Водородная энергетика: Высшее образование

№8, 11 мая, 2022 г. ДАЙДЖЕСТ Водородная энергетика: Высшее образование Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2022 г.

\"Наш регион, располагающий огромными ресурсами возобновляемой энергии, имеет большие возможности для развития \"зелёной экономики\"\" Президент Республики Узбекистан Ш.М. Мирзиёев “Дайджест: Водородная энергетика: Высшее образование” - Т.: 2022. С.16. \"Дайджест: Водородная энергетика: Высшее образование\" подготовлен Научно-техническим центром при Министерстве Инновационного развития Республики Узбекистан. Коллектив авторов: Технический редактор: Абдурахмoнов И.Ю. Райимжанов Х.Г. Турдикулова Ш.У. Абдувалиев А.А. Райимжанов Х.Г. Анваров А.А. © Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан, 2022 г. 2

Водородная энергетика: Высшее образование Энергетический переход продолжается, и мир пытается решить энергетическую трилемму: как мы можем обеспечить доступную, надежную и экологически ответственную энергию для всех? У этой сложной задачи нет единого решения; но водород является ключевым компонентом наиболее вероятных сценариев устойчивой энергетики, при этом для глобальной энергетической системы прогнозируется десятикратный рост, который увеличится менее чем в два раза в течение следующих 30–50 лет [1]. Переход к системе возобновляемых источников энергии — это не только технологическая задача, но и социальная. Чтобы иметь возможность оценить различные варианты информированным образом, широкая общественность должна иметь базовое понимание затрагиваемых вопросов [2]. В связи с этим, в странах мира, ориентированных на возобновляемые источники энергетики, в том числе водород, функционируют учебные заведения, которые готовят специалистов в данной области. Стоит отметить, что возможность ознакомиться с данной специальностью предоставляют не только в вузах, уже в школах детям дают представление о том, что такое альтернативные источники энергии, в частности, водород, в каких сферах их целесообразно применять, какие преимущества и последствия для окружающей среды они представляют. Таким образом, уже с ранних лет детям закладывают фундамент знаний о водородной энергетике, и если в будущем они и не будут задействованы как специалисты в данной сфере, то как минимум научатся осознанному и рациональному потреблению энергии. 3

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике Aalborg University (Университет Ольборга) в Дании предлагает специализацию в топливных элементах и водородных технологиях, которая охватывает моделирование энергетических систем, тепло- и массообмен, технику управления и экспериментальную работу. Студенты также узнают о различных компонентах, связанных с водородом и топливными элементами, и аспектах энергетической системы [3]. В университете доступны отличные лаборатории, поэтому у студентов есть возможность создавать и использовать технологии на основе топливных элементов в реальных условиях. Сферы изучения: − Проектирование, моделирование и оптимизация энергетических систем, используемых в различных приложениях по производству энергии с использованием топливных элементов и водородных технологий, включая различные технологии преобразования энергии в топливо и энергии в газ; − Работа, функциональность и взаимодействие между различными компонентами, используемыми в системах производства топливных элементов и водорода; − Развитие аналитических навыков в области системной интеграции в отношении эффективности системы и инженерных аспектов управления энергетическими системами на топливных элементах; − Создание и эксплуатация технологий на основе топливных элементов в лаборатории и в реальных условиях; − Практическая реализация и внедрение систем топливных элементов, особенно в отношении инновационных аспектов, бизнес-планирования и финансовых соображений. 4

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике Специализация в области топливных элементов и водородных технологий дает глубокое понимание технологий систем топливных элементов, а также производства и хранения водорода. Программа является междисциплинарной, объединяя общие инженерные дисциплины, такие как тепловые системы, гидродинамика, техника управления и электротехника. Исследования водородной энергетики – одна из важных тем в University of Pennsylvania (Пенсильванском университете). Многие преподаватели, сотрудники и студенты Пенсильванского университета вместе с коллегами в промышленности и в национальных лабораториях занимаются хранением, производством и использованием водорода. Они изобретают новые одородные технологии и вносят свой вклад в развитие водородной инфраструктуры в Пенсильвании, США и в различных местах по всему миру [4]. 5

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике Следующие курсы, предлагаемые в университете, охватывают концепции, связанные с водородом, энергией и топливными элементами: − Энергия и окружающая среда; − Энергосбережение и защита окружающей среды; − Нефть: международная эволюция; − Водород и топливные элементы − Химия топлива. Например, курс «Водород и топливные элементы» охватывает фундаментальные принципы электрохимической инженерии, производства и хранения водорода, а также проектирование и применение основных типов топливных элементов. Основная цель курса — помочь учащимся понять фундаментальные принципы электрохимии, производства и хранения водорода из биомассы и ископаемого топлива, а также конструкции и работы различных типов топливных элементов [5]. Студенты данного курса начинают обучение с электрохимии и электрохимических инженерных систем, включая топливные элементы. Далее рассматриваются химические и биохимические методы производства водорода для топливных элементов, а также современные технологии хранения водорода 6

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике Ожидается, что студенты смогут применить свои знания и понимание в анализе систем топливных элементов. Также учащиеся смогут различать конструкцию, работу, преимущества и недостатки различных типов топливных элементов. Это элективный курс для инженеров- энергетиков. Он дополняет обязательный курс по электрохимическому преобразованию энергии в учебной программе по энергетике [6]. University of Birmingham (Университет Бирмингема) – предлагает курс «Водород, топливные элементы и их применение», обеспечивающий систематические знания о водороде, топливных элементах, включая разработки и проблемы в данной области [7]. Курс состоит из 120 учебных кредитов, которые обычно включают 12 модулей, преподаваемых в однонедельных блоках. Модули были тщательно разработаны, чтобы дать прочную основу для тех аспектов топливных элементов и водородных технологий, которые наиболее важны для промышленности и текущих исследований в этой области. Помимо этого, студент должен взять на себя исследовательский проект на 60 кредитов, который позволит глубоко и целенаправленно взглянуть на конкретную область, проводя передовые исследования, поддерживаемые ведущими учеными в области технологии топливных элементов. В ходе этого проекта студенты получают основательную подготовку в экспериментальной и теоретической исследовательской работе. 7

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике Научные исследования университета оценены на высоком международном уровне. − Научные исследования университета оценены на высоком международном уровне. курс демонстрирует захватывающее будущее водорода, топливных элементов и их применение в мире с нулевым уровнем выбросов и исследует проблемы, связанные с передовыми технологиями топливных элементов, поскольку организации все чаще стремятся коммерциализировать или развивать существующие продукты (от автомобилей до генераторов); − курс объясняет, как топливные элементы могут играть ведущую роль в глобальной энергетической устойчивости таким образом, чтобы это было наиболее выгодно для человечества; − курс поддерживает предпринимательский дух благодаря основанию трех дочерних компаний по производству водорода и топливных элементов; − высококачественное обучение в высшей школе REF School ведущими учеными в области топливных элементов и водородных технологий; − студенты становятся частью крупнейшего академического исследовательского сообщества в области технологий топливных элементов в Великобритании [8]. 8

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике Хьюстонский университет (University of Houston) - интерактивная образовательная онлайн-программа университета дает представление о технологиях, экономике, политике, бизнес-факторах и барьерах в водородной энергетики как в краткосрочной, так и в долгосрочной перспективе. В программе рассматриваются производство, транспортировка, безопасность, использование и коммерческие возможности водорода, а также применение водорода на суше и в море [9]. В программе рассматриваются производство, транспортировка, безопасность, использование и коммерческие возможности водорода, а также применение водорода на суше и в море [9]. Кульминацией программы «Водородная экономика» является завершающий проект. Проект основан на разработке и защите бизнес-плана запуска и коммерциализации предприятия по производству чистого водорода. При этом необходимо продемонстрировать знание принципов, изучаемых на курсе. Учащиеся должны провести дополнительные независимые исследования для конкретного типа бизнес-модели, развертывания технологии и выбранного местоположения. Учащиеся могут работать индивидуально или формировать команды для оценки своих идей, а затем представлять их классу и жюри. Например, в 2021 году были выделены следующие успешные проекты: Городские центры обработки данных H2; Централизованное производство чистого H2 в Техасе; Система твердооксидного реактора; Видение низкоуглеродного водородного узла в Хьюстоне. 9

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике Университет Кюсю (Kyushu University) занимает 124 место рейтинге QS. В университете функционирует Кафедра водородных энергетических систем — это уникальная образовательная кафедра, которая предлагает образование в области науки и техники, связанное с водородной энергетикой и окружающей средой. Ожидается, что выпускники университета, как инженеры и исследователи, проложат путь к построению низкоуглеродного общества [10]. Никакие энергетические системы не могут быть спроектированы без машиностроения. Однако, поскольку водород производится и используется путем преобразования энергии, необходимо также понимание процессов химических реакций. Также необходимо понимать Конструкцию широкого спектра материалов, включая металлы, полимеры и керамику, используемые в энергетических системах. Кроме того, требуется знание техники безопасности, поскольку жизненно важно добиться общественного признания водородной технологии. Образовательная цель кафедры водородных энергетических систем - помочь студентам понять материалы, процессы и технику безопасности на основе машиностроения, а также понять и спроектировать машины и устройства для водородной энергетики как системы, посредством передовых исследований в области междисциплинарной энергетики. После завершения программы большинство выпускников становятся профессиональными инженерами, работающими в частных компаниях, государственных исследовательских учреждениях и университетах. 10

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике Области научных исследований института: Системы утилизации водорода − Процессы утилизации водорода; − Системы топливных элементов; − Процессы производства водорода; − Усовершенствованная водородная энергетическая система. Системы хранения водорода − Системы хранения водорода. Прочность водородных материалов и конструкция машин − Механика твердого тела; − Трибология; − Передовые водородные материалы. Водородная терможидкостная инженерия − Физика теплоносителя; − Реактивная газовая динамика. 11

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике В Национальном исследовательском ядерном университете \"МИФИ\" (НИЯУ МИФИ) изучением наиболее важных проблем водородной энергетики занимаются сразу несколько лабораторий. Актуальные задачи решают не только ученые, но и студенты. Например, студенты участвуют в решении ряда проблем, связанных с производством, накоплением и детектированием водорода. В подготовке новых кадров активное участие принимают действующие высококвалифицированные ученые. По словам заместителя директора Института лазерных и плазменных технологий (ЛаПлаз) НИЯУ МИФИ Светланы Генисаретской, студенты действительно вращаются в научной среде. Уже на младших курсах обучения они активно участвуют в работе исследовательских лабораторий и начинают работать вместе с учеными, которые не просто взаимодействуют с обучающимися в рамках водородной тематики, а делятся всеми своими знаниями [11]. На первых курсах студенты изучают вопросы общей физики и высшей математики. Попадая в научный коллектив на третьем курсе, они плавно начинают свой путь исследователя: от изучения специальной литературы, отчетов и презентаций к экспериментам и работе с водородом и оборудованием. Будущих специалистов обучают всему, что должен уметь исследователь: чертить, конструировать, обслуживать приборы, работать с электроникой, проводить эксперименты и автоматизировать процессы. 12

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике \"Сейчас мы заканчиваем работу над большой экспериментальной установкой стоимостью около 30 миллионов рублей. Студенты и научные сотрудники собирают ее уже второй год. В дальнейшем на ней будут проводить эксперименты по соосаждению водород- активных металлов в атмосфере водорода\", – рассказал доктор физико-математических наук, профессор кафедры \"Физика плазмы\" НИЯУ МИФИ Александр Писарев. Как уже было отмечено выше, в мире назрела необходимость как можно шире распространить знания о водородной энергетике. Для этого, в некоторых странах запускаются программы и проекты даже для детей младшего возраста. Например, FCHgo — это проект, финансируемый ЕС, направленный на распространение знаний о топливных элементах и водородных технологиях в школах и за их пределами. FCHgo поддерживает ориентированное на практику и целостное научное образование, пробуждая интерес учащихся к возобновляемым источникам энергии [12]. Проект мотивирует учителей, учеников и их родителей исследовать и узнавать больше о потенциале водорода с помощью вдохновляющих и практических занятий. 13

Учебные заведения, подготавливающие специалистов по водородной энергетике FCHgo предлагает инструментарий школам пяти стран, представленных партнерами проекта – Дании, Германии, Италии, Польши и Швейцарии. Инструментарий состоит из шести специальных уроков по возобновляемым источникам энергии и водороду с использованием игр, рассказов, ролевых игр и экспериментальных наборов для визуализации сложных энергетических процессов, и многочисленных видов использования водорода. FCHgo также стимулирует инновации среди школьников, запустив ежегодный общеевропейский школьный конкурс, на котором были награждены самые инновационные водородные приложения, разработанные учениками. Первый конкурс прошел весной 2020 года. Участвующие в нем школьники смогли применить свои знания на практике, изучить возможности водорода и посоревноваться в изобретательских способностях [13]. 14

Источники 1. The hydrogen economy program // https://uh.edu/uh-energy/sed- program/hydrogen/ 2. Bringing hydrogen energy to the classroom // https://www.energy.dtu.dk/english/news/2019/03/teaching-school-kids- about-hydrogen-and-fuel-cells?id=5f28b1ed-81e4-477c-a0ac-9935bd17fd62 3. Fuel cells and hydrogen technology // https://www.en.aau.dk/education/master/energy- engineering/specialisations/fuel-cells-and-hydrogen-technology/ 4. Hydrogen Energy Research at Penn State // https://h2e.psu.edu/ 5. Hydrogen, Energy, and Fuel-Cell Related Courses // https://h2e.psu.edu/hydrogen-energy-and-fuel-cell-related-courses/ 6. EGEE 420: Hydrogen and Fuel Cells 3 Credits // https://bulletins.psu.edu/search/?scontext=courses&search=egee+420&cat url=%2Fundergraduate 7. Hydrogen, Fuel Cells and their Applications MRes // https://www.birmingham.ac.uk/postgraduate/courses/combined/chemical- engineering/hydrogen-fuel-cells-mres.aspx 8. Fuel Cell and Hydrogen Technologies Masters/MSc // https://www.birmingham.ac.uk/postgraduate/courses/taught/chemical- engineering/fuel-cell-hydrogen-technologies.aspx 9. The Hydrogen Economy Information Session // https://uh.edu/uh- energy/sed-program/hydrogen/ 10. Department of Hydrogen Energy Systems // https://www.eng.kyushu- u.ac.jp/e/g_hydrogen.html 11. Новый \"космос\": кто изучает водородную энергетику в России // https://na.ria.ru/20211021/mifi-1755364507.html 12. FCHGO, FUEL CELLS HYDROGEN EDUCATIONAL MODEL FOR SCHOOLS // http://www.scientix.eu/web/guest/projects/project-detail?articleId=943409 13. Bringing hydrogen energy to the classroom // https://www.energy.dtu.dk/english/news/2019/03/teaching-school-kids- about-hydrogen-and-fuel-cells?id=5f28b1ed-81e4-477c-a0ac-9935bd17fd62 15

Центр научно-технической информации при Министерстве инновационного развития Республики Узбекистан Ташкент - 2022 г.