Жаффри Холл Баллард: Сутегі таңбалы жаңа технологияның әкесі

Кіріспе

Канадалық геофизик және бизнесмен Джеффри Эдвин Холл Баллард, CM, OBC (16 қазан 1932 – 2 тамыз 2008) – канадалық геофизик және бизнесмен. Ішкі жану қозғалтқышын алмастыруды ұзақ жылдар бойы қолдаған, 1979 жылы Баллард протондар алмасу мембраналық отын жасушасының (PEM) коммерциялық қолданыстарын дамыту үшін, кейіннен Баллард Энергия Жүйелері болып белгілі болған компанияны құрды. Ол бүкіл әлемде отын жасушалары индустриясының әкесі ретінде танылды.

Ерте өмір және білім

Баллард Онтарионың Ниагара шарлауығында, Йорктегі Роунтри әулетінен Джесси Маргарита Милдред пен Нью-Йорк штатының Стейтен аралынан Арчибальд Холл Баллардтың отбасында дүниеге келді. Оның әкесі Торонто университетінде электрохимиялық инженерияны оқыды, кейін радиация саласында маманданды. Ол Карборунд корпорациясында жұмыс істеген кезде зертхана директоры кемеден құлап, Ниагара шарлауығына ағысып кетті, соның салдарынан Арчибальд Баллард 40 жасына толмай-ақ зертхана директоры болып тағайындалды. Ол Екінші дүниежүзілік соғыстың көп бөлігін Теннесси штатының Оук Ридж қаласында атом бомбасын жасаумен өткізді. Ниагара шарлауығындағы орта мектепті бітіргеннен кейін Баллард Онтарионың Кингстон қаласындағы Куинс университетінде геологиялық инженерияны оқыды. Онда ол болашақ әйелі Шелахпен танысып, 1956 жылы үйленді және бір жылда бітірді. Баллард Альбертадағы Shell Oil компаниясында атпен барлау тобын басқаруға орналасты. Shell компаниясынан Mobil Oil компаниясына ауысып, әлемді аралап, барлау сапарларында болды. Осы сапарлар барысында оның кеңестері көбінесе ескерілмеді, себебі ол "тек" BSc (1950 жылдары бұл жеткілікті қиындық тудыратын), және мұндай жағдайлардың бірнешесінен кейін ол өнеркәсіптен кетуге және Сент-Луистегі Вашингтон университетінде жер және планеталық ғылымдар бойынша докторлық диссертациясын қорғауға шешім қабылдады. 1963 жылы докторлық дәрежесін алғаннан кейін Баллард АҚШ армиясында азаматтық қызметкер болып жұмыс істеді, микротолқынды байланыс саласында маманданып, Гренландиядағы мұздың астында жанармай құю резервуарларын қалай жасыруды зерттеді. Ол саяси жүйеге тез көңілі тоқты. "Энергетикалық жүйелердің дамуы ұзаққа созылады, көбінесе жиырма жыл немесе одан да көп уақыт алады, бірақ мемлекеттік қаржыны ақтау үшін өнім бес-жеті жылдың ішінде нәтиже беруі керек. Саяси циклдар қайта сайлаумен байланысты, сондықтан саясаткерлер ақшаны басқа ұрпақтар үшін іске асырылатын жүйелерге салуға құштар емес еді. Сіз жоспарды жібердіңіз, олар оны қиып-жонып, өзгертті." Келісімшарт аяқталған соң, ол жұмыстан кетіп, өз жолын іздеуге бел буды.

Ballard was born in Niagara Falls, Ontario, to Jessie Marguerite Mildred of the Rowntree's family in York and Archibald Hall Ballard of Staten Island, New York. His father studied electrochemical engineering at the University of Toronto and later specialized in the area of radiation. He was working at Carborundum Corporation when the lab director fell overboard from a boat during a party and was washed over Niagara Falls, so Archibald Ballard was promoted to lab director at a relatively young age in his mid 40s. He spent most of World War II at Oak Ridge, Tennessee, working on the atomic bomb. After high school in Niagara Falls, Ballard attended Queen's University in Kingston, Ontario, studying geological engineering. Here he met his future wife, Shelagh, and they married and graduated the same year, in 1956. Ballard secured a position at Shell Oil in Alberta, leading exploration teams on horseback. He left Shell for Mobil Oil and travelled around the world on exploration trips. During these trips his advice was often ignored as he was "only" a BSc (difficult enough in 1950s), and after several such incidents he decided to leave industry and pursue a doctorate in earth and planetary sciences from Washington University in St. Louis. After earning his PhD in 1963, Ballard worked as a civilian for the U. S. Army, specializing in microwave communications and studying how to hide refueling tanks under the ice in Greenland. He quickly grew disillusioned with the political system. "Energy systems are notorious for their long gestation periods, often twenty years or longer, [but] there had to be a pay off in a product within five to seven years in order to justify the public money being put in. There are political cycles involving re election, so the politicians didn't want to put money into systems that were going to come to fruition in some other generation. You sent out the plans, and they hacked and cut at them." When the contract ran out, he decided to quit and strike out on his own.

Американдық энергетизатор

Ол Қорғау зерттеулер бюросында жүргізілген зерттеулердің бірі – дәстүрлі қорғасын қышқыл аккумуляторларымен жұмыс істейтін электр көліктерге қатысты. Ол мұндай көліктердің ешқайсысы да оған тиімді көрінбеді, бірақ электр жетегі болашақтың жолы екеніне сенді. 2002 жылы Discover журналына берген сұхбатында: «Бастапқы мақсатым – ішкі жану қозғалтқышын ауыстыру, оны көшеден жою» деді. Шварц пен Баллард Техас университетінің химия факультетінде Кит Пратермен танысты және оған жаңа қайта зарядталатын литий аккумулятор технологиясын бірге әзірлеу туралы ұсыныс жасады. Пратер қазіргі аккумуляторлардағы литий тұздарының реакциясының нәтижесін ешкімнің білмейтінін анықтады және бұл литий дитионит болуы мүмкін деп болжады, оны ол синтездеуге қол жеткізді. Баллард пен Шварц тіркемеде жұмыс істеп, қарапайым аккумулятор құрастырды, ал Пратер литий дитионит үлгісін әкелді. Оларды біріктіріп, зарядтағанда әлсіз ток пайда болды. Әрі қарышта дамытудан кейін жүйе шамамен он рет қайта зарядталды. Технологияны коммерциялық жобаға айналдыруға болатындай көрінетін болғандықтан, Баллард танысы Джон Хортонға одан әрі қолдау көрсетуді сұрады. Хортон Солтүстік Ванкуверде «Бен Франклин» (PX 15) кемесін мұнай барлау үшін қайта жабдықтаумен айналысып жатқан еді, және Баллард оны жаңа аккумуляторы осы мақсатқа өте жақсы сай келетініне көндірді. Хортон айына бірнеше мың доллар көлемінде қаржыландыруға келісті. Осы қолдаумен Баллард Аризонадағы тастап кетілген мотельді 2000 долларға сатып алып, оны зертханаға айналдыруға кірісті. 1977 жылға қарай аккумуляторлар жасала бастады, ал Баллард пен Пратер Аризона мен Ванкувер арасында сапарлап тұрды. Баллард әрқашан Канадаға оралуды қалаған, сондықтан Шварц аккумулятор технологиясындағы үлесін Баллардқа 1 долларға сатты, ал Баллард Шварцтың соңғы жобасындағы үлесін – механикалық құлыптағыш тежегіш жүйесін де сол 1 долларға сатып алды. 1979 жылы Баллард Ванкуверге көшіп, Ultra Energy компаниясының президенті және бас директоры болды. Канадада Ultra Energy Хортонның суасты кемесін қайта жабдықтаған ангарда орналасқан еді. 1970 жылдардың ортасына қарай қайта жабдықтау жұмыстары аяқталды, бірақ аккумулятор жоқ еді, және Хортон аккумулятор жобасына қолдауын тоқтатты. Жеке қаржыландыру алғаннан кейін, олар Firenetics компаниясымен 10 жыл сақталу мерзімі бар қайта зарядталмайтын литий аккумуляторын жеткізу келісімін жасасты. Шамамен бір жылдан кейін аккумулятор дайын болды және өндіріс Гонконгте басталмақ болғанда, Ultra таңғалып, Firenetics General Electric компаниясымен ұзақ соттасудан кейін банкротқа ұшырады. Ultra Energy төлемге қабілетсіз болып қалды.

One of the studies he had been involved in at the Conservation Research office was on electric cars powered by conventional lead acid batteries. None of these struck him as practical, but he was convinced that electric traction was the future. He told Discover magazine in a 2002 interview that "My goal from the very beginning was replacing the internal combustion engine just getting that off the streets." Schwartz and Ballard were introduced to Keith Prater at the University of Texas chemistry department, and sold him on the idea of developing a new rechargeable lithium battery technology with them. Prater was able to quickly determine that no one knew what the product of the lithium salt reactions in existing batteries were, and guessed that it was lithium dithionite, which he was able to synthesize. Working in a trailer, Ballard and Schwartz built a simple battery and Prater brought a sample of the lithium dithionite, and when they were placed together and charged, a weak current was produced. After further development the system was able to be recharged about a dozen times. With the technology looking like it could be made into a commercial enterprise, Ballard contacted an acquaintance, John Horton, to provide further backing. Horton was in the process of re fitting the Ben Franklin (PX 15) in North Vancouver for oil exploration, and Ballard convinced him that their new battery would be a perfect fit. Horton agreed to provide several thousand dollars a month in funding. With this in place, Ballard purchased an abandoned motel in Arizona for $2,000 and set about turning it into a lab. By 1977 the batteries were coming along, and Ballard and Prater were shuttling back and forth between Arizona and Vancouver. Ballard had always wanted to return to Canada, so Schwartz sold his interest in the battery technology to Ballard for $1, while Ballard sold his interest in Schwartz's latest venture, a mechanical anti lock braking system for the same $1. In 1979 Ballard moved to Vancouver and became president and CEO of Ultra Energy. In Canada, Ultra Energy operated out of the same hangar where Horton was re fitting his submarine. By the mid 1970s the refit was complete, with no battery in site, and Horton dropped his support for the battery project. After obtaining some private bridge financing, they won a contract for a non rechargeable lithium battery with a shelf life of 10 years for the fire detector company, Firenetics. After about a year the battery was ready and production was going to be started in Hong Kong, when, to Ultra's surprise, Firenetics filed for bankruptcy after a long lawsuit with General Electric. Ultra Energy was insolvent.

Баллард электр жүйелері

"Ultra Energy" командасы бірден "Ballard Research" болып қайта құрылды, тікелей "Ultra" кеңселерінің орнына көшті. Баллард мұнай өнеркәсібіндегі бұрынғы байланыстарға хабарласып, энергия активтерін диверсификациялауға қызығушылық танытқан компанияларды іздеді. Shell қызығушылық танытып, біраз уақыт компанияны қолдады, бірақ акционерлердің бірі қарсылық көрсеткен соң қолдауын тоқтатты. 1981 жылдың ортасында Amoco компанияның қайта зарядталатын бөлігін сатып алды және компанияның жергілікті қарыздарының көп бөлігін өтеді. Қарызын өтеген соң, компания технологиясын қолдану салаларын іздеуге кірісіп, Канада Қарулы Күштерімен ұзақ қызмет ететін батареяларды одан әрі дамыту бойынша келісімшарт жасады. Бұл АҚШ және Канада әскерлері үшін мыңдаған жасушалар өндіретін табысты өндіріс желісіне әкелді. Бір рет қолданылатын дизайлы сәтті болғанымен, қайта зарядталатын нұсқасы жетілмеді. 1983 жылы Баллард, Пратер және Пол Ховард аккумулятор жобасына қаражат тартылып қалғандықтан, даму бөлімі үшін жаңа идеялар іздеуді бастады. Көптеген идеялардың арасында мемлекеттік қаржыландыру алуға жасалған әрекеттер де болды, ол оларды Ұлттық қорғаныс министрлігінің (ҰҚМ) төмен құнмен қатты полимерлі отын жасушасын өндіруге арналған ұсыныс сұрауына жеткізді. Қазір PEM деп белгілі жасушалар бұрыннан тек "Gemini" жобасында және бірнеше ғарыш зерттеулерінде коммерциялық түрде қолданылған, ал "General Electric" NASA "Apollo" жобасы мен "Space Shuttle" үшін басқа отын жасушаларын дамытқаннан кейін бұл технологиядан бас тартты. Содан бері PEM жасушаларының жоғары құнын төмендетуге көптеген әрекеттер жасалғанымен, ешқайсысы коммерциялық сәттілікке жете алмады. Ол кезде компанияда ешкім отын жасушаларымен тікелей тәжірибесі болмады, ал Баллард өзі "Отын жасушасы деген не?" деп сұраған деген қаңтар бар. Электрохимия саласында мол тәжірибесі бар Пратер Нью-Мексикодағы Лос-Аламос Ұлттық зертханасына ұшып барды, онда шектеулі PEM зерттеулері жалғастырылып жатқан еді. Ол сынақ жасушаларынан бастапқы зерттеулер үшін бірнеше бөлшектерді жинап алды. Сонымен қатар Баллард келісімшартты жақсырақ түсіну үшін Оттаваға топтарды жіберді. Екі дереккөзден алынған ақпаратты пайдаланып, олар 500 000 долларлық келісімшарт жеңіп алды, ол үш прототиптік жасушаны 50-ден 150 ваттқа дейін қуатпен және 28 ай ішінде дайын болуын талап етті. Талаптарды орындағаннан кейін, олар келесі келісімшартты жеңіп алды, және осы жоба барысында 1986 жылы олар бұрынғы отын жасушаларымен салыстырғанда көлем бірлігіне төрт есе көп энергия өндіруге қол жеткізді. 1987 жылы Баллард Perry Oceanographics компаниясымен кішкентай суасты кемелері үшін отын жасушаларын жеткізу бойынша келісімшарт жасады. Сол кездегі "Mark IV" жасуша дизайлын қолдана отырып, қажетті 2 кВт көлеміндегі стекті әзірлеуде қиындықтар туғанмен, жүйе сәтті орнатылды және 1960 жылдардан бері алғашқы коммерциялық отын жасушасы жүйесіне айналды. "Mark V" жасуша дизайнына жаңарту өнімділікті күрт жақсартты, бастапқы 2 кВт модельіндей өлшемді стектен 4,1 кВт қуат берді. Ұлыбритания Корольдік теңіз флотымен келісімшарт жақын арада жасалды, бірақ Корольдік теңіз флоты толығымен ядролық қуатқа көшуге шешім қабылдағандықтан, алынған жасушалар пайдаланылмады, бірақ зерттеу келісімшарты компанияға жасушаларды жақсартуды жалғастыруға мүмкіндік берді. Бұл инженерлік үлгілерден нақты өнімдерге дейін даму ұзақ және қымбатқа соғыды. Аккумуляторлық желі жақсы жұмыс істесе де, ол өндірген пайда компанияны толығымен басқаруға жеткіліксіз болды. Баллард жаңа капитал іздеуді бастады және Ванкувердегі Ventures West венчурлік капитал компаниясының негізін қалаушы Майк Браунды тапты. Ventures West бірнеше рет қаржылай қолдау көрсетті, ал Браун компанияның табысты болуы үшін үлкен компаниялармен жұмыс істеуге бейім жаңа басшылық қажет екенін айтты. Құрылтайшылар бөтен адамды қабылдау қиын болғанымен, олар ақыры Фироз Расулды жаңа бас директор етіп тағайындады. Расул бірден даму жоспарын жасады, онда орындалуы тиіс мақсаттар мен "жоқ" немесе "иә" кезеңдері көрсетілген. Компания қайта ұйымдастырылды, аккумуляторлық бөлімі BTC Engineering-ке бөлінді, ал отын жасушалары Ballard Technologies Corp. болды. Технология коммерциялық пайдалануға дайын деп санаған Баллард 1989 жылы Британдық Колумбия үкіметінен 4 миллион доллар көтеріп, отын жасушасымен жұмыс істейтін автобус жасады және оны 1993 жылы Science World-де таныстырды. Ол автобусты әлемдегі энергия жәрмеңкелеріне алып барды, ал Daimler Chrysler және Ford жаңадан ашылған Ballard Power Systems компаниясының үштен бір бөлігін сатып алу үшін 750 миллион доллар инвестициялады. Баллард 1999 жылы Time журналына отын жасушасымен жүретін көліктер 2010 жылға қарай экономикалық тұрғыдан тиімді болады және "ішкі жану қозғалтқышы аттың тағдырына ие болады. Ол менің немерелерім үшін қызығушылық тудыратын нәрсе болады" деді, ол сутекті өндіру және тарату мәселелерімен айналысты. 2007 жылы компания Plug Power компаниясына 10 миллион долларға сатылды. 1999 жылы Time журналы оны "Планетаның батыры" деп атады. Ол 1999 жылы World Technology Network Energy сыйлығын және 2000 жылы Environment сыйлығын алды. Сондай-ақ ол Швециядағы 2000 жылы Gutenberg International Environment сыйлығын алды. Ол Канадaлық Сутек қауымдастығының төрағасы және Калифорния университетінің Көліктік зерттеулер институтының кеңесшілер кеңесінің мүшесі болды. Ол бауыр етінің ауруларынан туындаған асқынулар салдарынан Солтүстік Ванкувердегі Lions Gate ауруханасында қайтыс болды.

The main Ultra Energy team immediately re formed as Ballard Research, taking over offices directly across the street from the Ultra ones. Ballard started calling old contacts in the oil industry, looking for companies that might be interested in diversifying their energy holdings. Shell was interested and kept the company afloat for a time, but dropped their interest when one of the minority shareholders held out. In mid 1981, Amoco decided to take over the rechargeable side of the company, and paid off most of the company's local debts. Now solvent, the company quickly started looking for applications for their technology, and won contracts with the Canadian Forces to further develop their single use long life battery. This led to a successful production line producing thousands of cells for the U. S. and Canadian militaries. While the single use design was successful, the rechargeable version never matured. In 1983, Ballard, Prater and Paul Howard started looking for new ideas for their development side to work on as the funds for the battery project dried up. Among a variety of ideas were a number of attempts to find government funding, which eventually led them to a Department of National Defense (DND) request for proposals for bids to produce a low cost solid polymer fuel cell. Now known as PEM's, these cells had only been used commercially in Project Gemini and a few other space probes, and General Electric gave up on the technology when NASA moved onto other fuel cell designs for Project Apollo and the Space Shuttle. Although a number of attempts had been made to lower the high cost of PEM cells since then, none had been commercially successful. At the time, no one in the company had any direct experience with fuel cells, and Ballard himself reputedly asked "What's a fuel cell?" when the topic was first brought up. Prater, with an extensive electrochemical background, flew to the Los Alamos National Laboratory in New Mexico, where limited PEM research was still being carried out. He managed to gather a small number of parts from test cells that would provide an early start. Meanwhile, Ballard sent teams to Ottawa to better understand the contract. Armed with this information from both sources, they won the $500,000 contract, which called for them to provide three prototype cells that produced between 50 and 150 watts and be ready in 28 months. After meeting the requirements, they won a follow up contract, and it was during this project, in 1986, when they reached a milestone of producing four times as much energy per unit volume as any previous fuel cell. In 1987 Ballard won a contract with Perry Oceanographics to provide fuel cells for their small submersibles. After some difficulties in developing a stack of the required 2 kW size using their then current" Mark IV" cell design, the system was successfully installed and became one of the first commercial fuel cell system since the 1960s. An upgrade to the "Mark V" cell design dramatically improved performance, providing 4.1 kW from a stack the same size as the original 2 kW model. A contract with the Royal Navy soon followed, and although the resulting cells were not used as the Royal Navy decided to go all nuclear, a research contract allowed the company to continue improving the cells. Development from these engineering samples to real world products was going to be long and expensive. Although the battery line continued to do well, the profits it generated were not enough to run the company as a whole. Ballard started looking for new capital, and found Mike Brown, a founder of the Vancouver based Ventures West venture capital company. Ventures West provided several rounds of funding, and Brown suggested that if the company wanted to be successful it was going to need new leadership who was familiar with dealing with large companies. Although the founders found it difficult to accept a stranger into their midst, they were eventually won over and Firoz Rasul became the new CEO. Rasul immediately instituted a development plan with a timeline of goals that had to be met and go/no go milestones. The company was re organized, spinning off the battery side to BTC Engineering, while the fuel cell side became Ballard Technologies Corp. Feeling the technology was ready for commercial use, in 1989 Ballard raised $4 million in public money from the British Columbia government to build a fuel cell powered bus, introducing it at Science World in 1993. He took the bus to energy fairs around the world, and Daimler Chrysler and Ford invested $750 million to buy a one third stake in the newly public Ballard Power Systems. Ballard told Time in 1999 that the fuel cell cars should become economical by 2010 and "the internal combustion engine will go the way of the horse. It will be a curiosity to my grandchildren." which worked on the problems of generating and distributing hydrogen. In 2007, the company was sold to Plug Power for $10 million. In 1999 he was named by Time as "Hero of the Planet". He received the World Technology Network Award in Energy in 1999, and in Environment in 2000. He also received the Gutenberg International Environment prize in Sweden in 2000. He served as chair of the Canadian Hydrogen Association and as an advisory board member for the Institute of Transportation Studies, University of California. He died of complications from liver disease at Lions Gate Hospital in North Vancouver.

Санаты

Газбензол экономикасынан сутек экономикасына өту үшін ғылым, мемлекет және индустрияның біріккен күш-жігері қажет. Күштер артып келеді және прогресс жасалып жатыр. Осындай үлкен өзгеріске қарсыластарды күштеп салудың орнына, бәріміз экономикалық тұрғыдан тиімді өзгеріс жолы үшін бірлесіп жұмыс істеу өте маңызды. | Джеффри Баллард | Дүниежүзілік сутегі энергетикасы конференциясы.