авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 14 |

«Федеральное агентство по науке и инновациям РФ Московский энергетический институт (технический университет) Hydrogenics Corporation ТРУДЫ III ...»

-- [ Страница 8 ] --

(рис. 2). Предлагаемый материал состоит из графе Наиболее распространенным методом для обра новых слоев, которые поддерживаются углеродны зования каталитических слоев является метод на ми трубками как колоннами. Продемонстрировано, пыления, который позволяет получать весьма что при добавлении Li гравиметрическая емкость плотные слои катализатора на углеродном носите этого нового материала при нормальных условиях ле. Напыление каталитических слоев осуществляет достигает 6.1 масс. %, а объемная – 41 г Н 2/л, что ся за счет вакуумного испарения необходимого практически соответствует целям Министерства 0.7 нм. При этих условиях запасенная объемная энергия превышает величину 5.4 МДж/дм3, уста энергетики США для транспорта на 2010 год (6 масс. % и 45 г/л соответственно). новленную Freedom CAR как цель 2010 г., и при ближается к цели 2015 г. (9.7 МДж/дм3).

Рис. 3. Водородный слой на поверхности нанотрубки (8.0), покрытой атомами Ti [10]: 1 – C8TiH8 (5.3 масс. %);

2 – C4TiH8 (7.7 масс. %) Также активно ведутся и экспериментальные ра Рис. 2. Колонный графен. Оригинальная 3D сетчатая боты. Например, в работе [16] путем микромехани наноструктура, предложенная для хранения водорода [9] ческого расщепления графита были получены лис Кроме лития увеличению сорбционной емкости ты графена. Затем они были обработаны холодной способствуют атомы титана, закрепленные на по- водородной плазмой, за счет чего происходило их верхности углеродного носителя. Так, в работе [13] гидрирование (рис. 4).

было показано, что углеродные нанотрубки, деко рированные атомами титана или другого переход ного элемента, могут связывать молекулы водорода в количестве, достаточном для создания эффектив ного аккумулятора (рис. 3). В данной системе каж дый атом титана может связаться с четырьмя моле кулами водорода, что составляет 8 масс. %, причем при нагревании системы водород с легкостью вы свобождается.

Весьма перспективным считается хранение во дорода в металлоорганических каркасных структу рах (MOF). Преимущество таких каркасных струк тур состоит в том, что для высвобождения водорода Рис. 4. Гидрирование графена: А – графеновый слой, в не требуется высоких температур. В работе [14] котором делокализованные электроны свободно переме был использован MOF-74, представляющий собой щаются между атомами углерода;

Б – в непроводящем углерод, сложенный в молекулярные соломинки, во графане атомы водорода связаны своими электронами с внутренних полостях которых находятся ионы цин электронами углеродных атомов ка. Соломинки плотно упакованы, образуя порош Гидрированный графен, называемый графаном, кообразный материал. При 77 К (–196 °С) MOF- ведет себя подобно диэлектрику и стабилен при поглощает больше водорода, чем любой из извест комнатной температуре. Чтобы вернуть материалу ных на сегодня непрессованных материалов. Мате исходные свойства графена, нужно отжечь его в риал пакует водород с плотностью, превосходящей атмосфере аргона при 425 C. Таким образом, спо плотность твердого водорода.

собность графена обратимо поглощать водород Помимо водорода углеродные наноматериалы может использоваться для хранения водорода.

могут стать эффективными сорбентами такого но В работе [17] исследователям удалось прикре вого вида топлива как «гитан». Гитан представляет пить ферменты гидрогеназы к углеродным нанот собой водородно-метановую смесь, содержащую рубкам. Эти ферменты катализируют присоедине 20 об. % водорода. Добавка водорода существенно ние водорода к различным соединениям в ходе улучшает сгорание метана в двигателе и заметно реакций восстановления и могут исполнять роль снижает содержание вредных примесей в выхлоп катализаторов получения водорода и сжигания его в ных газах. Обеспечение эффективного хранения топливных элементах. Им удалось осуществить такой смеси на борту является важной задачей.

связь молекул гидрогеназы и синтетического мате Результаты проведенного моделирования [15] пока риала, сохранив возможность переноса электронов зали, что углерод со щелевидными порами позволя между этими компонентами, что позволило сделать ет хранить гитан при температурах, близких к ком такие гибридные материалы пригодными для про натной, и невысоких давлениях смеси (~ от 0.4 до изводства энергии (рис. 5).

2 МПа). Оптимальная ширина пор составляет 3. Ysmael V. et al. Active area and particle size of Pt particles synthesized from (NH4)2PtCl6 on a carbon support // Catal ysis Today. 2005. V. 107–108. P. 826–830.

4. Xinzhong X. et al. Simple and controllable synthesis of highly dispersed Pt-Ru/C catalysts by a two-step spray py rolysis process // Chem. Commun. 2005. P. 1601–1603.

5. Xuguang Li et al. The effect of the Pt deposition method and the support on Pt dispersion on carbon nanotubes // Electrochimica Acta. 2006. V. 51. P. 5250–5258.

6. Rostovshchikova T.N. et al. New size effect in the cataly sis by interacting copper nanoparticles // Applied Catalysis.

A. 2005. V. 296. P. 70–79.

7. Sun X. et al. 3D carbon nanotube network based on a hierarchical structure grown on carbon paper backing // Рис. 5. Молекулярная модель фермента гидрогеназы, Chemical Physics Letters. 2004. V. 394. P. 266–270.

прикрепленной к углеродной нанотрубке [14]. Кружком 8. Платинированные углеродные наноструктуры в каче обозначены кластеры FeS, через которые должна осуще- стве электрокатализатора для топливных элементов / ствляться химическая связь с нанотрубкой Е.В. Герасимова, А.А. Володин, Н.С. Куюнко и др. // Альтернативная энергетика и экология. 2006. № 6.

По мнению исследователей, новый материал С. 87–88.

может существенно снизить стоимость топливных 9. Тарасов Б.П., Гольдшлегер Н.Ф., Моравский А.П.

элементов, так как его применение позволит либо Водородсодержащие соединения углеродных наност уменьшить, либо вовсе отказаться от платины в руктур: синтез и свойства. // Успехи химии. 2001. Т. 70.

конструкции топливных элементов. Однако многие № 2. С. 149–166.

ключевые вопросы этих технологий остаются не- 10. Tarasov B.P., Maehlen J.P., Lototsky M.V., Muradyan разрешенными. V.E., Yartys V.A. Hydrogen sorption properties of arc generated single-wall carbon nanotubes. // J. Alloys and Compounds. 2003. V. 356–357. P. 510–514.

4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 11. Braga S.F. et al. Hydrogen storage in carbon nanoscrolls:

Углеродные наноструктуры являются перспек- an atomistic molecular dynamics study // Chem. Phys.

тивными материалами для создания эффективных, Lett. 2007. V. 441. P. 78.

12. Dimitrokakis G.K. et al. Pillared graphene: a new 3-D коррозионно-устойчивых и дешевых катализаторов network nanostructure for enhanced hydrogen storage // для водородно-воздушных топливных элементов и Nano Lett. 2008. V. 8. P. 3166–3170.

для хранения водорода в связанном состоянии.

13. Yildirim T. et al. Titanium-decorated carbon nanotubes as Работа выполнена при финансовой поддержке a potential high-capacity hydrogen storage medium // РФФИ (проект № 08-03-01117). Phys. Rev. Lett. 2005. V. 94. P. 175501.

14. Liu Y. et al. Increasing the density of adsorbed hydrogen СПИСОК ОБОЗНАЧЕНИЙ with coordinatively unsaturated metal centers in metal organic frameworks // Langmuir. 2008. V. 24. N 9. P.

ГДС — газодиффузионный слой 4772–4777.

ПАВ — поверхностно-активное вещество 15. Kowalczyk P. et al. Optimization of Slitlike Carbon ТЭ — топливный элемент Nanopores for Storage of hythane Fuel at Ambient Tem УНВ — углеродные нановолокна peratures// J. Phys. Chem. B. 2006. V. 110. N 47. P.

УНТ — углеродные нанотрубки 23770–23776.

16. Elias D.C. et al. Control of graphene's properties by re СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ versible hydrogenation: evidence for graphane // Science.

2009. V. 323. N 5914. P. 610–613.

1. Chan K.Yu. et al. Supported mixed metal nanoparticles as 17. Timothy J. et al. Wiring-up hydrogenase with single electrocatalysts in low temperature fuel cells // J. Mater.

walled carbon nanotubes // Nano Lett. 2007. V. 7. P.

Chem. 2004. V. 14. P. 505–516.

3528–3534.

2. Герасимова Е.В., Тарасов Б.П. Платина на углерод ных носителях - катализатор процессов в низкотемпе ратурных топливных элементах // Альтернативная энергетика и экология. 2009. № 8. С. 25–37.

УДК 662.769.2 : 330.133. В.А. Гольцов Донецкий национальный технический университет, Донецк, Украина КОНЦЕПЦИЯ МАВЭ О ВОДОРОДНОЙ ЦИВИЛИЗАЦИИ БУДУЩЕГО:

ТЕОРЕТИЧЕСКИЙ И ГУМАНИТАРНО-КУЛЬТУРНЫЙ БАЗИС ПЕРЕХОДА АННОТАЦИЯ 2. СОДЕРЖАТЕЛЬНАЯ СУЩНОСТЬ HyCi-КОНЦЕПЦИИ Концепция МАВЭ утверждает, что человечество сможет избежать экологической катастрофы и сохранить биосферу Концепция носит явно выраженный программ пригодной для жизни только одним единственным путем, а ный характер и включает три взаимозависимых и именно путем движения по направлению экологически взаимообусловленных составляющих: индустри чистого вектора: “водородная энергетика водородная ально-экологическую, гуманитарно-культурную и экономика водородная цивилизация”. Концепция геополитическую — международно-правовую.

водородной цивилизации состоит из трех взаимозависимых Индустриально-экологическая составляющая и взаимообусловленных составляющих: индустриально Концепции опирается на современную тенденцию экологической, гуманитарно-культурной, геополи развития водородной экономики и разрабатывает тической – международно-правовой. Обсуждена задача о формирования философского и гуманитарно-культурного историческое видение взаимозависимого развития базиса Концепции. Обобщены основные положения мировой экологической ситуации и водородной эко законодательно-экономического механизма перехода к номики в общепланетарном и региональных аспек первой ступени водородной цивилизации.

тах. Будучи основанной на учении В.И. Вернадского о биосфере, Концепция опирается в ее анализе на 1. ВВЕДЕНИЕ синергетику – современное учение о развитии слож ных, термодинамически открытых, самоорганизую Международная ассоциация водородной энерге щихся систем, каковой биосфера является.

тики (МАВЭ) является исторически первой всемир Гуманитарно-культурная составляющая Кон ной научно-общественной организацией (1974 г., цепции исходит из учения Вернадского о ноосфере президент–основатель профессор T.N. Ve-zirolu), и его культурно–философского наследия, а в своем аккумулировавшей 200-летнюю историю разработки развитии она опирается на современные достиже водородной идеи и обеспечившей трансформацию ния философии, культурологии и других гумани этой идеи в концепцию “водородная энергетика”.

тарных дисциплин. Историческая задача Концепции Именно благодаря многогранной активности МАВЭ в ее гуманитарно-культурном аспекте состоит в концепция водородной энергетики была воспринята формировании элитарного и массового водородно (70–90-е годы ХХ столетия) международной научно экологического и ноосферного сознания в отдель технической элитой и стала разрабатываться далее ных странах-лидерах, а затем и в масштабе всего как генеральное направление устойчивого развития человечества.

экологически чистого энергообеспечения мировой Геополитическая – международно-правовая со экономики (водородная экономика).

ставляющая Концепции утверждает правомерность В начале ХХI века МАВЭ вновь подтвердила и неизбежность возникновения в мировом сообще свое идеологическое водородное лидерство: на Со стве глобальных и локальных геополитических и вете директоров (WHEC-14, Канада, 2002 г.) была геоэкономических противоречий в процессе исто рассмотрена и принята концепция водородной ци рически длительного перехода в эру водородной вилизации – Hydrogen Civilization (HyCi-) Concept.

цивилизации. Концепция обосновывает приоритет Официальный статус HyCi-концепции, ее презента ность международно-правовых подходов, методов и ции на Всемирных конференциях МАВЭ по водо норм для разрешения геополитических и геоэконо родной энергетике и других водородных форумах мических противоречий и конфликтов, прежде все под патронатом МАВЭ привели к новому осмысле го, под эгидой ООН и ее структурных организаций нию будущего мировым водородным движением (ЮНИДО, ЮНЕСКО и т.д.).

([1–6] и сноски в этих работах).

Новое видение сущности водородной энергетики В настоящей презентации обобщается содержа и водородной экономики. Интенсивное вхождение в тельная сущность HyCi-концепции (В.А. Гольцов, жизнь водородной энергетики и водородной эконо T.N. Vezirolu, Л.Ф. Гольцова, T. Ohta, J. Bolcich и мики – это строительство технической и экономи др., см. в [1–6]) и обсуждается теоретический, ческой базы будущей человеческой цивилизации, культурно-гуманитарный и законодательно-эконо водородной цивилизации. Это означает, что уже в мический базис перехода в эру водородной наши дни необходимо видеть и оценивать конкрет цивилизации.

ную работу участников мирового водородного дви жения в новом глобальном ракурсе исторических масштабов.

3. МОЖЕТ ЛИ ИДЕЯ О ВОДОРОДНОЙ как некое духовное “небо”, на стремлении к кото ЦИВИЛИЗАЦИИ СЛУЖИТЬ рому должны быть сосредоточены все человеческие СУПЕРАТТРАКТОРОМ усилия.” [7].

ДЛЯ ЧЕЛОВЕЧЕСТВА? Проанализируем далее соотношение синергети ческой концепции мироздания [7] и HyCi Разрабатывая поставленный вопрос, будем исхо Концепции.

дить из идеи В.И. Вернадского о глубинной взаимо Действительно, концепция водородной цивили связи и взаимном влиянии различных типов челове зации является в определенном смысле “зароды ческого мышления: научного, философского, рели шем” исторического развития весьма и весьма при гиозного, художественного. В.И. Вернадский особо влекательной для человечества идеи. В своих исто подчеркивал: “Философия всегда заключает заро ках (ХIХ век) эта идея зародилась в форме фанта дыши, иногда даже предвосхищающие целые облас стической для того времени мысли Жюля Верна ти будущего развития науки … В истории развития (роман “Таинственный остров”, 1874 г.) о возмож научной мысли можно ясно и точно проследить та ности для человечества в будущем отапливаться кое значение философии как корней и жизненной водой, разлагая ее на водород и кислород и затем атмосферы научного мышления”.

сжигая водород 1.

Идеи синергетики и синергетический стиль Во второй половине ХХ столетия великая мысль мышления быстро проникли в естественные и тех Жюля Верна возродилась на новом уровне уже как нические науки, в биологию, геологию, археологию, весьма смелая научно-техническая гипотеза (70-е метеорологию, социологию и другие науки. В 90-е годы). Затем на этой базе в силу новых историче годы ХХ века синергетический стиль мышления ских условий сформировалась жизнеспособная кон входит в философию и историю. Начинает форми цепция экологически чистой водородной энергети роваться новое направление в философии и стро ки, стало формироваться мировое водородной дви иться философская синергетическая картина соци жение (80-е годы). В 90-е годы началась коммер альной реальности, включающая в себя человека, циализация водородной техники (и технологий) и общество, культуру и сознание (см. [7,8] и сноски в наступил этап развития и вхождения в жизнь водо этих трудах).

родной экономики. Наконец, уже в начале нынеш В свете вышесказанного закономерной является него века исходная выдающаяся мысль Жюля Верна постановка вопроса о соотношении и возможной о новой возможности для человечества получила взаимной дополняемости философской синергети свою завершенность в концепции водородной ци ческой концепции мироздания [8] и концепции во вилизации будущего. В этой концепции заложен и дородной цивилизации [1–6]. В силу ограниченно разработан прошедший историческое развитие че сти объема настоящей публикации остановимся ловеческий идеал – сохранить Землю и биосферу в далее только на одном, весьма важном, может быть, состоянии, благоприятном для жизни, путем движе даже центральном вопросе взаимной дополняемо ния человечества по экологически чистому вектору сти двух рассматриваемых концепций: речь будет “Водородная энергетика Водородная экономика идти о смысловом содержании одного из централь Водородная цивилизация”.

ных философских понятий – “суператтракторе” – и Таким образом, концепция водородной цивилиза о том, каким образом это понятие может прело ции и по своей содержательной сути, и по своей уже миться и высветиться, будучи введенным в содер свершившейся исторической развитости, и по своей жательную часть Концепции МАВЭ.

притягательности в качестве общественного идеа Суммируем сначала философское содержание ла вполне может (и будет) служить суператтрак понятия “суператтрактор”, как оно трактуется в си тором, движение к которому наполнит новым нергетической концепции мироздания [7]. Суперат смыслом предстоящую историю человечества.

трактор “есть не что иное, как продукт реализации Движение к этому конкретизированному науч абсолютного идеала”, “как результат реализации ной мыслью суператтрактору в соответствии с фи общественного идеала”. Тогда смысл истории со лософской концепцией синергетического мирозда стоит именно в процессе вечного “синергетическо ния будет носить асимптотический характер при го” движения человека (сменяющихся поколений и ближения к “абсолютному произведению” [7].

в целом человечества) к суператтрактору. При этом вечное движение к суператтрактору носит асимпто- Следует подчеркнуть, что у Жюля Верна, знаменитого тический характер приближения к “абсолютному писателя–фантаста, были многочисленные научные произведению” [7]. Именно асимптотический ха предшественники [5,6]. И все же именно Жюль Верн по рактер этого движения наполняет историю беско праву считается провозвестником водородной энергети нечно глубоким смыслом, делает ее смысл неисчер- ки, так как именно он привлек всеобщее внимание широ паемым: “…Всякий раз, когда достигается какой-то кой читающей публики последней четверти ХIХ и ХХ этап в продвижении к этому произведению, с его веков к новой возможности для человечества использо вершины открывается новая панорама, полная еще вать в качестве топлива водород, при сжигании которого более захватывающих сокровищ, и начинается но- образуется только вода. Cледуя мысли В.И. Вернадского, нельзя не подчеркнуть, что описанный пример наглядно вый этап. Ввиду практической недостижимости демонстрирует плодотворность взаимовлияния различ абсолютного произведения в конечный историче ных типов человеческого мышления: в данном случае ский срок оно фигурирует в сознании человечества научного и художественного мышления.

Действительно, уже сегодня мы можем выделить, суператтрактора, который мог бы быть принят че по крайней мере, два исторических этапа (две ступе- ловечеством как “продукт реализации абсолютного ни) в асимптотическом движении человечества к идеала” [7]. При этом философское мышление ри водородной цивилизации как суператтрактору. сует здесь следующую картину: “…люди, форми На первом начальном этапе, согласно Концепции рующие этот идеал, обладая гигантскими возмож МАВЭ, биосфера вступит в “эпоху своего ренессан- ностями в преобразовании окружающего мира и са”, будут сохраняться и даже в чем-то улучшаться самих себя, выбирают в то же время из всех воз экологические условия существования человечества. можностей такого преобразования только такие пу На этом этапе для производства водорода человечест- ти и средства, которые соответствуют этическим и во будет еще в основном использовать невозобновляе- эстетическим нормам, продиктованным абсолютной мые источники первичной энергии: атомную энергию, моралью и абсолютной красотой” [7].

ископаемые топлива, а в перспективе – термоядерную В заключение данного раздела работы повторим, энергию. Использование возобновляемых источников что согласно [7] философский смысл истории состоит энергии (солнца и его производных) на этом истори- именно в процессе вечного синергетического движе ческом этапе будет иметь место, но в ограниченных ния человека и человечества к суператтрактору. Кон масштабах (по экономическим и техническим причи- цепция МАВЭ о движении и будущем переходе в эру нам лишь до 10–20 % от общего энергопотребления). водородной цивилизации наполняет эту философскую Совершенно очевидно, что сама мысль о такой воз- парадигму (это духовное “небо”) конкретным практи можности благоприятного развития биосферы уже на ческим содержанием.

первом этапе движения к водородной цивилизации является для человеческого сознания нашего времени 4. О ГУМАНИТАРНО-КУЛЬТУРНОМ БАЗИСЕ (когда больше думают, и вполне обоснованно, о миро- КОНЦЕПЦИИ МАВЭ вой экологической катастрофе) именно “духовным Историческая задача Концепции в ее гуманитар небом”.

но-культурном аспекте состоит в формировании После достижения этой ступени в асимптотиче элитарного и массового водородно-экологического ском движении к суператтрактору, согласно синер и ноосферного сознания в отдельных странах гетической концепции мироздания, откроется “но лидерах, а затем и в целом в масштабах всего чело вая захватывающая панорама и начнется новый ис вечества.

торический этап”. В рамках Концепции МАВЭ Это новое водородно-экологическое сознание мыслится, что развитие этого последующего исто элиты человечества не может быть основано на идее рического этапа будет инициировано и будет под запретов расширения энергопотребления “а ля Ки держиваться все более и более широким прямым отский протокол”. Оно должно быть и будет осно использованием энергии солнца (и его производных) вано на реальных, все более уточняемых результа при производстве водорода для энергетического тах системного прогнозно-аналитического изучения жизнеобеспечения человечества. Очевидно, что на функционирования биосферы как целого (и ее от этом исторически далеком этапе биосфера будет дельных систем) на очередные 50–100 лет по сцена претерпевать такие трансформации, аналогов кото риям, учитывающим различные пути и масштабы рым не было в ее геологическом и историческом использования энергетического водорода в мировой прошлом. Действительно, с одной стороны, элемен индустрии, на транспорте, в быту.

тарные расчеты показывают, что если, например, Следуя логике В.И. Вернадского, необходимо поверхность Сахары покрыть полупроводниковыми констатировать, что движение такого масштаба солнечными батареями, то получаемой энергии бу должно быть и будет поистине ноосферным, и исто дет достаточно, чтобы обеспечить жизнедеятель рический процесс формирования и принятия нового ность всего человечества. С другой стороны, осу водородно-экологического сознания захватит боль ществление проектов такого масштаба (это уже ра шую часть мировой элиты: научной, культурной, бота “сверхчеловека” и “сверхчеловечества” [7]) управленческой, финансовой, законодательной и т.д.

неизбежно изменит стационарный энергетический Остановимся теперь на водородно-экологиче баланс биосферы со всеми дальнейшими, трудно ском массовом сознании, последовательное форми предсказуемыми последствиями. 2 Соответственно рование и степень развитости которого в конечном на этом новом историческом этапе на первый план счете будут определять принятие (или не принятие) выступят проблемы формирования обновленного человечеством движения в эру водородной цивили зации.

Укажем только на тот факт, что, например, изменится су- Историческая необходимость смены массового ществующее в течение тысячелетий стационарное распреде сознания при переходе в эру экологически чистой ление долей солнечной энергии, непосредственно потреб водородной цивилизации диктуется нижеследую ляемых биосферой и “отдаваемых” назад в космос. Из уче ния В.И. Вернадского следует, что такая энергетическая щим.

трансформация биосферы “стронет с места” геологическое Экономика ХХ века была основана на перма существование Земли, биосферы и человечества, как основ нентном инициировании роста человеческих по ной геологической силы. Все это, несомненно, станет пред требностей в “вещах и услугах”. Потребление все метом особого внимания со стороны геологии, историче бльшего количества “вещей и услуг” считалось и ской экогеологии и других наук о Земле – единственной пока известной планеты, где есть биосфера и жизнь в их считается эквивалентом высокого качества жизни.

настоящей форме.

Перманентно возрастающее производство – обго- пешно идет более 30 лет) будет перманентно няющий рост потребления (спроса), будучи цен- уменьшать стоимостный разрыв между относитель тральной дилеммой экономики ХХ века, определяет но дорогой пока водородной экономикой и эконо жизнь человечества и в наши дни. Соответственно микой нефти и газа. Эта тенденция уже вполне хо иметь больше “вещей и услуг” является современной рошо просматривается при анализе развития водо парадигмой высокого качества жизни. родной энергетики и водородной экономики за по Однако за последние десятилетия интегральные следние годы ХХ века и первые годы ХХI века. В показатели качества реальной жизни постепенно и все этом же направлении будет действовать переход на сильнее снижаются. Действительно, по данным ВОЗ массовое производство энергетического водорода и уже шесть процентов смертности являются прямым водородной техники.

результатом экологически вредных выбросов. Второе базисное положение основано на исчер Независимые эксперты приходят к однозначно- паемости мировых запасов нефти и газа. Пик Ху му выводу о неблагополучных тенденциях развития берта может быть скоро достигнут. Соответственно современной экономики и современного общества мировая экономика будет испытывать энергетиче (см. в [8] и ссылках этого издания). Здесь важно ский голод. “Взгляд в будущее мрачен и не предве понимать, что валовый внутренний продукт (ВВП) щает ничего хорошего. Требуются беспрецедентные или валовый национальный продукт (ВНП) фикси- немедленные действия” (J.O’M. Bock-ris). Совер руют лишь рост производства, в том числе и не- шенно очевидно, что такой ход развития мирового нужного, вредного для общества (например, игор- рынка энергоносителей будет ускорять сокращение ный бизнес, порнобизнес и другие формы бизнеса, стоимостного разрыва между водородной экономи обслуживающего негативные потребности Homo кой и экономикой нефти и газа.

desipiens faber). Как формулирует В.А. Зубаков [8]: Вышеобозначенные два базисных положения “ВНП отражает динамику рынка – чем больше за- уже сами по себе будут устойчиво обеспечивать трат, тем выше ВНП”. движение к достижению экономической выгодно Новый более сложный и комплексный “индекс сти энергетического водорода и обеспечат в исто истинного прогресса (ИИП) – Genuine Progress in- рически обозримом будущем устойчивое самораз dex (GPI)”, предложенный К. Коббом в 1989 г. (см. витие водородной рыночной экономики.

в [10]), включающий более 20 индикаторов эколо- Однако экстремальная экологическая угроза и гии, здоровья, образования и состояния природных возможная всемирная катастрофа должны быть ресурсов, дает совсем иную оценку современной приняты во внимание. Действительно: “Сколько социально-экологической ситуации. времени у нас осталось?” В самом деле, например, за период 1950–1995 гг. Концепция МАВЭ в ее гуманитарно-культурном ВНП США на душу населения вырос более чем базисе отражает ту реальную ситуацию, что массо вдвое, в то время как ИИП с 1975 по 1995 гг. сокра- вое сознание человечества и элитарное сознание тился на 45 %. значительной (даже большей) части образованного Ситуация, несомненно, будет усугубляться. Это общества не осознают пока, что истинное качест означает, что действующая парадигма качества во жизни даже “золотого миллиарда” (а не только жизни должна быть заменена на новую. всего человечества) перманентно ухудшается, и Согласно Концепции МАВЭ, в ХХI веке челове- тем более не осознают исторически близкой опас чество примет новую гуманитарно-культурную па- ности общемировой экологической катастрофы.

радигму: высокое качество жизни будет ассоции- Третье базисное положение. HyCi-концепция в роваться (и восприниматься) как оптимальное со- ее гуманитарно-культурной составляющей утвер четание хорошей, экологически чистой жизненной ждает, что принципиальным образом может и дол среды с разумным удовлетворением необходимых жен быть сокращен исторический временной ин духовных и материальных потребностей. Основан- тервал, необходимый для достижения первой сту ное на этой парадигме новое массовое сознание пени водородной цивилизации, когда человечество будет служить гуманитарно-культурной основой уже сможет избежать мировой экологической ката для законодательно-экономического механизма пе- строфы и сохранить биосферу пригодной для жиз рехода к водородной цивилизации. ни. Это может быть и будет достигнуто на основе Сказанное является решающим гуманитарно- смены парадигмы о качестве жизни и путем введе культурным условием обеспечения реального дви- ния системы экологических налогов. Иными слова жения человечества в эру водородной цивилизации. ми, концепция МАВЭ берет за основу лозунг ры Поэтому сформулируем и обсудим далее базисные ночной экономики: “За все нужно платить!” и рас положения законодательно-экономического меха- ширяет его: “За все нужно платить и за жизнь на низма перехода к первой ступени водородной циви- Земле тоже!” лизации. Возможность введения экологических налогов будет полностью определяться подготовленностью к этим акциям населения индустриальных мегапо 5. БАЗИСНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ МЕХАНИЗМА лисов, отдельных стран и, наконец, подготовленно HyCi-ПЕРЕХОДА стью народов в глобальном масштабе.

Первое базисное положение. Техническое со Итак, вышеизложенные три базисных положе вершенствование водородной техники и водород ния составляют основу законодательно-экономи ных энергетических технологий (которое уже ус биосферу пригодной для жизни. Это может быть и ческого механизма Концепции МАВЭ, который, будет достигнуто на основе смены парадигмы о ка функционируя (по Вернадскому) как ноосферная честве жизни и путем введения системы экологи необходимость, обеспечит переход мировой эконо ческих налогов.

мики в ситуацию, когда энергетический водород Именно системное использование экологических станет экономически выгодным товаром и тем са налогов, будучи важнейшей составной частью зако мым обеспечит полноценное рыночное функциони нодательно-экономического механизма перехода к рование водородной экономики как технической и водородной цивилизации, будет целиком базиро экономической базы перехода человечества в эру ваться на обязательном переводе элитарного и мас водородной цивилизации.

сового сознания на водородно-экологические рель сы. Более того, концепция МАВЭ утверждает, что 6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ скорость формирования гуманитарно-культурного В настоящей работе обобщены знания об исто базиса будет в целом определять скорость движения рических условиях, обусловивших на рубеже XX и человечества по экологически чистому вектору “во XXI веков зарождение и развитие новой крупно дородная энергетика водородная экономика масштабной Концепции Международной ассоциа водородная цивилизация”.

ции водородной энергетики о будущем переходе человечества в эру водородной цивилизации. Кон- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ цепция носит явно выраженный программный ха- 1. Гольцов В.А. Биосфера и нарастание парникового эф рактер и включает три взаимозависимых и взаимо- фекта: возможна ли планетарная экологическая ката строфа? // Творческое наследие В.И. Вернадского и со обусловленных составляющих: индустриально временность: Доклады Международной научной кон экологическую, гуманитарно-культурную и геопо ференции (10–12 апреля 2001 г.), Донецк, 2001. – С.

литическую — международно-правовую. 386–392.

Рассмотрен вопрос о теоретическом, гуманитар- 2. Гольцов В.А. Планетарные аспекты перехода к водо но-культурном и законодательно-экономическом родной цивилизации будущего // Творческое наследие базисе Концепции о водородной цивилизации бу- В.И. Вернадского и современность: Доклады Междуна дущего. родной научной конференции (10–12 апреля 2001 г.), Донецк, 2001.–С. 433–439.

Анализ соотношения и взаимосвязи философ 3. Goltsov V.A., Veziroglu T.N., Goltsova L.F. Hydrogen ской синергетической концепции мироздания с civilization of the future – a new conception of the IAHE // концепцией водородной цивилизации выявил сле Intern. Journal of Hydrogen Energy. 2006. Vol. 31. No. 2.

дующее: водородная цивилизация будущего и по P. 153–159.

своей содержательной сути, и по своей уже свер- 4. Goltsov V.A., Veziroglu T.N., Goltsova L.F. Hydrogen шившейся исторической развитости, и по своей civilisation concept: historical and all-planetary aspects // притягательности в качестве общественного Intern. Journal of Nuclear Hydrogen Production and Appli идеала вполне может (и будет) служить суперат- cation. 2006. Vol.1. No.2. P. 112–133.

трактором, движение к которому наполнит новым 5. Goltsov V.A. Memorandum on a novel IAHE conception of a hydrogen civilisation of the future: historical aspects смыслом предстоящую историю человечества.

and the new challenges of the present day // Intern. Journal Выделены два исторических этапа (две ступени) of Nuclear Hydrogen Production and Applications. 2008.

в асимптотическом движении человечества к водо Vol. 1. No. 4. P. 272–277.

родной цивилизации как к суператтрактору.

6. Гольцов В.А. Концепция водородной цивилизации Концепция МАВЭ в ее гуманитарно-культурном будущего: философский и гуманитарно–культурный базисе отражает ту реальную ситуацию, что массовое базис. В кн.: Мудрость Дома Земля. О мировоззрении сознание человечества и элитарное сознание значи- ХХI века: Экогеософский альманах. Российско тельной (даже большей) части образованного общест- украинское издание / под ред. С.Г. Джуры, В.А. Янки ва не осознают пока, что истинное качество жизни ной и А.Б. Казанского. СПб–Донецк, 2007. С. 93–106.

7. Малышев Ю.М. Синергетическая концепция мирозда даже “золотого миллиарда” (а не только всего челове ния. В кн.: Мудрость дома Земля. О мировоззрении XXI чества) перманентно ухудшается, и тем более не осоз века. Экогеософский альманах. Вып. 4–5 / под ред.

нают исторически близкой опасности общемировой В.А. Зубакова. СПб–Донецк, 2003. С. 90–110.

экологической катастрофы.

8. Экогеософский альманах Мудрость Дома Земля. О Концепция МАВЭ утверждает, что принципи мировоззрении ХХI века. Российско-украинское изда альным образом может и должен быть сокращен ние / под ред. С.Г. Джуры, В.А. Янкиной и исторический временной интервал, необходимый А.Б. Казанского. СПб–Донецк, 2007. 192 с. Электрон для достижения первой ступени водородной циви- ная версия: http//www.roerich.com.

лизации, когда человечество уже сможет избежать мировой экологической катастрофы и сохранить УДК 546. Е.А. Евард, А.М. Добротворский, А.П. Войт, И.Е. Габис Санкт-Петербургский государственный университет, физический факультет, Санкт-Петербург, Россия МЕХАНИЗМЫ АКТИВАЦИИ ДЕГИДРИРОВАНИЯ MgH2 И AlH АННОТАЦИЯ 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ Проведено экспериментальное (ТДС и СЭМ) и мо дельное исследование влияния зародышей металлической В исследованиях использовали гидрид магния фазы или фрагментов чужеродного металла на поверхно- (4-5 масс.% металлического Mg), полученный пря сти частиц гидридного материала на кинетику выделения мым синтезом из механически измельченного маг водорода из MgH2 и AlH3. Показано, что металл служит ния и водорода высокой чистоты (99,999 %) при облегченным каналом десорбции водорода. Получены температуре 400-470 °С и давлении до 30 МПа.

кинетические параметры, пригодные для использования в Состаренный гидрид алюминия (алан) был исходно инженерных расчетах.

произведен химическими методами. Материалы хранились в атмосфере инертного газа.

1. ВВЕДЕНИЕ Проводились ТДС- и изотермические экспери Гидриды алюминия и магния находятся под менты по разложению алана и гидрида магния.

пристальным вниманием исследователей благодаря Образцы с использованием перчаточных боксов и высокому массовому содержанию водорода. Об- герметичных контейнеров помещались в экспери ширную библиографию по гидриду магния можно ментальную установку с диапазоном рабочих дав найти, например, в обзоре [1]. Многочисленные лений 10-5 – 105 Па, откачивались до вакуума 10- усилия предпринимаются для снижения температур Па и выдерживались 3-4 ч. Десорбция водорода из выделения водорода, называемого также «актива- гидрида осуществлялась путем линейного нагрева цией», однако, как правило, все они сводятся к ме- автоклава с образцом (20 – 50 мг) с помощью ханохимической обработке (помолу в шаровой внешнего нагревателя, управляемого от ЭВМ. Для мельнице) исследуемого гидрида в присутствии улучшения теплопередачи в автоклав перед нача того или иного катализатора. Работы, объясняющие лом эксперимента подавали водород при давлении механизм снижения температуры десорбции, нам не 13.33 кПа. Источником водорода служил гидрид известны. Данное исследование посвящено актива ный аккумулятор на основе LaNi5. Нагревался толь ции дегидрирования за счет образования металли ко автоклав (внутренний объем 3.5 мл), а в термо ческих зародышей на поверхности частиц порошка статированной рабочей камере с объемом 325 мл гидридов магния и алюминия.

газ поддерживался при постоянной (близкой к ком По кинетике взаимодействия водорода с метал натной) температуре. Выделение водорода из гид лами накоплен огромный экспериментальный мате рида приводило к росту давления в рабочей камере.

риал и сделаны теоретические обобщения (см., Давление регистрировалось с помощью емкостных например, [2]). Взаимодействие водорода с неме таллическими материалами исследовано гораздо датчиков Varian CeramiCel. Детальное описание слабее, однако имеющиеся работы, в том числе и эксперимента можно найти в [4].

наши [3], позволяют сформулировать общие зако- Долю прореагировавшего материала оценива ны. Основываясь на них, можно утверждать, что ли по количеству выделившегося водорода с учетом скорость десорбции водорода с каталитически ак- разницы температур нагреваемого автоклава и тер тивной поверхности металлов идет с существенно мостатированной рабочей камеры. Исходное со более высокими скоростями, чем с пассивной по- держание водорода в образцах оценивали, относя верхности неметаллов. Гидриды магния и алюми- количество выделившегося водорода к массе дега ния представляют собой ионно-ковалентные соле- зированного металла. Для гидрида алюминия полу подобные соединения, поэтому естественно пред чили усредненное по всему ряду образцов значение положить, что десорбция водорода с их поверхно 9,6±0,1 вес%, для гидрида магния 7,25±0,05 вес %.

сти должна быть затруднена. Нужно учитывать В случае долговременных десорбционных экспери также, что эти материалы покрыты пассивирующи ментов с аланом при низких температурах доводили ми загрязнениями и, вероятно, слоем окисла. Имен долю прореагировавшего материала до 60-80 % и но поэтому наши исследования основывались на затем догревали образец до более высокой темпера предположении, что активация десорбции в той или туры (200-250 °С) для оценки суммарного количе иной форме основывается на формировании фраг ства водорода и нормировки результатов.

ментов или зародышей металлической фазы на Микроструктура гидридов при разных степенях поверхности частиц гидридного материала. Рас декомпозиции и формирования (для гидрида маг сматривались 3 варианта активационного воздейст ния) исследовалась методами электронной микро вия:

• механическое нанесение металла;

скопии в МРЦ "Нанотехнологии" (СПбГУ) и метал • кратковременный нагрев;

лографии в Уфимском институте ИПСМ РАН.

• механохимическая обработка.

3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ - d/dt, c 3.1. Гидрид магния 0, Механическое нанесение металла. 0, Порошок гидрида помещался между двумя пла- 0, стинами из никеля марки НВК вакуумной плавки, 0, после чего верхняя пластина совершала движения 0, по кругу относительно нижней. Процедура, прово 0, димая в течение 5 мин приводила к появлению се 0, рого металлического блеска гидридного порошка и 0, к сильному изменению температурной зависимость скорости выделения водорода. На рис. 1 приведены 0, кривые дегазации исходного (кривая 1) и обрабо- T, C 250 300 350 400 450 танного образцов (кривая 2). Видно, что такая не- Рис. 2. Снижение температуры выделения водорода из хитрая процедура приводит к сильному изменению гидрида магния после кратковременного нагрева: 1 – десорбционного пика: температура максимума сни- частичная десорбция из исходного образца;

2 – повторная зилась с 450 °С до 420 °C, а его ширина на полувы- частичная десорбция с последующим охлаждением;

3 – финальная десорбция соте увеличилась вдвое.

- d/dt, c эрбия. Исходный образец ErH2 уже обладает ме 0, таллическим типом связи [5,6], и поэтому кривые десорбции для первоначального и последующих нагревов практически совпадают.

0,006 0, Flux, a.u.

0,002 0,000 T, C 380 400 420 440 Рис. 1. Снижение температуры выделения водорода из гидрида магния после механического нанесения никеля:

1 – MgH2;

2 – MgH2 + Ni Активация коротким нагревом. Процедура такой активации заключается в ли нейном нагреве образца до тех пор, пока из него не 800C T, 400 500 600 выделится необходимое количество водорода, по Рис. 3. Многостадийное разложение ErH2: цифры ука сле чего образец быстро охлаждается. Очевидно, зывают номер нагрева: 1 – 3: выделение порциями около что при выделении водорода из гидрида металла 20 %;

4 – финальная дегазация формируется металл, который и может служить каналом облегченной десорбции водорода. Таким образом, цель активации дегидрирования будет Механохимическая обработка достигнута. Для гидрида магния доля водорода, Этот способ обработки приводит к разнообраз выделяемого при активации, составляла примерно ным изменениям материала: измельчению, появле 15 %. На рис. 2 показана серия кривых при много нию чистых и поэтому более активных поверхно стадийном разложении MgH2. Скорость нагрева для стей, нанесению дополнительных частиц, могущих всех стадий была одинаковой (0.1 К/с). После выде ления первой порции водорода и образования заро- служить катализаторами, образованию стабильных дышей металлической фазы (кривая 1) последую- и метастабильных фаз и т.п. На рис. 4 показаны щая дегазация (кривая 2) начинается с существенно десорбционные кривые гидрида магния и молотой более низкой температуры. Финальная дегазация смеси гидрид/углерод. На кривой 2 (MgH2/C сразу (кривая 3) начинается при еще меньшей температу- после помола) проявляется низкотемпературное ре. плечо. После повторного гидрирования этого же Дополнительным аргументом того, что именно образца до состава MgH1.4/C низкотемпературная возникновение зародышей металлической фазы на фаза выделения отсутствует (кривая 3). Можно неметаллическом материале при такой активации предположить, что часть гидрида магния и углерод приводит к появлению канала облегченной десорб в процессе помола образует композит, который ции, может служить аналогичная процедура, прове необратимо выделяет водород при нагревании.

денная на гидриде с металлическим типом связи. На рис. 3 приведено семейство кривых для дигидрида (t) - d / dt, 10 /s 1,0 0, 0,6 =0.1 K/s 0, 3 0, 2 0, T, C 50 100 150 Т, С 0 100 200 300 400 Рис. 6. Снижение температуры выделения водорода из Рис. 4. Сравнение кинетики разложения гидрида маг гидрида алюминия после кратковременного нагрева: 1 – ния и молотой смеси гидрид-углерод: 1 – MgH2;

2 – частичная десорбция из исходного образца с последую MgH2/C после обработки;

3 – после повторного гидридо щим охлаждением;

2 – финальная десорбция вания Mg/C Механохимическая обработка Повторно гидрированные чистый магний и смесь Mg/C демонстрируют также различие в кине На рис. 7 приведены кривые дегазации неакти тике разложения, связанное, как мы полагаем, с вированного гидрида алюминия (кривая 1), терми уменьшением объема частиц и увеличением актив чески активированного (кривая 2) и молотого с ной поверхности после помола (рис. 5).

окислом титана (кривая 3). Как и в случае с магни ем, эффект помола оказывается сильнее термиче ской активации.

- d/dt, c - 1 - MgH1.2 -- Mg d / dt, c 2 - MgH1.4 /C--Mg/C 1 - 3K/min (AlH3 - n.a.) 0,002 0, 1 2 - 3K/min (AlH3 - act.) 3 - 4K/min (AlH3/TiO2) 0, 0, 0, 0, 0, 0, T, C 270 360 T, C 50 100 150 Рис. 5. Дегазация после повторного гидрирования: 1 – Рис. 7. Разложение гидрида алюминия: 1 – неактиви MgHх;

2 – молотый MgHх/C рованного;

2 – термически активированного;

3 – молотого с TiO2 [7] 3.2. Гидрид алюминия Активация коротким нагревом 4. ОБСУЖДЕНИЕ РЕЗУЛЬТАТОВ Процедура проводилась аналогично обработке С помощью десорбционных экспериментов по гидрида магния, и также первоначальный нагрев казано, что описанные выше способы активации (рис. 6, кривая 1) приводил к появлению облегчен приводят к снижению температур, при которых ного канала десорбции в виде зародышей металли происходит десорбция водорода. Для подтвержде ческой фазы;

при последующем нагреве (рис. 6, ния того, что короткий нагрев действительно при кривая 2) десорбция становится заметной при суще водит к формированию зародышей металлической ственно более низкой – примерно на 50 С – темпе фазы на частицах гидрида, была проведена элек ратуре. Явно выраженное плечо на заднем фронте тронная микроскопия образцов. На рис. 8 приведена финальной десорбции (кривая 2) связано, вероятнее металлография гидрида магния.

всего, с тем, что часть порошинок не активирова Видно, что кратковременный нагрев исходных лась при первоначальном нагреве, и десорбция с частиц гидрида приводит к формированию одного них началась позже.

или нескольких зародышей металлической фазы.

ния существенно усложняют соответствующую модель, которая находится в стадии проработки.

Предварительные оценки для десорбции водорода с поверхности алюминия следующие:

Ed =45 кДж/моль, предэкспоненциальный множи тель b0=1.510-15 см4с-1 [7].

Механохимическая обработка исследуемых гид ридов с катализатором представляет собой сложный процесс, и не представляется возможным однознач но ответить на вопрос о механизме активации де сорбции водорода. Например, заметная активация, достигнутая в работе [8] при использовании оксида титана в качестве катализатора для MgH2, вызывает сомнения об уместности применения здесь этого Рис. 8. Фотография в оптическом микроскопе шлифа термина, поскольку TiO2 должен вести себя пассив частично разложенного гидрида магния (примерный но по отношению к водороду. Ускорение процесса состав MgH1.3). Светлые области – -Mg;

темные – -Mg десорбции в этом случае можно объяснить несколь Частицы исходного гидрида алюминия имеют кими факторами, в частности:

правильную форму (рис. 9). Дегидрирование при- удачными абразивными свойствами оксидов, водит к появлению многочисленных зародышей приводящими к более или менее сильному измель металлической фазы на их поверхности (рис. 10). чению исходного гидридного порошка;

раскалыванию исходных частиц порошка и по явлению чистых и поэтому более активных поверх ностей;

восстановлением оксида до металлического со стояния в процессе шарового помола.

Поскольку температура выделения водорода из стехиометрического AlH3 невысока, при шаровом помоле может происходить частичная декомпозиция гидрида, и на частицах гидрида возникают зародыши металла. Т.е. механохимическая обработка алана в этом смысле сходна с термической активацией.

Магний-углеродный композит, образованный путем помола с графитом, исследовался многими авторами [1, 9-11]. Отмечалось измельчение, обра Рис. 9. Электронная микроскопия исходного AlH зование метастабильной водородсодержащей фазы, улучшение коэффициента теплопроводности в прессованных таблетках из MgH2/C, однако эти факторы не влияют на кинетику выделения водоро да. Улучшение кинетики сорбции/десорбции водо рода в Mg/C, связано, вероятнее всего, с теми же факторами, что и в системе Al/TiO2, т.е. с восста новлением окислов, измельчением, раскалыванием и образованием зародышей металлической фазы как при термической активации.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Появление зародышей металлической фазы или фрагментов чужеродного металла на поверхности Рис. 10. Электронная микроскопия частично разло частиц MgH2 и AlH3 оказывает сильное влияние на женного гидрида алюминия (примерный состав AlH1.8) кинетику дегидрирования, поскольку служит облег Зародыши металла на частицах гидридов магния ченным каналом десорбции водорода.

и алюминия представляют собой облегченные кана- Работа выполнена при финансовой поддержке лы выделения водорода. Кинетика дегидрирования РФФИ, грант 09-03-00947-а.

магния и феноменологическая модель подробно описаны в нашей статье [4]. Получены следующие СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ оценки для десорбции водорода через металличе 1. Sakintuna B., Lamari-Darkrim F., Hirscher M. Metal ские каналы: Ed =185±10 кДж/моль, предэкспонен hydride materials for solid hydrogen storage: A review // циальный множитель b0=10-11.0±05 см4с-1. Многочис- Int J Hydrogen Energy. 2007. N 32. P. 1121–1140.

ленные зародыши на поверхности гидрида алюми 2. Взаимодействие водорода с металлами / В.Н. Агеев, 8. Oelerich W., Klassen T., Bormann R. Metal oxides as О.П. Бурмистрова и др.;


под ред. А.П. Захарова. М.: catalysts for improved hydrogen sorption in nanocrystal Наука, 1987. line Mg-based materials // J Alloys and Compounds.

2001. N 315. P. 237– 3. Габис И.Е. Перенос водорода в пленках графита, аморфного кремния и оксида никеля // ФТП. 1997. 9. Klyamkin S.N., Tarasov B.P., Straz E.L. et al. Ball Т.31. Вып. 2. С. 145-151. milling synthesis and properties of hydrogen sorbents in magnesium hydride-graphite system // International 4. Евард Е.А., Габис И.Е., Мурзинова М. А. Кинетика Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology выделения водорода из стехиометрического и несте ISJAEE. 2005. №1 (21). P.27-29.

хиометрического гидрида магния // ФХММ. 2007. Т 43. № 5. С.25-29. 10. To S. Dal, Russo S. Lo, Maddalena A. et al. Hydrogen desorption from magnesium hydride–graphite 5. Metal hydrides / Mueller W.M., Blackledge J.P., Libo nanocomposites produced by ball milling // Materials wits G.G. New-York: Academic Press, 1968.

Science and Engineering. 2004. V. B 108. P.24-27.

6. Фромм Е., Гебхардт Е. Газы и углерод в металлах.

11. Chaise A., de Rango P., Marty Ph. et al. Enhancement М.: Металлургия, 1980.

of hydrogen sorption in magnesium hydride using 7. Добротворский М.А., Игнатьева А.А., Войт А.А., expanded natural graphite // Int J Hydrogen Energy. 2009.

Габис И.Е. Влияние механической обработки с ката in press, available at www.sciencedirect.com.

лизатором на кинетику десорбции водорода в AlH3 // Взаимодействие изотопов водорода с конструкцион ными материалами: Доклады международной конфе ренции IHISM-08, Саров, 2009. С. 160-170.

УДК 621. 1 Л.Е. Исаева, Д.И. Бажанов, Э.И. Исаев2,3, С.В. Еремеев4, С.Е. Кулькова И.А. Абрикосов Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова (физический факультет), Москва, Россия (1) Московский институт стали и сплавов (технологический университет), Москва, Россия (2) Институт Линчопинга (факультет физики, химии и биологии), Линчопинг, Швеция (3) Институт физики прочности и материаловедения СО РАН, Томск, Россия (4) ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ СТАБИЛЬНОСТИ ДЕФЕКТНОЙ ФАЗЫ ГИДРИДА ПАЛЛАДИЯ ИЗ ПЕРВЫХ ПРИНЦИПОВ мической стабильности дефектной фазы гидрида АННОТАЦИЯ палладия, в которой атомы водорода занимают либо В работе представлены результаты первопринципного октаэдрические, либо тетраэдрические пустоты.

исследования атомных, электронных и динамических свойств дефектной фазы гидрида палладия Pd3VacH4 с 2. ДЕТАЛИ РАСЧЕТА группой симметрии L12, наблюдавшейся экспериментально.

Изучены энтальпия образования, квантовые и электронные Первопринципные расчеты проведены в рамках свойства этого гидрида, а также фононные дисперсионные теории функционала плотности [6,7] и теории воз соотношения. Исследовано влияние заполнения структуры мущений в функционале плотности [8]. В работе дефектной фазы атомами водорода на термодинамическую использовалось программное обеспечение Quantum стабильность этой фазы в основном состоянии и под давле ESPRESSO [9]. Ультрамягкие псевдопотенциалы, нием. Показано, что положение атомов водорода в структу ре дефектной фазы может существенным образом повлиять предложенные Вандербильтом, были использованы на ее стабильность и может стать причиной дальнейшего для учета электрон-ионного взаимодействия [10].

фазового перехода. Приближение локальной плотности [11], дающее значение энергии образования вакансии в матрице 1. ВВЕДЕНИЕ Pd 1.82 эВ, близкое к экспериментальному значе Гидриды металлов, благодаря своим уникальным нию 1.85 эВ [12], было использовано для учета об свойствам, на протяжении нескольких десятилетий мен-корреляционных эффектов. Набор плоских привлекают внимание как с прикладной, так и фун- волн с максимальной кинетической энергией 40 Рид даментальной точки зрения. Известно, что плот- был использован для описания волновых функций ность водорода в гидридах металлов может быть электронов в периодическом кристалле. Для учета больше плотности водорода в жидком состоянии локализованного заряда d-электронов палладия мы [1]. Поэтому возникла идея использования гидридов использовали плоские волны с энергией 800 Рид.

металлов для хранения водорода [2]. Однако хране- Для проведения интегрирования по зоне Бриллюэна ние водорода в металлах может приводить к неже- была использована сетка 12x12x12 k-точек, сгене лательным изменениям физических и механических рированная по методу Монкхорста-Пака [13]. Рас свойств материала, например, к охрупчиванию. чет фононных спектров проводился с помощью ме Экспериментально установлено, что процесс гидро- тода линейного отклика с использованием сетки генизации может существенно повлиять на равно- 4x4x4 q-точек [14]. В данной работе мы рассмотре весную концентрацию вакансий в металлах, вплоть ли вакансионно упорядоченную фазу Pd3VacH4, в до 18 % [3]. Этот эффект был обнаружен во многих которой атомы водорода занимают либо четыре металлах (Pd, Ni, Cu, Rh, Mn и т.д. [4]) и сплавах октаэдрические поры, либо четыре тетраэдрические.

(Pd-Rh, Pd-Pt [3]), что доказывает общность этого Для расчета энтальпии образования дефектной фазы явления. Другое интересное явление, связанное с мы использовали следующую формулу:

процессом наводораживания, это процесс упоря- E (Pd 3VacH 4 ) 3 E (H 2 ) H SAV = E (Pd).

дочения вакансий в гидридах. В работе [3] было 4 4 впервые экспериментально подтверждено сущест- В формуле E(Pd), E(Pd3VacH4) и E(H2) – полные вование дефектной фазы гидрида палладия энергии соответствующей системы. Энтальпия сис Pd3VacH4, в которой, как предположили авторы, темы рассчитана на один атом водорода.

атомы водорода занимают октаэдрические пустоты.

Однако проблема точного расположения атомов 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ водорода в дефектной фазе еще не решена. В част Первоначально нами была рассмотрена структу ности, было показано [5], что в ОЦК железе, в кото ра Pd3VacH4, предложенная в работе [3], в которой ром также образуется дефектная фаза, водород за атомы водорода занимают 4 октаэдрических междо нимает тетраэдрические междоузлия. Поэтому в узлия, как это показано на рис.1,а. Равновесный данной работе было проведено исследование дина параметр решетки в наших расчетах составляет 3.92, что близко к экспериментальному 4.02 [3].

Различие между рассчитанным теоретически и экс периментальным значениями составляет 2.5 %, что находится в пределах ошибки, характерной для приближения локальной плотности. Значение эн тальпии образования такого гидрида -0.40 эВ, кото рое более чем в два раза отличается от величины –0.15 эВ, полученной в работе [15]. Различие в ре- а) б) зультатах может быть объяснено использованием Рис. 1. Атомная структура дефектной фазы гидрида различных приближений к обмен-корреляционным палладия Pd3VacH4. Атомы водорода занимают октаэдри эффектам. В наших расчетах, как отмечалось ранее, ческие (а), тетраэдрические (б) междоузлия было использовано приближение локальной плот ности, в то время как в работе [15], использовалось обобщенное градиентное приближение.

Для изучения динамической стабильности такой фазы нами был рассчитан фононный спектр дефект ной фазы гидрида палладия для равновесного пара метра решетки. Как видно из рис. 2, возникает смяг чение вблизи точек высокой симметрии M(0.0, 0.5, 0.5) и R(0.5, 0.5, 0.5), что обычно связывают с дина мической нестабильностью системы. Поэтому мы провели ряд дополнительных расчетов фононных спектров в интервале давлений от -11 ГПа до 21 ГПа, что соответствует в нашем случае измене нию параметра решетки от 3.80 до 4.00. Однако избежать мягких мод в точках M и R снова не уда- Рис. 2. Фононный спектр дефектной фазы Pd3VacH4, в лось Для того, чтобы оценить интервал давлений, в которой атомы водорода занимают октаэдрические меж котором исследуемая фаза может стабилизировать- доузлия ся, мы построили график зависимости частоты атомных колебаний в точке высокой симметрии R от приложенного давления (рис. 3). Из этого графи ка видно, что частота колебаний достигает своего наименьшего по абсолютной величине мнимого значения в отсутствие внешнего давления, то есть в основном состоянии. Поэтому расположение водо рода в октаэдрических междоузлиях приводит к ди намической дестабилизации кристаллической ре шетки. Такая структура не является термодинамиче ски стабильной, в ней возможны различные фазовые переходы. Однако важно учитывать, что расчеты проведены в гармоническом приближении и, воз можно, учет ангармонического вклада может при Рис. 3. Зависимость частоты низколежащей моды в вести к стабилизации данной дефектной фазы.

точке R(0.5, 0.5, 0.5) от давления Так как в некоторых работах [5] предсказыва лось возможное заполнение атомами водорода тет лежащая акустическая ветвь имеет довольно малую раэдрических междоузлий, то мы в нашей работе частоту, равную 0.243THz. Это значит, что неболь также рассмотрели такую возможность. Атомная шие возмущения, например давление, могут деста структура дефектной фазы гидрида палладия схема билизировать фазу или, наоборот, сделать ее более тически изображена на рис. 1, б).

стабильной. Поэтому мы провели дополнительные Равновесный параметр решетки такой фазы расчеты частоты колебаний атомов в точке M для 4.04, что близко к экспериментальной величине параметра решетки в интервале от 4.01 до 4.09, 4.02. Энтальпия образования в наших расчетах что соответствует давлению от 4ГПа до -6ГПа. Как оказалась равной -0.25 эВ. Фононный спектр де видно из рис. 5 растяжение решетки приводит к фектной фазы Pd3VacH4, в которой атомы водорода увеличению частот колебаний, а значит, к стабили занимают четыре тетраэдрические поры, при равно зации дефектной фазы. Это означает, что термиче весном параметре решетки приведен на рис. 4. Как ский фактор, а также давление могут сильно влиять видно, этот спектр не содержит мнимых мод, а зна на динамическую стабильность дефектной фазы чит, фаза является динамически стабильной. Однако гидрида палладия Pd3VacH4.


в точке высокой симметрии M(0.0, 0.5, 0.5) низко фазы гидрида палладия Pd3VacH4. Изучено влияние локального окружения атомов водорода на динами ческую стабильность этой дефектной фазы. Показа но, что заполнение водородом тетраэдрических пус тот приводит к стабилизации дефектной фазы Pd3VacH4.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. Latroche M.J. //Phys.Chem.Solids. 2004. Vol. 65.

PР. 517-522.

2. Wiswall R., //Hydrogen storage in metals. Berlin. 1978.

№ 29. РP. 201-242.

Рис. 4. Фононный спектр дефектной фазы Pd3VacH4, 3. Fukai Y., Okuma N., //Phys.Rev.Lett. 1994. Vol.73.

в которой атомы водорода занимают тетраэдрические РP. 1640-1643.

междоузлия 4. Harada S., Ono D., Sugimoto H., Fukai Y., //J.Alloys Compd. 2007. № 446. Р. 474.

5. Jiang D.E., Carter E.A. //Phys.Rev.B. 2004. Vol.70.

P. 064102.

6. Hohenberg P., Kohn W. //Phys.Rev. 1964. Vol.136.

P. B864.

7. Kohn W., Sham L.J. //Phys.Rev. 1965. Vol.140.

P. A1133.

8. Baroni S., de Gironcoli S., Dal Corso A., Gianozzi P.

//Rev.Mod.Phys. 2001. Vol.73. PР. 515-562.

9. Baroni S., Dal Corso A., Gironcoli S.

http://www.pwscf.org.

10. Vanderbilt D., //Phys.Rev.B. 1990. Vol.41. P. 7892.

11. Perdew J.P., Zunger A. //Phys.Rev.B. 1981. Vol.23.

P. 5048.

12. Schaefer H.E. //Phys.Stat.Sol (A). 1987. 102. P. Рис. 5. Зависимость частоты низколежащей моды в 13. Monkhorst H., Pack J. //Phys.Rev.B. 1976. Vol.13.

точке M(0.0, 0.5, 0.5) от давления P. 5188.

14. Gianozzi P., De Gironcoli S., Pavone P., Baroni S. // 4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Phys.Rev.B. 1991. 43. P. 7231.

15. Zhang C., Alavi A., //J.Am.Chem.Soc., 2005. №127.

Первопринципными методами, основанными на PР. 9808-9817.

теории функционала плотности и теории возмуще ний в функционале плотности, проведено исследо вание особенностей фононного спектра дефектной УДК 544.169;

544.162;

541. А.Н. Каленчук, В.И. Богдан, А.Л. Тарасов, Л.М. Кустов Институт органической химии им. Н.Д. Зелинского РАН, г. Москва ООО «ЭНВАЙРОКЕТ», г. Москва ХИМИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ ХРАНЕНИЯ ВОДОРОДА ДЛЯ ТРАНСПОРТА активность Pt и Pd катализаторов в реакциях гидри АННОТАЦИЯ рования и дегидрирования некоторых субстратов Исследована активность катализаторов в реакции де зависит от дисперсности нанесенного металла. Для гидрирования пергидротерфенила.

структурно-чувствительных реакций, которые, как предполагается, протекают на ансамбле атомов на ВВЕДЕНИЕ поверхности металла и к которым относятся реак В связи с проблемами поиска новых источников ции гидрирования-дегидрирования ароматических энергии, создания экологически чистого транспорта соединений, активность катализатора зависит от и топливных элементов в последнее время значи- структуры поверхности металла и определяется не тельный интерес привлекает водород и системы его только общим количеством доступных для реакции хранения. В ряду наиболее известных систем хране- поверхностных атомов металла. Также показано, ния водорода наиболее высокую ёмкость по водоро- что наблюдается прямая корреляция активности ду (6-8 вес.%) позволяет достичь химический способ, Pt/C и Pd/C катализаторов в реакции дегидрирова основанный на проведении обратимых реакций гид- ния пергидротерфенила при степенях превращения рирования — дегидрирования конденсированных ниже 30 % и дисперсности металлических платины ароматических соединений в каталитических компо- и палладия.

зитных системах [1]. В качестве субстрата для данно- Целью данной работы являлось сопоставление го способа хранения водорода возможно использова- каталитической активности в реакции дегидрирова ние доступных химических соединений, содержащих ния пергидротерфенила в проточной установке.

ароматические ядра (конденсированные и полицик лические, ароматические полимеры, например поли- ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ фенилены), способных обратимо и многократно гид- Катализаторы рироваться-дегидрироваться. Пергидротерфенил Для изучения влияния различных металлов на (ПГТ) является наиболее перспективным в ряду этих процесс дегидрирования ПГТ были использованы соединений [2]. коммерческие катализаторы с различным содержа Показано [3], что наибольший интерес для хра- нием активных компонентов, а также приготовлен нения водорода в каталитических композиционных ряд катализаторов на основе Pt в качестве активного материалах представляют катализаторы, содержа- компонента, диспергированного на поверхности щие благородные металлы (Pt, Pd и др) на углерод- различных носителей (углеродный носитель ных носителях с высокой удельной поверхностью многостенные нанотрубки, углерод марок БАУ, (например, сибуните, активированном угле). Важ- АРБ, оксид алюминия) (табл. 1). В качестве основ нейшим показателем является высокая активность ного способа приготовления катализаторов была катализаторов, которая обеспечит короткое время использована методика нанесения Pt, основанная на разрядки водорода из устройств его хранения и воз- нанесении предшественников металлов из водных можность снижения температуры процесса. Высо- растворов хлоридных комплексов с последующим кая селективность является условием возможности восстановлением водородом [5].

многократного использования этих систем без по- Предварительная активация проводилась непо терь субстрата, который возможен в случае проте- средственно в стальном проточном реакторе вос кания побочных реакций крекинга, гидрогенолиза и становлением в токе водорода (40-50 мл/мин) со коксообразования. Установлено [4], что в замкнутой скоростью нагрева 2-5 град/мин.

стационарной системе реакции гидрирования дегидрирования в закрытом объёме каталитическая Таблица 1. Типы использованных катализаторов № Катализатор Насыпная плот- Состав катализатора, % Предварительное ность, г/cм3 восстановление 1 Pt/С 0,28 10Pt/90C (уголь БАУ) Газофазное, 320°С, 2ч 2 Pt/C 0,42 10Pt/C (Aldrich) Газофазное, 320°С, 2ч 3 Pt/C 0,42 5Pt/C (многостенные нанотрубки) Газофазное, 320°С, 2ч 4 Pt/C 0,55 5Pt/C (уголь AРБ) Газофазное, 320°С, 2ч 6 Pt/Al2O3 0,53 5Pt /Al2O3 Газофазное, 320°С, 2ч Определение каталитической активности чить точный температурный контроль в ходе реак Образец катализатора (6 cм3) загружали в реак- ции. На выходе из реактора водород и продукты тор — стальную трубку диаметром 10 мм и длиной реакции разделялись в ловушке, имеющей возмож ность подогрева до температуры 90-160 оC, чтобы 230 мм. Реактор помещали в печь и нагревали до температуры 320°С. В нижней части реактора по- предотвратить осаждение легколетучих компонен мещалась кварцевая вата. Используемый мета- тов реакции дегидрирования. Перед началом реак пергидротерфенил был получен полным гидрирова- ции катализатор активировался в токе водорода при нием мета-терфенила, 99 % (Aldrich) в автоклаве R- давлении 0,5 МПа. Объем выделившегося водорода 201 (Reactiong Engeneering, Co). Термопара поме- определяли с помощью барабанного счётчика газа щалась в центр слоя катализатора, чтобы обеспе- типа РГ7000 (рис. 1).

10 3 He Рис. 1 Принципиальная схема каталитической установки для проведения реакции дегидрирования в проточном ре жиме: 1 – газовый баллон с гелием, азотом;

2 – редуктор высокого давления;

3 – насос высокого давления;

4 – емкость с субстратом;

5 – манометр;

6 – металлический реактор;

7 – термопара хромель-алюмель;

8 – электропечь;

9 – терморегу лятор печи;

10 – мембранный клапан;

11 – шестиходовой кран;

12 – газовый хроматограф;

13 – сепаратор;

14 – измери тель объема — газовый счётчик Хроматографический анализ Продукты реакции анализировали на хромато- В табл. 2 представлены данные о выделения во графе Кристалюкс-4000М с использованием капил- дорода в ходе реакции дегидрирования мета лярной колонки ZB-5 (ZEBRON, USA) на пламенно- пергидротерфенила. Основным продуктом полного ионизационном детекторе (ПИД). Анализ выполня- дегидрирования циклана является мета-терфенил. В ли в программируемом режиме температуры - 70- качестве побочных продуктов реакции дегидриро 220 oC при скорости нагрева 6 oC/мин. Отдельные вания пергидротерфенила образуются частично пробы катализата для детальной идентификации гидрированные формы мета-терфенила — цикло- и полугидрированных и побочных продуктов дегид- бициклогексилбензолы. В более жёстких условиях рирования пергидротерфенила проводили на хро- проведения реакции (повышенная температура, ми масс-спектромете FOCUS DSQ II с капиллярной нимальная скорость подачи субстрата) наблюдались колонкой TR-5ms. Чистоту выделяемого водорода в следовые количества продуктов крекинга — бифе реакции дегидрирования определяли методом газо- нил, бензол.

вой хроматографии с детектором по теплопровод- Следует отметить, что между концентрацией ак ности на насыпной колонке Poropak Q. тивного компонента на поверхности катализатора и его активностью в реакции дегидрирования и, как следствие, объёмом выделяемого водорода нет ли РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ нейной зависимости. Различная активность образцов Ранее в наших работах по исследованию поли в реакции дегидрирования пергидротерфенила в про ароматических углеводородов в качестве химиче точной установке связана как с содержанием Pt, так и ских систем хранения водорода [1-3] было показано, с её диспергированием на поверхности разных носи что как и в замкнутой системе автоклавного типа, телей в катализаторах. Катализаторы с более высо так и в проточных условиях в реакции дегидриро ким содержанием платины показывают большую вания пергидротерфенила на Pt-содержащих ката степень превращения пергидротерфенила и большую лизаторах наблюдаются высокие показатели ёмко селективность образования мета-терфенила. Сниже сти субстрата по водороду.

нием концентрации активного компонента катализа Таблица 2. Активность нанесённых катализаторов в реакции дегидрирования мета-пергидротерфенила Насыпная Объём Конверсия пер- Селективность Время подачи № Катализатор плотность, водорода, гидро- мета-терфенила, субстрата, мин г/cм3 л/час терфенила, % % 60 2,88 98 1 10Pt/С (БАУ) 0, 300 2,70 77 90 4,57 78 2 10Pt/C (Aldrich) 0, 300 3,58 87 90 5,04 86 3 5Pt/C (нанотрубки) 0, 210 3,61 87 90 4,62 82 4 5Pt/C (АРБ) 0, 210 4,22 89 60 2,34 45 5 5Pt/Al2O3 0, 150 2,26 43 тора обуславливается подавляющее образование по- рования органических соединений. Патент РФ на изо бретение приоритет от 30.04.2004.

лугидрированных форм мета-терфенила. В то же 2. Тарасов А.Л., Кустов Л.М., Богдан В.И., Кустов А.Л.

время при уменьшении содержания платины увели Материалы для хранения водорода на основе каталити чиваются показатели выделяемого водорода. Следует ческих композитов и способ хранения водорода в ката отметить большую стабильность работы катализато- литических композитных системах на основе реакций ра в ходе длительного эксперимента по дегидрирова- гидрирования-дегидрирования ацетиленовых соедине нию мета-пергидротерфенила при снижении содер- ний. Патент РФ на изобретение № жания платины на поверхности носителя. приоритет от 30.09.2005.

Полученные показатели в ходе управляемой ре- 3. Кустов Л.М., Тарасов А.Л., Кустов А.Л., Богдан В.И.

акции дегидрирования в проточном реакторе на- Способ хранения водорода путём осуществления ката литических реакций гидрирования-дегидрирования глядно свидетельствуют о практической возможно ароматических субстратов под воздействием СВЧ(ВЧ) сти использования химического способа хранения излучения. Патент РФ на изобретение № водорода во всевозможных вариантах энергетиче от 30.09.2005.

ских установок автономного питания на транспорте, 4. Влияние дисперсности металлов на активность Pt/C и промышленных предприятиях. Pd/C катализаторов в реакции дегидрирования пергид ротерфенила / А.Л. Тарасов, О.А. Кириченко, Н.Н. Тол СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ качев и др. // Журнал физической химии. (2009) (в пе чати).

1. Богдан В.И., Кустов Л.М., Кустов А.Л., Тарасов A.Л.

5. Зелинский Н.Д., Турова-Поляк М.Б. Подготовка ката Каталитический композитный материал для хранения лизаторов по методике Зелинского – Туровой-Поляк.

водорода и способ хранения водорода в каталитических Собрание трудов академика Н.Д.Зелинского, 3 (1955).

системах на основе реакций гидрирования-дегидри Yu. S. Nechaev G.V. Kurdjumov Institute of Metals Science and Physics, I.P. Bardin Central Scientific-Research Institute for Ferrous Metallurgy ON A FURTHER REVEALING THE MECHANISMS OF THE HYDROGEN INTE RACTIONS WITH CARBONACEOUS AND METALLIC MATERIALS, RELEVANCE TO THE STORAGE AND SAFETY PROBLEMS (an appeal on a cooperative research project) ABSTRACT The project is devoted to analytical revealing the atomic and capacities of the storage material (medium) alone must nanostructural mechanisms of physical and chemical interac- clearly be higher than the established system-level im tions of hydrogen with carbonaceous nanomaterials and steels, provements. In addition to weight, volume and cost, there relevance to solving some environmental and safety effects of a are also several important DOE targets defined by vehicu Hydrogen Economy, which could greatly reduce the emission of lar requirements: namely, hydrogen charging and dis carbon dioxide and therefore play a major role in tackling global charging rates, durability, safety and operability over warming. The effects are related to problems of hydrogen sto temperatures and pressures.

rage, transport and safety, including compatibility of steels with For last about 10 years, various storage strategies and hydrogen and natural gas.

technologies have been proposed and tested, but to date none of the approaches have fulfilled all of the DOE re BACKGROUND quirements and targets for either transportation or utility use. As is concluded in a paper on the U.S. National hy “The hydrogen economy” is a proposal for the distri drogen storage project [1], DOE agrees with the National bution of energy by using hydrogen (H2). Hydrogen gives Academies’ recent recommendation [2] that it should be off energy when it is combined with oxygen (forming continued to elicit new concepts and ideas, because suc water), but the hydrogen itself has to produced, which cess in overcoming the major stumbling-block on on requires more energy than is released when it is used as a board storage is crucial for the future of fuel cells in trans fuel. And it can be produced by ecologically clean meth portation systems. The development of hydrogen-fueled ods, for instance, by electrolytic splitting water on tidal or vehicles and portable electronics will require new mate nuclear power stations.

rials, and especially, nanomaterial that can store large Some futurists promote hydrogen as a potential fuel amount of hydrogen at ambient temperatures (about room for motive power (including cars, boats and airplanes), ones) and relatively low pressures (not higher than about the energy needs of buildings and portable electronics.

MPa (150 at)), and provide satisfactory safety, small vo They believe a hydrogen economy could greatly reduce lume, low weight, and fast kinetics for recharging.

the emission of carbon dioxide and therefore play a major At the present, the hydrogen on-board storage is rea role in tackling global warming.

lized mainly by the use of rather expensive composite ves As is known [1-3], hydrogen (H2) has recently been in sels with molecular gaseous hydrogen under pressure about tensively investigated as an ideal secondarily derived renew 70-80 MPa (700-800 at). Obviously, it is not suitable with able energy source (carrier). Out of the problems to be respect to both cost, and safety requirements [1].

solved for the industrial utilisation of hydrogen energy, the For last about 10 years, graphite, carbon nanotubes, development of an effective hydrogen storage system (or and nanofibers have been investigated (by a number of technology) is the most important problem [1-3]. The U.S.

researchers in different countries) as potential adsorbent Department of Energy (DOE) has established different tar structures (see, for instance, analytical review [4], and [5 gets and requirements for on-board hydrogen storage sys 8]). Even though some reports claim very high storage tems in ecologically clean fuel-cell-powered vehicles. Their capacity, such findings have not been supported and un strategic objectives for the year 2010 include a minimum derstood (within physics and chemistry) by the majority “gravimetric” capacity (weight of stored H2/system weight) of investigators. Recently, however, hydrogen storage in of 6 wt % and a “volumetric” capacity (density) of 45 kg H nanostructured carbon has attracted renewed interest be m-3. These values are referred to the whole system, including cause of new developments in nanotechnology research, the storage medium, the vessel, refuelling infrastructures, and the significant advantage of this light weight and rea any regulators, electronic controllers, sensors, et cetera sonably inexpensive material.

(www.eere.energy.gov/hydrogenandfuelcells). Therefore, According to a physical-chemical analysis [4-8], the it is important to emphasize that for the achievement of most suitable technology of the effective hydrogen sto the system-level targets, the gravimetric and volumetric rage (satisfying to the majority of DOE requirements [1]) of hydrogen degradation and destruction of metals and could be the hydrogen multilayer intercalation with car- alloys is needed in order to improve structural materials bonaceous nanostructures (graphite nanofibers (Fig. 1), used in building reservoirs, containers, and vessels for carbon nanotubes and some others), that is relevance for storing hydrogen (Fig. 2).

the development of super-adsorbents for fuel-cell- In this connection, the U.S. DOE formulated and rec powered vehicles. In this case, the carbonaceous super- ommended [3] the main areas of fundamental research adsorbents (the carbon-based nanomaterials) could be into into the physical mechanisms of the process of mass steel vessels with hydrogen pressure about 10-15 MPa transfer of hydrogen in metallic materials and the hydro (100-150 at) [4]. It is obviously much more acceptable gen-initiated processes of degradation of properties and with respect to both cost, and safety requirements [1], in disintegration of metals and alloys (Figs. 2, 3).

comparison with the composite vessels with high hydro- It should be also noted [9] that the technological com gen pressure (700-800 at). This technology could be used patibility of metallic materials and hydrogen is becoming for the efficient hydrogen storage for mobile applications a pressing problem. For instance, it was discussed at the (fuel cells on-board of hydrogen-powered vehicles), 2nd International Conference on Hydrogen Safety (Spain, which has remained one of the technical issues that must 2007) and at the 16th World Hydrogen Energy Confe be solved for promotion of a clean, environmentally- rence: Expanding Hydrogen (review [4]).



Pages:     | 1 |   ...   | 6 | 7 || 9 | 10 |   ...   | 14 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.