Українські дослідження: карбонові стільники – нова модифікація вуглецю, здатна зберігати водень

«3D графен» або «карбонові стільники» – це назви нової модифікації вуглецю, синтезованої у Фізико-технічному інституті низьких температур ім. Б.І.Вєркіна НАН України Н.В.Крайнюковою за участі Є.М. Зубарєва з Національного технічного університету «Харківський політехнічний інститут». Ця модифікація отримала таку назву завдяки специфічній формі, що нагадує бджолині стільники. Методами структурної низькотемпературної електронографії та трансмісійної електронної високороздільної мікроскопії виявлено, що синтезована вченими речовина пронизана каналами, стінки яких утворені шарами графену. Перші зразки карбонових стільників було одержано у вигляді плівок, у яких стільникові канали утворюють випадкову решітку. Результати досліджень опубліковані у журналі «Physical Review Letters».

Carbon honeycombs

 

Українські дослідження - матеріали для зберігання водню у твердому стані

Над розробкою нових матеріалів для акумулювання водню працює інженер Інституту металофізики ім. Г. Курдюмова НАН України, кандидат технічних наук Володимир Дехтяренко. Його була визнана винаходом року і отримала першу премію на конкурсі науково-технічних розробок молодих науковців у рамках міжнародного дискусійного заходу "Science - Society - Personality" ("Наука-Суспільство- Особистість").

Institute of Metal Physics

Будівля Інституту металофізики

Вчений працює над дослідженням інтерметалевих сполук (хімічні сполуки між металами) для того, щоб знайти матеріал, здатний легко поглинати великий об’єм водневого газу, утримувати його достатній час і легко віддавати при потребі. Винахід такого матеріалу дозволить покращити відношення ваги водню, що зберігається, до загальної ваги системи (тобто зробити такі системи більш легкими) і підвищити безпечність водневих балонів. Володимир Дехтяренко та його команда знайшли, що сполука на основі титану, марганцю, цирконію та ванадію має великий потенціал для застосування у водневій індустрії.

 

Українські дослідження: оптимізація керамічних паливних комірок

Керамічний паливний елемент (Ceramic Fuel Cell, CFC), або по-іншому твердооксидні паливні комірки (Solid Oxide Fuel Cell, SOFC), є високотемпературним пристроєм, який перетворює хімічну енергію палива безпосередньо в електрику і тепло. У цьому процесі немає проміжних стадій. Тому CFC як система паливних елементів маж дуже високу ефективність (в два рази вище, ніж у традиційних перетворювачів, таких як ДВС). Вони перспективні для зменшення витрат палива для стаціонарних (комбінованого виробництва тепла та енергії, міні-ТЕЦ), мобільних (допоміжних силових установок, ВСУ або гібридних транспортних засобів) та портативних (замінники батарей) пристроїв. Також вони дозволяють скоротити викиди CO2, NOx та інших забруднюючих навколишнє середовище речовин, що обумовлено не тільки набагато більш високою ефективністю перетворення енергії в CFC, але і порівняно низькою робочою температурою. Відсутність рухомих частин в структурі паливних елементів підвищує надійність і безпеку при застосуванні.

Тим не менш, деякі поліпшення необхідні для підвищення їх ефективності та здешевлення цих пристроїв.

Fuel Cell 640x353

Зображення з сайту extremetech.com

Українські дослідницькі лабораторії що працюють над водневими проектами

Україна має міцний науковий фундамент для впровадження водневих технологій. З 2011 року діє цільова комплексна програма фундаментальних досліджень Національної Академії Наук України «Водень в альтернативній енергетиці та новітніх технологіях»
Загальна кількість проектів цієї програми ‐ 43, які виконують 17 установ. Нижче наведено тематики досліджень, які зараз проводяться науковими лабораторіями України.

Presidium building of the NAS c AMY 640x360

 

Цільова програма України з розвитку водневої енергетики

На даний момент в Україні функціонує національна цільова програма «Фундаментальні проблеми водневої енергетики», метою якої є комплексні дослідження в області виробництва, зберігання та транспортування водню. Мета програми полягає в розгляді ключових наукових і технологічних проблем водневих паливних технологій та пов'язаних з ними видів діяльності, а також об'єднанні зусиль вчених з кращих українських дослідницьких інститутів і виробничих підприємств.

 

hydrogen_toyota.jpg

 

Українські фахівці в Індійському проекті

Ресурсо- та енергозбереження є нагальними проблемами сьогодення. У будь-якому напрямку науки чи техніки це питання актуальне.
Порошкова металургія – це постійно й швидко прогресуюча технологія. Тільки Європейський ринок порошкової металургії має річний обіг у 6 мільярдів євро, а річний світовий обсяг виробництва порошкових металів більше мільйона тон.
Здебільшого завдяки зниженню собівартості, вироби порошкової металургії знайшли найбільше застосування (близько 80%) в автомобілебудуванні. Основні переваги виробів порошкової металургії - найвищий відсоток утилізації первісного сировинного матеріалу (більше 95%) та найнижчий рівень питомої енергії для виробництва кінцевого продукту. 

 

Отримання водню способом підземної газифікації вугілля

Фірмою "Ведмідь" розроблена і захищена патентами України та Росії геотехнологія отримання водню способом підземної газифікації (ПГВ) з різних марок вугілля. Результатом процесу ПГВ є синтез-газ який вміщує в 47,9 об.% водню. Після очищення синтез-газу від домішок можна отримувати 97-99% водень. З однієї тонни вугілля виробляється 40 кг водню, з орієнтовною собівартістю 0,5 долару США за 1 кг водню.
Україна володіє величезними запасами вугілля придатними для нашої технології.

Hydrogen production by underground coal gasification

Схема отримання водню способом підземної газифікації . Малюнок © BCG Energy

Виробництво водню з сірководню Чорного моря

Щодня в Чорному морі в результаті життєдіяльності сульфатредукуючих бактерій утворюється близько 10000 тонн газу H2S, а запас розчиненого у воді H2S оцінюється в 4587 млн тонн. Водень може бути отриманий шляхом простого розкладання H 2S. Чорне море - еліптичне водоймище, що займає акваторію в 423 000 км2. Середня глибина 1263 м, передбачуваний загальний обсяг  534 000 км3. Чорне море - унікальне, оскільки морська вода анаеробна на 90%. Ця анаеробна морська вода містить сірководень, вироблений сульфатвідновлювальними бактеріями. Кордон розмежування анаеробного і аеробного шару води знаходиться на глибині близько 200 м. Глибше 150-200м поступово зростає концентрація H2S до 1 км, на глибині близько 1,5 км досягається майже постійне значення 9,5 мг / л.

Reservoir of dissolved H2S in the Black Sea
   
Розрахована кількість H2S, розчиненого у воді Чорного моря.

Історичні аспекти розвитку паливних елементів в Україні

Ця стаття - історичний нарис про розвиток технологій паливних елементів в Україні та короткий опис відповідної державної програми. Україна мала багаторічний позитивний досвід роботи з паливними елементами як завдяки зусиллям Оганеса Давтяна, починаючи з 50-их років 20-го століття, яким пізніше стали на заваді політичні події 70-их років, так і завдяки сприятливим умовам,  що базуються на досягненнях сучасних високих технологій (наприклад, нанопорошки цирконій ангідриду та інших оксидних порошків, матеріали для взаємозв'язку, мікротурбіни, виробництво водню, газифікація власних покладів вугілля,  циркон-піску та скандієвих руд, добре розвинуте виробництво газових турбін та іншого обладнання).