Джеффри Холл Баллард: Пионер топливных элементов и энергетики будущего.

Введение

Канадский геофизик и предприниматель, а также люди с похожим именем.

Джеффри Эдвин Холл Баллард, CM, OBC (16 октября 1932 года – 2 августа 2008 года) – канадский геофизик и предприниматель. На протяжении многих лет он активно выступал за замену двигателей внутреннего сгорания и в 1979 году основал компанию, которая впоследствии стала Ballard Power Systems, для разработки коммерческих применений топливных элементов с протонообменной мембраной (PEM). Всемирно признан как отец индустрии топливных элементов.

Ранние годы и образование

Балард родился в Ниагарском водопаде, Онтарио, в семье Джесси Маргариты Милдред из семьи Роунтри в Йорке и Арчибальда Холла Баларда со Стейтен-Айленда, Нью-Йорк. Его отец изучал электрохимическую инженерию в Университете Торонто, а позже специализировался в области радиации. Он работал в корпорации Carborundum, когда директор лаборатории упал за борт во время вечеринки и был унесен Ниагарским водопадом, в результате чего Арчибальд Баллард был назначен директором лаборатории в относительно молодом возрасте, около 45 лет. Он провел большую часть Второй мировой войны в Оук-Ридже, штат Теннесси, работая над созданием атомной бомбы. После окончания средней школы в Ниагарском водопаде Баллард поступил в Университет Квинс в Кингстоне, Онтарио, где изучал геологическую инженерию. Там он встретил свою будущую жену, Шелах, и они поженились и окончили университет в один год – в 1956 году. Баллард получил должность в Shell Oil в Альберте, возглавляя поисковые экспедиции верхом на лошадях. Он покинул Shell и перешел в Mobil Oil, путешествуя по миру с исследовательскими целями. Во время этих поездок его советы часто игнорировались, поскольку он был "всего лишь" бакалавром наук (что само по себе было непросто в 1950-х годах), и после нескольких подобных случаев он решил покинуть промышленность и получить докторскую степень в области наук о Земле и планетах в Вашингтонском университете в Сент-Луисе. Получив докторскую степень в 1963 году, Баллард работал гражданским специалистом в армии США, специализируясь на микроволновой связи и изучая способы маскировки топливных резервуаров под льдом Гренландии. Он быстро разочаровался в политической системе. "Энергетические системы печально известны своими длительными сроками разработки, часто двадцать лет или больше, [но] для оправдания государственных инвестиций продукт должен был окупиться в течение пяти-семи лет. Существуют политические циклы, связанные с переизбранием, поэтому политики не хотели вкладывать средства в системы, которые дадут результаты лишь в следующем поколении. Ты отправлял планы, а они их урезали и искажали". Когда контракт истек, он решил уйти в отставку и начать самостоятельную деятельность.

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.

Американский энергетизатор

Одно из исследований, в которых он принимал участие в офисе природоохранных исследований, было посвящено электромобилям, работающим на обычных свинцово-кислотных аккумуляторах. Ни один из этих вариантов не казался ему практичным, но он был убежден, что электрическая тяга – это будущее. В интервью журналу Discover в 2002 году он сказал: «Моя цель с самого начала заключалась в замене двигателя внутреннего сгорания – просто в устранении его с улиц». Шварц и Баллард познакомились с Китом Пратером на химическом факультете Техасского университета и убедили его совместно с ними разработать новую технологию перезаряжаемых литиевых аккумуляторов. Пратер быстро установил, что никто не знает, чем является продукт реакций литиевых солей в существующих аккумуляторах, и предположил, что это дитионит лития, который ему удалось синтезировать. Работая в трейлере, Баллард и Шварц построили простой аккумулятор, а Пратер предоставил образец дитионита лития. Когда они соединили их и зарядили, был получен слабый ток. После дальнейшей разработки систему можно было перезаряжать около дюжины раз. Поскольку технология казалась перспективной для коммерциализации, Баллард обратился к знакомому Джону Хортону за дополнительной поддержкой. Хортон переоборудовал «Бен Франклин» (PX 15) в Северном Ванкувере для геологоразведочных работ, и Баллард убедил его в том, что их новый аккумулятор идеально подойдет для этой цели. Хортон согласился предоставлять несколько тысяч долларов в месяц на финансирование. С этим финансированием Баллард приобрел заброшенный мотель в Аризоне за 2000 долларов и приступил к его переоборудованию в лабораторию. К 1977 году аккумуляторы продвигались вперед, и Баллард и Пратер совершали поездки между Аризоной и Ванкувером. Баллард всегда хотел вернуться в Канаду, поэтому Шварц продал свою долю в технологии аккумуляторов Балларду за 1 доллар, а Баллард продал свою долю в последнем предприятии Шварца – механической системе антиблокировки тормозов – за ту же сумму. В 1979 году Баллард переехал в Ванкувер и стал президентом и генеральным директором Ultra Energy. В Канаде Ultra Energy работала в том же ангаре, где Хортон переоборудовал свою подводную лодку. К середине 1970-х годов переоборудование было завершено, аккумулятора не было, и Хортон прекратил поддержку проекта аккумуляторов. Получив частное мостовое финансирование, они выиграли контракт на неперезаряжаемый литиевый аккумулятор со сроком хранения 10 лет для компании по производству пожарных извещателей Firenetics. Примерно через год аккумулятор был готов, и планировалось начать производство в Гонконге, когда, к удивлению Ultra, Firenetics объявила о банкротстве после длительного судебного процесса с General Electric. Ultra Energy оказалась несостоятельной.

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.

Силовые системы Балларда

Главная команда Ultra Energy немедленно реорганизовалась в Ballard Research, заняв офисы прямо напротив офисов Ultra. Ballard начал связываться со старыми контактами в нефтяной промышленности, выискивая компании, заинтересованные в диверсификации своих энергетических активов. Shell проявил интерес и некоторое время поддерживал компанию финансово, но отказался от дальнейшего участия, когда один из миноритарных акционеров не согласился на условия. В середине 1981 года Amoco решила приобрести перезаряжаемое направление компании и погасила большую часть её местных долгов. Обладая вновь обретенной платежеспособностью, компания быстро начала искать применение своей технологии и выиграла контракты с канадскими вооруженными силами на дальнейшую разработку одноразовых батарей с длительным сроком службы. Это привело к созданию успешной производственной линии, выпускавшей тысячи элементов для вооруженных сил США и Канады. Несмотря на успех одноразовой конструкции, перезаряжаемая версия так и не была доведена до совершенства. В 1983 году Ballard, Prater и Paul Howard начали поиск новых идей для своего конструкторского отдела, поскольку финансирование проекта батареи иссякало. Среди множества идей были попытки получить государственное финансирование, которые в конечном итоге привели их к запросу предложений от Министерства национальной обороны (DND) на разработку недорогого твердополимерного топливного элемента. Эти элементы, известные сейчас как PEM, ранее использовались в коммерческих целях только в проекте Gemini и нескольких других космических зондах. General Electric отказалась от этой технологии, когда NASA перешла на другие конструкции топливных элементов для проекта Apollo и космического шаттла. Несмотря на многочисленные попытки снизить высокую стоимость PEM-элементов, ни одна из них не увенчалась коммерческим успехом. В то время никто в компании не имел опыта работы с топливными элементами, и, по слухам, сам Ballard спросил: «Что такое топливный элемент?», когда эта тема впервые была поднята. Prater, обладавший обширными знаниями в области электрохимии, отправился в Национальную лабораторию Лос-Аламоса в Нью-Мексико, где продолжались ограниченные исследования PEM. Ему удалось собрать небольшое количество деталей из опытных образцов, что дало возможность начать работу. Тем временем Ballard отправил группы специалистов в Оттаву для более детального изучения условий контракта. Обладая информацией из обоих источников, они выиграли контракт на 500 000 долларов, который предусматривал поставку трех прототипов ячеек мощностью от 50 до 150 ватт в течение 28 месяцев. Выполнив требования контракта, они получили дополнительное соглашение, и в ходе этого проекта, в 1986 году, им удалось достичь рубежа, при котором удельная энергоотдача была в четыре раза выше, чем у любого предыдущего топливного элемента. В 1987 году Ballard выиграл контракт с Perry Oceanographics на поставку топливных элементов для их небольших подводных лодок. После некоторых трудностей в разработке стека требуемой мощности 2 кВт с использованием их тогдашней конструкции ячеек "Mark IV", система была успешно установлена и стала одной из первых коммерческих топливных систем с 1960-х годов. Модернизация конструкции ячейки "Mark V" значительно повысила производительность, обеспечив мощность 4,1 кВт от стека того же размера, что и у оригинальной модели мощностью 2 кВт. Вскоре последовал контракт с Королевским флотом, однако полученные ячейки не были использованы, поскольку Королевский флот решил перейти на ядерную энергетику. Тем не менее, исследовательский контракт позволил компании продолжать совершенствовать ячейки. Разработка этих инженерных образцов в реальные продукты была долгой и дорогостоящей. Хотя производство батарей оставалось прибыльным, полученной прибыли было недостаточно для обеспечения деятельности компании в целом. Ballard начал искать новый капитал и нашел Майка Брауна, основателя венчурной компании Ventures West, базирующейся в Ванкувере. Ventures West предоставила несколько раундов финансирования, и Браун предложил, что для достижения успеха компании потребуется новое руководство, имеющее опыт работы с крупными корпорациями. Несмотря на то, что основателям было трудно принять постороннего человека, они в конечном итоге согласились, и Фироз Расул стал новым генеральным директором. Расул немедленно внедрил план развития с четким графиком целей и контрольными точками. Компания была реорганизована: направление производства батарей было выделено в BTC Engineering, а разработка топливных элементов осталась в Ballard Technologies Corp. Считая технологию готовой к коммерческому использованию, в 1989 году Ballard привлек 4 миллиона долларов государственных средств от правительства Британской Колумбии для строительства автобуса, работающего на топливных элементах, который был представлен в Science World в 1993 году. Он возил автобус на энергетические выставки по всему миру, и Daimler Chrysler и Ford инвестировали 750 миллионов долларов, чтобы приобрести треть акций вновь публичной компании Ballard Power Systems. В 1999 году Ballard заявил журналу Time, что автомобили на топливных элементах станут экономически выгодными к 2010 году и что «двигатель внутреннего сгорания уйдет в прошлое, как лошадь. Он станет диковинкой для моих внуков», работая над проблемами производства и распределения водорода. В 2007 году компания была продана Plug Power за 10 миллионов долларов. В 1999 году Time назвал его «Героем планеты». Он получил премию World Technology Network Award в области энергетики в 1999 году и в области окружающей среды в 2000 году. Он также получил международную экологическую премию Гутенберга в Швеции в 2000 году. Он был председателем Канадской водородной ассоциации и членом консультативного совета Института транспортных исследований Калифорнийского университета. Он скончался от осложнений, вызванных заболеванием печени, в больнице Lions Gate в Норт-Ванкувере.

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.

Цитирование

Для перехода от бензиновой экономики к водородной потребуется объединенное усилие науки, правительства и промышленности. Силы накапливаются, и прогресс не стоит на месте. Крайне важно, чтобы столь масштабные изменения не навязывались тем, кто к ним не готов, а чтобы мы все вместе работали над экономически целесообразным путем к переходу. | Джеффри Баллард | Всемирная конференция по водородной энергетике.