В Польском институте авиации провели продолжительный испытательный запуск нового подруливающего устройства спутника. Ученые ищут экологически чистую альтернативу двигателям на основе гидразина, которые используются сегодня.
Сегодня гидразин является наиболее распространенным топливом, используемым в двигателях на борту спутников. Однако он не только высокоэнергетичен по своей природе, но и токсичен. Также он вызывает коррозию и опасен для обращения и хранения.
ЕКА (Европейское космическое агентство) инициировало проект GRACE — Green Liquid Apogee Engine — для будущих космических кораблей. Цель — оценить экологически более безопасные варианты двигателей. Испытания завершились 60-секундным запуском двигателя.
Эксперты проекта GRACE оценили различные варианты и сделали заключение. Для большей эффективности двухкомпонентного топлива лучше всего использовать в качестве окислителя перекись высокого качества — HTP. Это гораздо более чистая версия того же химического вещества, которое используется для обесцвечивания волос. С помощью катализатора оно расщепляется на кислород, водяной пар, а также на TMPDA (N,N,N’,N’-tetramethyl-1,3-diaminopropane). Оно и используется в качестве топлива.
Это был почти полностью польский проект, поддерживаемый программой ESA Polish Industry Incentive.
Технология Powerpaste позволит хранить водород в виде безопасной и экологичной пасты
Общество Фраунгофера анонсировало строительство завода по производству нового вида энергоносителя – «водородной пасты» под названием Powerpaste. Она разработана в качестве безопасной альтернативы газообразному водороду, для применения в качестве универсального топлива. Технология готова для практического использования и уже в этом году начнутся ее масштабные испытания в полевых условиях.
По своей сути Powerpaste является гидридом магния, который образуется при температуре в 350 °C и давлении 5-6 атм. К материалу добавляют эфир и соли металлов, чтобы придать ему форму вязкой пасты. Она не требует никаких особых условий хранения, безопасна при температурах до 250 °C, без труда перекачивается насосами малой мощности. Сообщается, что в форме пасты водород аккумулирует энергии в 10 раз больше, чем аналогичная по размерам литиевая батарея.
Для применения водородной пасты нужна обычная вода, контакт с которой приводит к выделению газообразного водорода. Причем примерно половина его поступает из самой воды, которая тоже становится частью гибридного топливного элемента, а не балластом. Пасту очень легко дозировать, чтобы поэтапно выделять в камере нужный объем газа, который затем сгорает в топке двигателя. Испытания прототипов показали, что топливный элемент на Powerpaste сопоставим с бензином по запасу хода на одной заправке.
Будущий завод будет производить до 4 тонн Powerpaste в год для нужд пилотных проектов. Если к самой технологии вопросов немного, то экономические перспективы пока несколько туманны. Непонятно, насколько дорогим будет подобное топливо в производстве, как будет решаться проблема выбросов в атмосферу, будет ли вообще выгода от использования пасты в транспорте. С другой стороны, за водородом будущее, а потому отрадно видеть, что наука уже создает новые безопасные способы для его хранения.
Прототип генератора, работающего на Powerpaste
Источник — Fraunhofer
В Японии построят крупнейший в мире завод по производству водорода
Японская компания Itochu заявила, что рассматривает возможность строительства в самое ближайшее время крупнейшего в мире завода по производству сжиженного водорода в Чубу в центральной Японии в сотрудничестве с Air Liquide Japan и Itochu Enex в рамках стратегического взаимодействия по развитию цепочки поставок водорода.
Об этом сообщает информационный портал S&P Global 26 февраля 2021 года.
Анонс начала строительства последовал за подписанием меморандума о взаимопонимании между Itochu, Air Liquide Japan и Itochu Enex по развитию цепочки поставок водорода от добычи до переработки.
В рамках меморандума о взаимопонимании компании сначала планируют построить завод по производству сжиженного водорода производительностью 30 тонн в день в промышленном центре страны в регионе Чубу.
Компании будут совместно изучать конкурентоспособное производство водорода, систему поставок, расширять сеть водородных станций в Японии, а также создавать цепочки поставок водорода.
Пресс-секретарь Itochu сообщила, что сжиженный природный газ может стать одним из вариантов производства голубого водорода на новом заводе в Чубу. По данным Международного энергетического агентства, голубой водород обычно производится из ископаемого топлива при одновременном сокращении выбросов углекислого газа за счет улавливания, использования и хранения углерода.
Разработка и проектирование завода стали результатом Японской стратегии зеленого роста до 2050 года. Япония планирует производить 3 млн тонн водорода в год к 2030 году и 20 млн тонн в год к 2050 году за счет ускорения развития международных сетей поставок, а также повышения спроса на водородное топливо в различных секторах.
Air Liquide Japan, японская дочерняя компания Air Liquide, крупнейшей в мире компании по производству промышленного газа, опубликовала отчет о перспективах спроса на водород в Чубу 19 февраля 2021 года.
Согласно отчету, спрос на водород в регионе Чубу в Японии, по прогнозам, вырастет с 40 тыс. тонн в 2025 году до 110 тыс. тонн к 2030 году в результате ожидаемого роста спроса со стороны секторов энергетики и нефтепереработки.
Согласно отчету, примерно 80% предполагаемого спроса на водород в 2030 году будет приходиться на энергетический, нефтеперерабатывающий и нефтехимический секторы, а остальная часть — на водородные станции и топливные элементы для производства электроэнергии в домашних условиях.
Другими членами исследовательской группы по использованию водорода в Чубу являются нефтяная компания Idemitsu Kosan, концерн Iwatani, химическая корпорация ENEOS, корпорации Sumitomo, Chubu Electric, Toho Gas, Toyota Motor, NipponSteel, Sumitomo Mitsui Financial Group и Mitsui Chemicals.
Ученые превратили водород в металл: топливо будущего
С помощью алмазной наковальни исследователи сжали водород до состояния металла.
Как сообщает работа, опубликованная на портале Nature, исследователи из Французской комиссии по альтернативной энергии и атомной энергии (CEA) смогли придать образцу водорода форму, в которой он проявляет свойства металла.
Работа заняла много лет, поскольку сам процесс невероятно сложный. Ученые герметично запечатывали переохлажденный, твердый водород в фольге, а затем подвергали его воздействию чрезвычайно высокого давления, используя алмаз в качестве наковальни.
В предыдущих экспериментах давление было ограничено 400 гигапаскалями, однако затем в голову исследователям пришла идея использовать не плоскую, а тороидальную (похожую на пончик) наковальню. Это позволило ей выдерживать значительно более высокие нагрузки, и при 425 гигапаскалях опыт наконец увенчался успехом: водород начал проявлять первые металлические свойства.
Ученые подчеркивают, что охлаждение и давление – два критически важных фактора для изменения состояния вещества. «По мере роста давления охлажденный водород становится все более непрозрачным, а при 425 гигапаскалях его поверхность становится блестящей, хорошо отражающей свет», пишут они в своей статье.
Концепция металлического водорода была предложена еще в 1930-х годах. С тех пор многие коллективы химиков и инженеров сообщали о том, что им удалось получить металлический водород. Однако из-за ничтожной величины образцов доказать, что это в самом деле металл, было крайне затруднительно. Так почему же именно металлический водород стал для исследователей своего рода Граалем?
Водород – один из самых распространенных химических элементов на Земле. Его легко получить из воды, а потому источник потенциального сырья для получения металлического водорода или, скажем, водородного топлива практически неисчерпаем. К тому же, для его добычи не нужно наносить вред окружающей среде и разрушать экосистему, как это происходит в случае ископаемого топлива. Кроме того, у исследователей есть и чисто научный эксперимент: до сих пор ученым не известно место во Вселенной, где огромное давление сочетается с чрезвычайно низкими температурами, а значит водорода в металлической форме в мире или нет совсем, или его источник пока скрыт от нас.
По словам представителей NASA, металлический водород – это потенциальное топливо, которое не только в корне изменит земную энергетику, но и даст нам шанс осуществлять космические перелеты, о которых пока остается лишь мечтать. Теперь ученые нацелены на то, чтобы получить достаточное количество металлического водорода для проведения ряда необходимых тестов и экспериментов. Конечная цель – это, разумеется, разработка дешевого и сравнительно простого способа выработки этого удивительного вещества в промышленных масштабах.
Ученые создали экологически чистый метод преобразования водорода из аммиака
Ученые из Северо-Западного университета разработали высокоэффективный, экологически чистый метод преобразования аммиака в водород. Исследование, опубликованное в журнале Joule — важный шаг на пути к созданию экономики с нулевыми выбросами и использованием водородного топлива.
Идея использования аммиака в качестве носителя для доставки водорода в последние годы приобрела популярность. Дело в том, что это бинарное неорганическое химическое соединение намного легче сжижать, чем водород. А, значит, его проще хранить и транспортировать.
Чтобы преобразовать аммиак, ученые построили уникальную электрохимическую ячейку с протонпроводящей мембраной и интегрировали ее с катализатором расщепления.
Сначала аммиак «встречается» с катализатором, который расщепляет его на азот и водород. Полученный водород немедленно превращается в протоны, которые затем электрически перемещаются через мембрану в электрохимической ячейке. Постоянно отбирая водород, ученые продвигают реакцию все дальше. Такой тип проведения реакции известен как принцип Ле Шателье — Брауна. Удаляя один из продуктов расщепления аммиака — а именно водород, процесс движется за пределы того, что может сделать обычный катализатор.
Полученный водород можно использовать в топливном элементе. Как и батареи, топливные элементы вырабатывают электроэнергию путем преобразования энергии, полученной в результате химических реакций. В отличие от батарей, они производят электричество, пока есть топливо, и никогда не теряют свой заряд. Водород — это чистое топливо, которое при потреблении производит воду в качестве единственного побочного продукта. Такие свойства отличают его от ископаемого, чьи побочные продукты — двуокись углерода, метан и закись азота — меняют климат и нагревают планету.
Новый метод отличается своей экологичностью. Для преобразования аммиака в водород используется возобновляемая электроэнергия вместо тепловой на ископаемом топливе. Весь процесс происходит при более низких температурах, чем традиционные методы расщепления (250 °C вместо 500–600 °C). Кроме того, новая технология генерирует чистый водород, который не нужно отделять от непрореагировавшего аммиака или других продуктов. Также процесс эффективен — весь электрический ток, подаваемый на устройство, непосредственно производит водород без каких-либо потерь на паразитные реакции.
Авторы исследования прогнозируют, что новая технология может сильно изменить транспортный сектор. По данным Агентства по охране окружающей среды США, в 2018 году на перемещение людей и товаров на автомобилях, грузовиках, поездах, кораблях, самолетах и других транспортных средствах пришлось 28% выбросов парниковых газов в Северной Америке — больше, чем в любом другом секторе экономики.
В Швеции создали новый вид биотоплива
В Упсальском университете в Швеции запатентован новый тип биотоплива. Об этом сообщает портал радио Швеции Sveriges Radio SR.
Новое биотопливо производят фотосинтезирующие бактерии, которым необходимы только свет, вода и углекислый газ. Основными производителями топлива являются цианобактерии, также известные как сине-зеленые водоросли. При своем росте бактерии вырабатывают вещество бутанол, экологически чистое топливо. Бутанол является одноатомным спиртом. Спектр применения такого топлива весьма широк.
Перспектива этого проекта огромна: массовое производство такого топлива позволит снизить объем выбросов углекислого газа. Работой шведских ученых заинтересовался ряд автомобильных концернов, среди которых Volkswagen.
Впервые изготовлено толерантное ядерное топливо
На Новосибирском заводе химконцентратов (ПАО «НЗХК») изготовлены и прошли приемочные испытания первые тепловыделяющие сборки (ТВС) для реактора ВВЭР-1000 с экспериментальными твэлами, изготовленными в рамках программы по созданию российского ядерного топлива нового поколения безопасности (так называемого «толерантного топлива»).
В планах топливного и энергетического дивизионов Росатома — уже в первом квартале 2020 года загрузить изготовленные ТВС в один из реакторов Ростовской АЭС.
Каждая из трех опытных ТВС конструкции ТВС-2М содержит по двенадцать твэлов в «толерантном» исполнении с двумя различными вариантами материала оболочки, которые изготовлены либо из циркониевого сплава с нанесенным хромовым покрытием, либо из хром-никелевого сплава 42ХНМ. Оба варианта делают оболочки более жаропрочными за счет применения хрома.
Полноразмерные оболочки твэлов из хром-никелевого сплава были изготовлены в ПАО «МСЗ» (г. Электросталь, Московская обл.), хромовое покрытие было нанесено на стандартные циркониевые оболочки производства АО «ЧМЗ» (г. Глазов, Удмуртия) специалистами Московского энергетического института (НИУ «МЭИ»). Конструктором-технологом твэлов выступает ВНИИНМ им. А.А. Бочвара (Москва).
В состав приемочной комиссии, помимо специалистов АО «ТВЭЛ» и АО «ВНИИНМ», вошли представители различных предприятий атомной отрасли, в том числе АО ОКБ «Гидропресс» (конструктор реактора ВВЭР-1000 и топлива ТВС-2М), а также уполномоченной организации АО «Концерн Росэнергоатом» — АО «ВПО „ЗАЭС“.
"Топливный дивизион Росатома в срок выполнил все планы по программе толерантного топлива на 2019 год. В следующем году нам предстоит сделать важный шаг и приступить к параллельным испытаниям образцов не только в исследовательском реакторе, но и в коммерческом реакторе большой мощности. Имея все необходимые расчеты и обоснования активной зоны реактора, мы испытаем на действующем энергоблоке оболочки твэлов без изменения традиционной топливной композиции — диоксида урана.
Одновременно в исследовательском реакторе мы продолжим облучать твэлы с различными сочетаниями материалов оболочек и топливных таблеток, а также моделировать различные условия эксплуатации, включая режимы изменения мощности. Результаты этих испытаний помогут выбрать оптимальное технологическое решение», — отметил вице-президент по научно-технической деятельности АО «ТВЭЛ» Александр Угрюмов.
В ранее в 2019 году в Росатоме завершилась первая фаза реакторных испытаний толерантного топлива для легководных реакторов российского и зарубежного дизайна. В отдельных водяных петлях реактора МИР в ГНЦ НИИАР (г. Димитровград) облучались две экспериментальные ТВС с твэлами типоразмеров ВВЭР и PWR — каждая состояла из 24 твэлов с четырьмя различными сочетаниями материалов оболочки и топливной композиции. Топливные таблетки были изготовлены из традиционного диоксида урана, а также уран-молибденового сплава с повышенной плотностью и теплопроводностью. Затем по несколько твэлов из каждой топливной кассеты были извлечены для дальнейших послереакторных материаловедческих исследований, вместо них были установлены новые необлученные образцы.
Для справки:
Толерантное топливо (англ. — Accident Tolerant Fuel) — ядерное топливо, устойчивое к нештатным ситуациям на АЭС. Даже в случае потери теплоносителя и нарушения отвода тепла в активной зоне реактора толерантное топливо должно в течение достаточно длительного времени сохранять целостность без возникновения пароциркониевой реакции, способствующую выделению водорода. Внедрение противоаварийного топлива имеет ключевое значение для вывода системной безопасности и надежности атомной энергетики на качественно новый уровень. В Топливной компании Росатома «ТВЭЛ» научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы по созданию толерантного топлива выполняет и координирует ВНИИНМ им. А.А. Бочвара.
