэнергии, ветряные турбины, специальные системы электропитания, надежные и экологичные инверторы. В 1990-е он сделал ряд изобретений в области технологий приводов с регулируемой скоростью вращения ротора, и сегодня они штатно применяются в ветряных турбинах и позволяют рационально вырабатывать электроэнергию, что экономит компаниям десятки миллионов долларов в год. Такие приводы находят применение и в промышленной автоматизации. 

Эти находки — логическое продолжение разработок оптимальных с точки зрения энергетики систем управления для асинхронных, индукторных реактивных двигателей, двигателей с постоянными магнитами — самых грандиозных по влиянию на мировую экономику достижений доктора Блобьерга и его коллег из других стран, занимавшихся этой проблематикой в области электротехники. В свое время коммерциализация подобных инноваций повысила КПД повсеместно используемых электродвигателей на 15–20% с соответствующим снижением энергопотребления по сравнению со стандартными методами управления. Найдя применение в коммерческих приводах с частотным регулированием датских Danfoss и Grundfos, превративших эти датские компании в глобальные, а позже и в десятках других по всему миру, они привели к экономии десятков миллиардов долларов для потребителей такой техники за счет энергосбережения и увеличения ресурса двигателей.

Фреде Блобьерг, известный эксперт в области силовой электроники

Фреде Блобьерг принимал участие более чем в пятидесяти научно-исследовательских проектах производственных компаний. Результаты его исследований использовали корпорации ABB, Grundfos, Danfoss, Vestas, Game-sa, KK-Electronic, Fuji, Mitsubishi, Rockwell Automation, Sanken и многие другие. Он самый цитируемый автор среди ученых всех инженерных дисциплин в мире. В 2017 году Times Higher Education определила его как самого цитируемого и успешного исследователя в мире в области техники.

Признание достижений Фреде Блобьерга и его команды из возглавляемого им Центра отказоустойчивой силовой электроники (CORPE, Center of Reliable Power Electronics) при Университете Ольборга выразилось в десятках престижных наград мирового уровня, полученных как раз за коммерческое внедрение новых концептуальных методов обеспечения надежности силовой электроники для электроэнергетики в целом, а не только для ВИЭ. 

Тем не менее ученый из Дании получает свою награду от «Глобальной энергии» в области силовой электроники в привязке именно к возобновляемым источникам энергии. Что бы ни говорили адепты ВИЭ, главным слабым местом таких источников, прежде всего фотоэлектрических и ветряных электростанций, остается нестабильная, варьируемая в широком диапазоне по мощности выдача энергии в «традиционные» электросети. Общий мировой вклад таких станций уже превышает 1000 гигаватт установленной мощности (что сопоставимо, к примеру, с установленной мощностью электростанций всех типов в США) и продолжает быстро расти. Но это ведет и к значительному увеличению капитальных вложений в инфраструктуру региональных и национальных энергосистем в целом. Блобьерговские преобразователи снижают себестоимость электроэнергии, вырабатываемой солнечными и ветровыми станциями, одновременно повышая надежность самих генераторов при их интеграции в электросети. В результате растет стабильность функционирования всей энергосистемы, а значит, и других включенных в нее технологических элементов.

Самый цитируемый аккумуляторщик

Вторым лауреатом «Глобальной энергии» в номинации «Новые способы применения энергии» назван американец марокканского происхождения Халил Амин. Награда присуждена ему с формулировкой «За вклад в развитие технологии эффективного хранения энергии».

Доктор Амин — самый цитируемый в мире научный деятель в области аккумуляторных батарей, ему принадлежит 187 международных патентов, заявок на патенты и изобретений. С 1998 года ученый возглавляет Программу развития технологий аккумуляторных батарей департамента химических наук и инженерии Аргоннской национальной лаборатории — старейшего национального исследовательского центра министерства энергетики США, где он отвечает за НИОКР в области перспективных материалов и аккумуляторных систем для электромобилей, электроэнергетики, спутников, военной и медицинской промышленности.

Халил Амин — самый цитируемый в мире научный деятель в области аккумуляторных батарей

Халил Амин руководил созданием новых катодов и анодов для литий-ионных батарей, участвовал в разработке новых жидкостно-полимерных электролитных систем, литий-кислородных, литий-серистых, натрий-ионных аккумуляторов, а также в других исследованиях. Разработанные им аккумуляторные элементы применяются многими корпорациями: BASF, Envia, LG Chemical, Microvast, Samsung Chemical, TODA, Umicore.

Главным достижением ученого считают разработку катода NMC (пятивольтный шпинельный катод LiNi_0.5Mn_1.5O₄), который имеет сложную структуру, повышающую его продуктивность и стабильность в условиях высокого напряжения. Катод получил название «концентрационный катод с полным градиентом», после публикации соответствующей статьи в журнале Nature Material, доработки и коммерциализации в стартап-компании, организованной ученым в 2012 году, был лицензирован сразу несколькими крупными предприятиями по производству аккумуляторных батарей и автомобилей и сейчас широко используется в батареях электромобилей BMW I3 и I8, Chevy Bolt и Chevy Volt General Motors, Nissan Leif, Ford, Toyota и Hyundai и некоторых китайских автопроизводителей.

В 2016 году доктор Халил научно и экспериментально обосновал возможность создания новой так называемой супероксидной системы аккумуляторов, которая способна накапливать в пять раз больше энергии по сравнению с традиционными литий-ионными батареями. В результате исследований, обобщенных в публикации, вышедшей в Nature Journal, на свет появился новый материал для электродов. На его поверхности вместо пероксида формируется гидроокись лития, легко расщепляемая на составные части: литий, кислород и водород. Последующее формирование супероксида лития происходит за счет вкрапления иридиевых наночастиц на поверхность электрода. Со временем такая технология позволит создать замкнутую систему литий-воздушной аккумуляторной батареи, которой не будет требоваться поступлений кислорода из окружающей среды, что сделает такие источники энергии более безопасными, надежными и эффективными. Открытие Амина дало толчок новому витку исследований, направленных на повышение энергетической плотности аккумуляторных батарей и снижение издержек, что должно привести к резкому росту числа электромобилей в будущем.

Коллеги считают, что за два десятилетия Халил Амин построил выдающуюся карьеру исследователя и разработчика батарей и провел новаторские исследования в области хранения электрической энергии. Его работы привели к открытию высокоэнергетических и мощных катодных материалов. Он также возглавил разработку нового класса органических молекул, которые значительно повысили устойчивость к окислению при высоких напряжениях. Технологии доктора Амина уже сегодня меняют архитектуру энергосистем и еще более серьезно изменят ее в будущем, облегчая решение проблемы выравнивания графиков нагрузки. Это приведет к серьезному сокращению выбросов углекислого газа в атмосферу, к улучшению состояния окружающей среды и к повышению эффективности использования энергетических ресурсов.