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 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 14 |

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

-- [ Страница 9 ] --

friendly hydrogen economy. And it could also benefit There are reasons to believe [3, 9-14], that the me other industries based on hydrogen generation from water chanisms of the processes of hydrogen embrittlement splitting, using either nuclear or tidal energy. (Fig. 2), the degradation of properties, and the technologi On the other hand, as has been emphasized in [4-8], a cal processes of hydrogen treatment of metallic materials number of researchers don’t believe in a real possibility of have been studied insufficiently. This situation manifests the hydrogen multilayer intercalation with carbonaceous itself most vividly in relation to the important scientific nanostructures at ambient pressures and temperatures, and and technological problems of aging, hydrogen embrit even that it is out of physics and chemistry predictions. tlement, stress corrosion, and failure of pipeline steels At the same time, there is a real probability (see, for (Fig. 3). It concerns the fields of the zero-emission fuel instance, analytical review [9], and [10-14]) of the hydro- cell-powered vehicles, tidal power stations (in the case of gen embrittlement and failure of steel vessels under such producing there hydrogen by electrolysis of water), nuc hydrogen pressure (Fig. 2). In particular, it is exhibited in lear power plants (“a nuclear-hydrogen power”), different the hydrogen embrittlement and stress-corrosion failure of hydrogen infrastructures, airspace engineering (with using steel tubes in main gas pipelines [9], (Fig. 3), where the hydrogen), and tackling the stress-corrosion accidents of pressure of the natural gas (with some percentage of hy- the main gas (potentially, hydrogen) pipelines in Russia drogen) reaches about 80 at. By the way, there are pro- (Fig. 3), USA, EU and other countries.

posals, for the nearest future, to use the gas mains for hy- Summary, the further studies are necessary on reveal drogen transportation. ing the atomic and nanostructural mechanisms of interac Therefore, the study (revealing) of the physical me- tions of hydrogen with carbonaceous nanomaterials and chanisms of hydrogen embrittlement and degradation of metallic alloys (steels), that is important for promotion of the physical-mechanical properties of metallic materials is a clean, environmentally-friendly hydrogen economy in a fundamental scientific problem that has been intensively the post-economic-crisis nearest future.

studied around the world for the last several decades [9].

As formulated in the Proceedings of the Basic Energy OBJECTIVES Sciences Workshop on Hydrogen Production, Storage and The main objective of the Action is to establish an in Use (in the chapter devoted to safety in the hydrogen ternational multi-disciplinary research of fundamental economy), hosted in 2003 by the U.

S. Department of aspects of an effective and safety hydrogen storage in Energy [3], corrosion and hydrogen embrittlement of me systems, including relevant carbon based nanomaterials tallic materials are closely related to certain elements of (as the adsorbent storage medium) and relevant steel ves their micro- and nanostructure and, in particular, to segre sels (containers) at ambient temperatures and hydrogen gation and diffusion processes running on the inner nano pressures, relevance to the majority of the U.S. DOE re structural interfaces (grain boundaries and the like) and quirements. It will be performed to get a fundamental associated nanodefects of the dislocation type;

it is noted understanding (revealing) of the atomic and nanostructur that the mechanisms of these processes have been insuffi al mechanisms of the physical and chemical interactions ciently examined. In the chapter of Ref. [3] devoted to of hydrogen with carbonaceous nanomaterials and metal potential interactions, it is also pointed out that fundamen lic alloys (steels), with the aim to demonstrate the real tal knowledge about the nature of hydrogen embrittlement possibility of such an efficient systems (technology) of of metals and welded joints (structures) is needed to stan hydrogen storage. It will be some fundamental basis, re dardize the materials used in building a hydrogen infra levance for solving some environmental and safety effects structure. In the chapter in Ref. [3] devoted to the princip of a Hydrogen Economy. The effects are related to the al research problems in accumulating (storing) hydrogen, actual problems (in Russia, India, China, USA, EU, and it is noted that fundamental research on the mechanisms others) of the hydrogen storage, transport and safety, in cluding the problem of compatibility of steels with hy- fields of the zero-emission fuel-cell-powered vehicles, drogen and natural gas. tidal power stations (in the case of electrolytic splitting water and storing hydrogen), nuclear power plants (“a nuclear-hydrogen power”) and airspace engineering (with METHODOLOGY using hydrogen).

The proposed project is devoted to analytical reveal 3) Empirical evaluations (in the light of [8-14]) of ing the atomic and nanostructural mechanisms of physical fundamental characteristics of physical-chemical interac and chemical interactions of hydrogen with carbonaceous tions of hydrogen with different nanostructural defects in nanomaterials and metallic alloys (steels), relevance for some steels (used in the hydrogen storage and transport solving some environmental and safety effects of a Hy- technologies), on the basis of using the approaches of drogen Economy, which could greatly reduce the emis- thermodynamics of reversible processes and linear ap sion of carbon dioxide and therefore play a major role in proximations of the thermodynamics of irreversible proc tackling global warming. esses (relevance to the adsorption, absorption, solubility The effects are related to the key-note problems of the diffusion, termo-desorption and other known experimen hydrogen storage, transport and safety, including the tal data), and comparing such results with the known problem of compatibility of steels with hydrogen and nat- theoretical calculations;

revealing the atomic and nanos ural gas (with some percentage of hydrogen). It concerns tructural mechanisms of the interactions in question.

the fields of the zero-emission fuel-cell-powered vehicles, 4) Physical-chemical analysis and revealing [8-14] of tidal power stations (in the case of electrolytic splitting the mechanisms and conditions of formation in steels at water and storing hydrogen), nuclear power plants (“a dislocations, grain boundaries and other inner phase inter nuclear-hydrogen power”), different hydrogen infrastruc- faces of complex hydride-like segregation nanostructures tures, airspace engineering (with using hydrogen), and (both stressed, and brittle ones (Fig. 2)), and their role in tackling the hydrogen embrittlement and stress-corrosion processes of the hydrogen embrittlement, cracking and accidents of the main gas (potentially, hydrogen) pipe- rapture of metallic materials of the hydrogen energy and lines in Russia, USA, EU and other countries. gas-mains’ industries (that is related to the safety and en This project is mainly based on using by the applicant vironmental effects (Fig. 3)).

of methods and results [4-14] of the thermodynamic anal ysis of a large massive of the known experimental and CONCLUDING REMARKS ON SIGNIFICANCE theoretical data, allowing to put questions to the Nature The importance of this fundamental research cannot itself and listen the Nature answers (under such a physi be underscored: efficient and safe hydrogen storage for cal-chemical qualification, which the applicant has pos mobile applications (fuel cells on-board of hydrogen sessed). The project is related to Environmental Sciences, powered vehicles) has remained one of the technical is Physics, Chemistry and Engineering, that is of the multi sues that must be solved for promotion of a clean, envi disciplinary and interdisciplinary character, in accordance ronmentally-friendly hydrogen economy. However, de with the applicant qualification and experience.

veloping the fundamental basis of the efficient and safety systems (technologies) for storage of hydrogen will also STUDY PLANS OF THE PROPOSED PROJECT benefit other industries based on hydrogen generation 1) Empirical evaluations (in the light of [4-8]) of fun- from water splitting, using either nuclear or tidal energy.

damental characteristics of physical and chemical interac- The research also includes significant fundamental as tions of gaseous molecular and atomic hydrogen with pects of the safety problem, particularly, relevance to dif different types of graphite and novel carbonaceous nano- ferent hydrogen infrastructures, airspace engineering materials, on the basis of using the approaches of thermo- (with hydrogen), and tackling the stress-corrosion acci dynamics of reversible processes and linear approxima- dents of the main gas (potentially, hydrogen) pipelines in tions of thermodynamics of irreversible processes (rele- Russia, USA, EU and other countries. The proposed vance to the adsorption, absorption, diffusion, termo- project is related to a high sense of optimism for the fu desorption and other known experimental data), and com- ture of a clean, highly-efficient, sustainable hydrogen paring such results with the known calculations based on based economy that will be the mark of 21-st century.

first principles;

revealing the atomic and molecular In this connection, it is also relevant to note, that re mechanisms of the interactions in question. cently President of USA Barak Obama has told (on the 2) Physical-chemical analysis and revealing [4-8] of annual meeting of the U.S. National Academy) about a the nature and necessary conditions of the multilayer ad- high significance of the fundamental cooperative interna sorption of hydrogen between graphene layers in novel tional studies, particularly, in field of renewable sources carbonaceous nanomaterials (Fig. 1), relevance for devel- of ecologically clean energy, for the Mankind develop oping a technology of effective storage of hydrogen in ment and going out the economical crisis.

steel vessels (with the carbonaceous adsorbent medium) under ambient pressures and temperatures. Analysis of the possibilities of applications of such a technology in REFERENCES 1. S. Satyapal, J. Petrovic, C. Read, G. Thomas and G. Or daz, Catal. Today 120, 246 (2007).

2. Committee on Alternatives and Strategies for Future Hydrogen Production and Use, Hydrogen Economy: Op portunities, Costs, Barriers, and R&D Needs, National Academy Press, Washington (2004).

3. Report of the Basis Research Needs for the Hydrogen Econ omy, May 13 - 15, 2003: Basic Energy Sciences Workshop on Hydrogen Production, Storage and Use, 2nd Printing (Washington, DC: Office of Science U.S. Department of Energy, 2004).

4. Yu.S. Nechaev. “The nature, kinetics and ultimate storage Figure 1: TEM data of B.K. Gupta, R.S. Tiwary and O.N. capacity of hydrogen sorption by carbon nanostructures” // Srivastava (2004), as an experimental proof of the hydrogen Physics-Uspekhi. 2006. Vol. 49. № 6. Р. 563-591.

multilayer intercalation in graphite nano-fibers’ structures (from 5. Yu.S. Nechaev, O.K. Alexeeva, A. Oechsner. "On the analytical review [4]) hydrogen multilayer intercalation in carbonaceous nano structures: Relevance for development of super-adsorbents for fuel-cell-powered vehicles" // Journal of Nanoscience and Nanotechnology. 2009. Vol. 9. №6. Р. 3949-3958.

6. Yu.S. Nechaev, O.K. Alexeeva. “Methodological, applied and thermodynamic aspects of hydrogen sorption by gra phite and related carbon nanomaterials” // Russian Chem.

Rev. 2004. Vol. 73. № 12. Р. 1211-1238.

7. Yu.S. Nechaev. “On some techniques and experimental results: Relevance for nanotechnology applications”. // Int.

Sc. J. for Alternative Energy and Ecology. 2007. № 11 (55).

РР. 137-150.

8. Yu.S. Nechaev, A. chsner. “Essay on techniques and physics of some diffusion-controlled processes in materials:

Relevance to nanofabrication applications” // Defect & Dif Figure 2: Explosion type of a disastrous rupture of a cylindrical fusion Forum. 2009. Vol. 289-292. Р. 679-686.

steel vessel containing hydrogen;

in particular, clearly visible is 9. Yu.S. Nechaev. “Metallic materials for the hydrogen energy inter-granular (hydrogen) cracking of the material (from analyti industry and main gas pipelines: complex physical problems cal review [9]) of aging, embrittlement and failure” // Physics-Uspekhi.

2008. Vol. 51.№ 7.Р. 681-697.

10. Yu.S. Nechaev, A.A. Burzhanov, G.A. Filippov. “On revealing micromechanisms of the hydrogen plastification and embrittlement of metallic materials: Relevance to the safety and corrosion problems” // Advances in Materials Science. 2007. Vol. 7, № 1(11). Р. 166-175.

11. Yu.S. Nechaev, V.A. Pozdnyakov. “The role of the struc tural-phase nano-fragmentation in the hydrogen embrittle ment and failure of steels” // Int. Sc. J. for Alternative Ener gy and Ecology. 2008. № 7 (63). РР. 25-44 (in Russian).

12. Yu.S. Nechaev. “On specific phase transitions to the com pound-like impurity nanosegregation structures at disloca tions and grain boundaries in metals and their influence on diffusion-assisted processes” // Solid State Phenomena.

2008. Vol. 138. Р. 81-118.

13. Yu.S. Nechaev, A. chsner. “Some basic results and tech niques of studying anomalous diffusion and segregation in metals: Relevance to new nanofabrication applications” // De fect & Diffusion Forum. 2009. Vol. 283-286. Р. 545-551.

14. Yu.S. Nechaev, A. chsner. “On physical nanoscale as pects of compatibility of steels with hydrogen and natural Figure 3: Emergencies involving avalanche brittle and viscous gas” // Special issue: Journal of Nanoscience and Nanotech ruptures of sections of gas mains several kilometers long that nology. 2009 (in press).

became operational in the 1960s ((from analytical review [9]).

УДК 222. А.Ю. Раменский 1, П.Б. Шелищ 1, С.И. Нефедкин 2, И.В. Киселев 2, Д.В. Доронин 3, В.Ф. Машкин Национальная ассоциация водородной энергетики (1) Московский энергетический институт (технический университет) (2) ООО «Славгаз» (3) ЗАО «Автокомбинат №41» (4) РАЗРАБОТКА И ИСПЫТАНИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ ЧИСТОГО АВТОМОБИЛЯ, РАБОТАЮЩЕГО НА БЕНЗОВОДОРОДНЫХ ТОПЛИВНЫХ КОМПОЗИЦИЯХ средств является проблематичным. Это связано не АННОТАЦИЯ только с высокой стоимостью таких энергоустано В данной работе рассмотрены научные аспекты ис вок, но и отсутствием данных о длительных ресурс пользования водорода в качестве моторного топлива для ных испытаниях при циклической нагрузке, их ра автомобилей, в том числе в качестве добавки его к бензи боте в условиях отрицательных температур, а также ну. Разработан мобильный аналитический комплекс, дороговизной и дефицитом ряда применяемых ма предназначенный для проведения испытаний автомобиля териалов.

по ездовому циклу в дорожных условиях. Представлены результаты испытаний автомобиля «ГАЗЕЛЬ», работаю- Сегодня удельная стоимость 1 кВт мощности щего на бензоводородных топливных композициях ЭМ на топливных элементах на 1–2 порядка пре (БВТК) с электронной системой впрыска топлива. восходит соответствующий показатель ДВС [2]. В последнее время наметилась тенденция использова 1. ВВЕДЕНИЕ ния аккумуляторных тяговых батарей в качестве основной энергоустановки АТС, а также в гибрид Существенная часть мировых топливных ресур ной схеме вместе с ДВС [3]. Такие современные сов (30-40 % добываемой нефти) потребляется авто тяговые герметичные аккумуляторы на основе ли транспортом, в процессе эксплуатации которого в тия также дороги, кроме того, безопасность их ис атмосферу выбрасываются токсичные вещества, пользования в АТС должна быть подтверждена ухудшающие экологическую обстановку, особенно, длительным периодом испытаний.

в крупных мегаполисах. Например, в г. Москве доля Таким образом, основными АТС еще долго бу автотранспорта в загрязнении атмосферного возду дут являться автомобили с ДВС, а их соответствие ха достигает более 80%. Количество транспортных экологическим нормам будет решаться за счет ос средств в мире с каждым годом растет (более чем на нащения дорогостоящими системами очистки отра 50 млн. шт.), увеличиваются и цены на углеводо ботанных газов (ОГ).

родное топливо. Развитые страны первые почувст Россия присоединилась к Женевскому соглаше вовали экологическую угрозу от широкомасштаб нию и обязана выполнять европейские нормы на ного использования автотранспорта на нефтяном выброс вредных веществ автотранспортом. Специ топливе, особенно в крупных городах. С 1992 г., альным техническим регламентом, утвержденным когда был введен стандарт ЕВРО-1, регламенти Правительством РФ 12.10.2005, установлен порядок рующий выброс токсичных веществ автотранспор введения в действие нормативов выбросов в отно том, Западная Европа последовательно ужесточала шении автомобильной техники: экологического экологические нормы. Согласно Директиве Евро класса 3 (ЕВРО-3) с 1 января 2008 г. экологического союза 70/220/EEC уже с 1 сентября 2009 года все класса 4 (ЕВРО-4) с 1 января 2010 г. экологического продаваемые новые автомобили должны соответст класса 5 (ЕВРО-5) с 1 января 2014.

вовать нормам ЕВРО-5, а с 2014 г. - нормам ЕВРО- Таким образом, Россия в этом вопросе отстает от [1]. Кроме законодательных инициатив использу Европы более чем на 8 лет и сегодня не справляется с ются и экономические рычаги. В Германии, напри предложенным графиком. Органам власти с привле мер, начиная с 2009 года, владельцы автомобилей, чением бизнес-сообщества необходимо срочно пред соответствующих нормам ЕВРО-5 и ЕВРО-6 осво принимать реальные шаги по изменению сложившей бождаются от транспортного налога.

ся ситуации. В связи с этим, чрезвычайно актуальным Наиболее перспективным направлением в этой является поиск технических решений, позволяющих области является перевод автомобильной техники улучшить экологические показатели автотранспорт на водород с энергетических модулей (ЭМ) на базе ных средств на базе ДВС, в том числе и тех, которые водород-воздушных топливных элементов (ТЭ).

уже широко используются сегодня [4, 5].

Опытные образцы таких автомобилей были изго Одним из недостатков двигателей внутреннего товлены рядом ведущих мировых автопроизводите сгорания (ДВС) является наличие в отработавших лей, в частности Toyota, Honda, GM, Hyundai. К со газах токсичных веществ, образование которых во жалению, в ближайшей перспективе массовое вне многом связано с видом топлива. Это касается, в дрение таких высокотехнологичных транспортных   первую очередь, образования углеродосодержащих В качестве прототипа была использована топ соединений, таких как окись углерода (СО), углево- ливная аппаратура для переоборудования автомо дороды СnНm. В последнее время нормироваться билей для работы на сжатом природном газе стали также выбросы в атмосферу парникового газа «АГАТ» водорода, разработанная ООО «Славгаз».

двуокиси углерода (СО2) [6].

В связи с этим вполне закономерным является попытка использования экологически чистого топ лива водорода на транспортных средствах, осна щенных двигателями внутреннего сгорания. Мелко серийные партии таких автомобилей изготовлены рядом ведущих мировых автопроизводителей, в частности BMW и Mazda. Вместе с тем использова ние водорода на АТС связано с необходимостью иметь на борту большое количество водорода.

Учитывая это обстоятельство, безусловный ин терес представляют работы по применению водоро да в качестве добавки к бензину, на тех режимах, наиболее характерных для городской эксплуатации АТС, а именно на холостом ходу и частичный на Рис. 1. Бензоводородный автомобиль «ГАЗЕЛЬ»

грузках. Такая особенность организации рабочего ГАЗ- процесса ДВС автомобиля на бензоводородных топливных композициях (БВТК) позволяет сохра нить мощностные характеристики ДВС на прежнем уровне, существенно улучшить технико экономические и экологические характеристики автомобиля в условиях городской эксплуатации [ 4, 5 ]. Однако для ее реализации требуется более сложная система управления топливоподачей, изу чение работы автомобиля на различных режимах, что и явилось предметом данного исследования.

2. ПЕРЕОБОРУДОВАНИЕ АВТОМОБИЛЯ «ГАЗЕЛЬ» ДЛЯ РАБОТЫ НА БВТК.

Рис. 2. Комбинированная система топливоподачи:

РАЗРАБОТКА, ИЗГОТОВЛЕНИЕ И ДОВОДКА 1 – газовый клапан, 2 – испаритель / регулятор давления ЭЛЕКТРОННОЙ СИСТЕМЫ ПОДАЧИ водорода, 3 – температурный датчик, 4 – питание от си ВОДОРОДА И БЕНЗИНА ловой цепи зажигания, 5 – заземление на корпус автомо биля, 6 – газовый фильтр 5-7 мкм, 7 – газовый инжектор, Для проведения работ по созданию, доводке и 8 – бензиновая форсунка, 9 – кабель эмулятора бензино испытанию экспериментального образца системы вых форсунок, 10 – подающая трубка, 11 –переключатель питания с электронным впрыском водорода и бен- вида топлива с индикатором, 12 – электронный блок зина НП НАВЭ при участии МЭИ (ТУ), ООО управления AGAT, 13 – впускной воздушный коллектор «Славгаз», ЗАО «Автокомбинат №41» и ООО «ИТЦ двигателя, 14 – двигатель автомобиля Водородные технологии» был переоборудован ав томобиль ГАЗ-330232 выпуска 2007 года, оснащен Она была доработана таким образом, чтобы воз ный электронной системой подачи бензина и трех можно было использовать водород. Комплекта для компонентным нейтрализатором отработавших га переоборудования автомобиля для работы на БВТК зов. Фотография бензоводородного автомобиля с использованием электронной системы подачи га ГАЗЕЛЬ-330232 представлена на рис. 1.

зового топлива представлен на рис. 3.

Для хранения водорода на борту автомобиля ус тановлены четыре пятидесятилитровых баллона с рабочим давлением 20 МПа.

Управление впрыском топлива осуществлялось с помощью разработанной комбинированной системы топливоподачи (рис. 2), в которой использовалась штатная система электронного дозирования бензина и дополнительная система электронного дозирова ния водорода.

Вместе эти две системы, взаимодействуя друг с другом по заданному алгоритму, обеспечивали ра боту ДВС на бензоводородных композициях в ши роком диапазоне регулирования. Рис.3. Газовая система питания ДВС с электронным впрыском водорода   осуществляется посредством без проводного адап В основе работы системы лежит принцип ис- тера (Bluetooth), обеспечивающего обмен пользования штатного сигнала управления работой информацией между устройствами в подкапотном каждой бензиновой форсунки и соответствующей пространстве на радиочастоте для ближней связи.

обработки газовым процессором сигнала бензино вого процессора для управления работой газовых инжекторов, при этом подача газового топлива осуществляется во впускной коллектор в непосред ственной близости к местам установки бензиновых форсунок. Преимущества такого способа в том, что сохраняются все условия работы двигателя, зало женные предприятием-изготовителем автомобиля.

В качестве дозатора водорода использовались электромагнитные форсунки, которые врезались во впускной коллектор по одной на каждый цилиндр.

Управление водородными форсунками осуществ лялось специальным контроллером, который уста навливался под капот автомобиля дополнительно к штатному контроллеру, управляющему блоком бен зиновых форсунок по скорректированному алгорит му. Изменение регулировок бензоводородной элек тронной системы дозирования топлива осуществля лось с применением беспроводного адаптера (Blu etooth) и переносного персонального компьютера.

Контроллер задает режим работы четырех газо- Рис. 4. Схема испытательной установки: 1 - контроллер вых инжекторов посредством изменения времени AGAT;

2 - персональный компьютер;

3 - газовые инжек впрыска газа и изменения соотношения впрыска торы;

4 - датчики температуры и давления газа;

5 - газо вый фильтр, 6 – редуктор;

7 - баллон с метаном;

8 - элек газа и бензина в зависимости от силового режима.

тромагнитный клапан;

9 - бензиновый инжектор;

10 Взаимодействие бензиновой и водородной сис баллон с водородом, 11 - устройство Bluetooth;

12 – пяти темами дозирования осуществлялось таким обра компонентный газоанализатор SUN MGA 1500;

13 - пре зом, чтобы на холостом ходу и малых нагрузка дви образователь электрического тока (DC/AC);

14 - бортовой гатель автомобиля работал на водороде при обед- аккумулятор;

15 - трехкомпонентный нейтрализатор ненных составах топливовоздушных смесей. Этот режим соответствует времени впрыска от 0 до 5 мс. В компании ООО «Славгаз» разработана специ На режиме от 5 до 15 мс осуществляется совместная альная программа для управления контроллером, ее подача водорода и бензина, при этом количество интерфейс показан на рис. 5.

бензина возрастает, а водорода сокращается. В диа пазоне от 15 до 18 мс в двигатель подается только бензин, что соответствует его работе на режимах, близких к максимальной мощности.

3. ОПИСАНИЕ МОБИЛЬНОГО ИСПЫТАТЕЛЬНОГО КОМПЛЕКСА Для испытаний бензоводородного автомобиля ГАЗ-330232 «ГАЗЕЛЬ» на ходу создан мобильный передвижной газоаналитический комплекс. Он яв ляется эффективным средством в исследовании экологических характеристик автомобиля. Ком плекс позволяет проводить испытания автомобиля в реальных городских или загородных условиях.

Схема комплекса приведена на рис. 4.

Питание комплекса осуществляется от аккуму- Рис. 5. Интерфейс программы AGAT Professional ляторной батареи автомобиля. Это дает возмож ность осуществлять испытания автомобиля в до- Контроллер задает режим работы четырех водо рожных условиях, максимально приближенных к родных инжекторов посредством изменения време реальной эксплуатации автомобиля. ни впрыска газа и изменения соотношения впрыска Управление впрыском в вышеприведенной схе- водорода и бензина в зависимости от нагрузки ДВС.

ме осуществляется с помощью контроллера AGAT Время впрыска водорода определяется контрол компании ООО «Славгаз». Контроллер расположен лером пропорционально характеристикам управ под капотом автомобиля. Связь с контроллером ляющего сигнала базового процессора серийной   Оптимальное регулирование аппаратуры ДВС бензиновой системы питания (tбенз). Температура и при работе на БВТК является основным инструмен давление также измеряются штатными датчиками, том борьбы с токсичностью отработавших газов представленными на схеме, показанной на рис.4.

ДВС.

В общем виде время впрыска бензоводородной Наиболее сложными с точки зрения оптимально топливной композиции (БВТК) определяется сле го регулирования являются неустановившиеся ре дующим образом:

жимы работы ДВС.

tБВТК = tвпр KT K P K main (1 Kб ) + tвпр Kб, На рис. 6–7 представлены графики концентра ции в отработавших газах СНx, CO, СO2, NOх и О2 в где tБВТК – время впрыска БВТК;

tвпр– время впры зависимости от скорости движения автомобиля по ска бензина;

KT – коэффициент, учитывающий тем прямой ровной дороге, в этом виде имитирующих пературу газа;

KP – коэффициент, учитывающий движения автомобиля по городскому циклу в соот давление газа;

Kmain – безразмерный коэффициент, ветствии с Правилами ЕЭК ООН №83 [8].

позволяет влиять на подачу водорода;

Kб – про- Испытания проводились с различными регули центное содержание бензина в смеси. ровками бензоводородной топливной аппаратуры Для определения состава выхлопных газов ис- (значениями, коэффициента Кmain). Указанный пользовался четырехкомпонентный газоанализатор коэффициент изменялся в диапазоне Кmain=1,25 до SUN MGA 1500S, способный измерять содержание Кmain=1,75. Повышение коэффициента Кmain при углеводородов, оксидов азота, оксидов и диоксидов водит к увеличению цикловой подачи водорода и углерода, а также кислорода в отработавших газах. обогащению топливовоздушной смеси. Как видно из графиков, выброс диоксида углерода снижается в 4. МЕТОДИКА ПРОВЕДЕНИЯ ИСПЫТАНИЙ 5-10 раз. Это означает, что топливная аппаратура двигателя при движении по городскому циклу Испытания проводились по методике, учиты обеспечивает существенное замещение бензина во вающей особенности национальной законодатель дородом, что дает возможность осуществлять рабо ной и нормативно-технической базы [6-8].

ту двигателя в городских условиях на обедненных Объемный расход водорода определяется рас смесях. Оптимизация регулировок топливной аппа четным путем по падению давления в баллонах. На ратуры по концентрации в БВТК водорода и по со борту автомобиля были смонтированы манометры с ставу топливовоздушной смеси является сущест ценой деления 1 атм. и классом точности 0,4.

венным фактором достижения удовлетворительных В качестве топлива применялся компримиро результатов по экологической безопасности отрабо ванный технический водород и автомобильный бен тавших газов автомобильных ДВС. Выброс окиси зин АИ-92.

углерода был равен практически нулю во всем диа Применяемые устройства испытаний и средств пазоне испытаний. Выброс углеводородов и оки измерений соответствовали требованиям норматив слов азота тесно связан с составом топливовоздуш но-технической документации, стандартов, про ной смеси. При работе на обедненных смесях на грамм и методик.

блюдалось снижение выбросов NO. Но при этом Целью испытаний было выявление режимов ра увеличивался выброс углеводородов. По мере обо боты, при которых достигаются оптимальные эко гащения смеси выброс углеводородов существенно логические показатели автомобиля ГАЗЕЛЬ, рабо снижался в некоторых случаях в 5–7 раз. В ходе тающего на БВТК, а также определение технико доводочной работы была произведена оптимизация экономических параметров двигателя (расхода бен регулировки по составу топливовоздушной смесит зина и водорода, количества токсичных веществ в и концентрации водорода в БВТК, что позволило отработавших газах) при работе на бензине и БВТК обеспечить приемлемый уровень загрязнения ОГ в городском режиме движения, режиме холостого окислами азота и углеводородными соединениями.

хода и их сравнительный анализ.

6. ЗАКЛЮЧЕНИЕ 5. РЕЗУЛЬТАТЫ ИСПЫТАНИЙ БЕНЗОВОДОРОДНОГО АВТОМОБИЛЯ 1. В ходе настоящей работы была разработана и предварительно испытана специальная бензоводо Испытания двигателя автомобиля ГАЗ-330232 родная аппаратура с электронным управлением, «ГАЗЕЛЬ» на холостом ходу при минимальных созданная на базе серийно выпускаемой аппарату оборотах коленчатого вала ДВС показывают, что ры, предназначенной для сжатого природного газа.

содержание углеводородов в отработавших газах 2. Применение водорода в качестве топлива для при работе на бензине по мере обеднения топливо- двигателей внутреннего сгорания, является одним воздушной смеси может колебаться в диапазоне от из наиболее перспективных направлений примене 40 ppm до 110 ppm. При работе двигателя на водо ния альтернативных топлив на автомобильном роде минимальный выброс углеводородов сущест транспорте. На первом этапе наиболее рациональ венно ниже, чем при работе ДВС на бензине. Обра ным является применение его в качестве добавки к щает на себя внимание, что при работе ДВС на основному топливу (бензину, газу).

БВТК выброс углеводородов определяется надеж 3. На холостом ходу и малых нагрузка необхо ностью работы бензиновой аппаратуры и состояни димо подавать водородовоздушную смесь обеднен ем цилиндропоршневой группы двигателя, опреде ного состава с коэффициентом избытка воздуха 2 – ляющей расход масла на угар.

2,5. По мере возрастания нагрузки необходимо   Рис. 6. Городской цикл, соответствующий Правилам ЕЭК ООН №   Рис. 7. Графики испытания автомобиля по городскому циклу: концентрация а СН, б NOx, в СО2, г СО   организовать подачу бензина и постепенно обога- СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ щать топливовоздушную смесь. На режиме близком 1. Directive European Union 70/220/EEC. Еmission regula к максимальной мощности подачу водорода прекра- tions for new light duty vehicles (cars and light commercial тить и осуществлять работу двигателя на бензовоз- vehicles) душной смеси стехиометрического состава. 2. Appleby A.J. 1993, Characteristics of Fuel Cell Systems, 4. Оптимизация регулировок топливной аппара- Fuel Cell Systems, ed. Leo J.M.J Blomen and Michael N.

туры по концентрации в БВТК водорода и по соста- Mugerwa, Plenum Press, New York, pp. 157-199.

3. Гибридные автомобили - столбовая дорога к эконо ву топливовоздушной смеси является существен мичному и экологически чистому транспорту / ным фактором достижения удовлетворительных А.Л. Карунин, С.В. Бахмутов, В.В. Селифонов и др. // результатов по экологической безопасности отрабо Журнал автомобильных инженеров. 2007. №3(44).

тавших газов автомобильных ДВС. С.38-45.

5. Выброс окиси углерода был равен практиче- 4. Раменский А.Ю., Нефедкин. С.И., Шелищ. П.Б. и ски нулю во всем диапазоне испытаний. др. Применение водорода в качестве моторного топли 6. В ходе доводочной работы была произведена ва для автомобильных двигателей внутреннего сгора оптимизация регулировки аппаратуры по составу ния. История, настоящее и перспективы // Альтерна топливовоздушной смесит и концентрации водоро- тивная энергетика и экология. № 11. 2006. С. 63-70.

5. Применение водорода на автомобильном транспорте:

да в БВТК, что позволило обеспечить приемлемый перспективы на российском рынке / А.Ю. Раменский, уровень загрязнения ОГ окислами азота и углеводо С.И. Нефедкин., П.Б. Шелищ, А.А. и др. // Труды Меж родными соединениями дународного Симпозиума по водородной энергетике. 1 7. При работе двигателя на БВТК происходит 2 ноября 2005 г. М.: Издательство МЭИ. С. 169-175.

существенная замена углеводородного топлива во- 6. ГОСТ Р 52033-2003. Автомобили с бензиновыми дви дородом. В этой связи выброс двуокиси углерода гателями. Выбросы загрязняющих веществ с отрабо снижался в 5–10 раз. тавшими газами. Нормы и методы контроля при оценке технического состояния.

Финансирование работы осуществлялось в рам- 7. Технический регламент №609. О требованиях к вы ках Государственного контракта с Федеральным бросам автомобильной техникой, выпускаемой в обра агентством по науке и инновациям от 18_июня 2008 щение на территории Российской Федерации, вредных г. № 02.552.12.7046. (загрязняющих) веществ (утв. постановлением Прави тельства РФ от 12 октября 2005 г. N 609).

СПИСОК СОКРАЩЕНИЙ 8. Правила ЕЭК ООН №83 (ГОСТ Р 41.83-2004). Едино образные предписания, касающиеся сертификации АТС – автомобильное транспортное средство транспортных средств в отношении выбросов вредных БВТК – бензоводородные топливные композиции веществ в зависимости от топлива, необходимого для ДВС – двигатель внутреннего сгорания двигателей.

ТЭ – топливные элементы ЭМ - энергетический модуль КПД – коэффициент полезного действия ОГ – отходящие газы ТЭ – топливный элемент ТЭД - тяговый электродвигатель ЭМ – энергетический модуль  ЭХГ – электрохимический генератор   УДК 541.44+546. Б.П. Тарасов Институт проблем химической физики РАН, г. Черноголовка, Россия МЕТАЛЛОГИДРИДНЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ И ГЕНЕРАТОРЫ ВОДОРОДА ДЛЯ ПИТАНИЯ НИЗКОТЕМПЕРАТУРНЫХ ТОПЛИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ высокое объемное содержание обратимого водоро АННОТАЦИЯ да, приемлемый интервал рабочих давлений и тем Проведен анализ и осуществлено исследование рабо ператур, стабильность давления гидрирования и чих материалов для создания источников высокочистого дегидрирования, возможность регулирования дав водорода для питания низкотемпературных топливных ления и скорости выделения, компактность и безо элементов. Определены оптимальные составы и эксплуа пасность металлогидридных аккумуляторов водо тационные характеристики водород-аккумулирующих и рода на их основе. Вместе с тем у них имеются су водород-генерирующих материалов. Созданы металло щественные недостатки: высокая чувствительность гидридные аккумуляторы водорода многократного дейст вия и химические генераторы водорода термолизного и к примесям, продолжительность «зарядки» и «раз гидролизного типов. рядки» аккумуляторов, проблемы тепло- и массо обмена, высокая теплота образования гидридов, что 1. ВВЕДЕНИЕ требует организации принудительного нагрева и охлаждения.

К важнейшим задачам водородной энергетики относятся задачи, связанные с разработкой водо Таблица 1. Водород-аккумулирующие материалы для родно-воздушных топливных элементов и безопас систем обратимого хранения водорода ных систем хранения водорода [1-7].

Одним из вариантов обеспечения питанием низ- Содержание Рабочий интервал котемпературных водородно-воздушных топливных водорода в Материал температур, давлений, элементов является использование компактных ме- гидриде, о С атм таллогидридных аккумуляторов высокочистого во- масс. % дорода многократного действия. Такие аккумулято- La(Mm)Ni5 1,5 0–90 1– ры должны выделять и поглощать водород при тем- La(Ce)Ni5 1,5 0–90 1– TiFe 1,8 0–90 1– пературе окружающей среды. Для обеспечения пи (Ti,Zr)(Mn,Cr)2 2,0 0–90 1– танием водородно-воздушных топливных элемен Mg2Ni 3,6 250–300 1– тов мощностью 0,5–10 кВт они должны выделять Mg-Mm-Ni 5,5 250–350 1– водород под давлением 2–5 атм со скоростью 10– 100 л/мин, а для портативных топливных элементов Преимуществами семейства материалов типа мощностью 2–100 Вт – при 1,1–1,5 атм со скоро LaNi5 являются не самая высокая чувствительность стью 0,2–5 л/мин. Заправляться такие системы хра к примесям кислорода и влаги, что позволяет ис нения водорода должны баллонным или электро пользовать для заправки технический или электро лизным водородом под небольшим избыточным лизный водород, и возможность регулирования давлением.

равновесного давления образующегося гидрида за Другим способом получения водорода является мещением части компонентов сплава. Кроме того, с применение химических генераторов водорода, ос помощью этих материалов возможна очистка тех нованных на термическом разложении гидридов нического водорода.

или на реакции взаимодействия с водой металлов и Для обеспечения питанием низкотемпературного гидридов. Для создания источников водорода тер топливного элемента мощностью 5 кВт нами изго молизного типа можно использовать гидриды алю товлены системы очистки и хранения водорода мо миния и магния или аминобораны, а также компо дульного типа (рис. 1).

зиты на их основе. Для создания генераторов водо Использование в качестве водород-аккумули рода гидролизного типа перспективны активиро рующих материалов интерметаллических соедине ванные алюминий и магний, их сплавы, гидриды ний La(Ce,Mm)Ni5 с высокими давлениями сорбции легких металлов, боргидриды и алюмогидриды ще и десорбции водорода при комнатной температуре лочных металлов.

значительно облегчает решение проблемы теплооб мена в процессе выделения водорода и соответст 2. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ венно конструирование металлогидридных систем хранения водорода. Применение промышленных Для изготовления металлогидридных аккумуля торов водорода для питания топливных элементов безосколочных металлокомпозитных баллонов вы мощностью 0,5–10 кВт наиболее перспективны ма- сокого давления существенно уменьшает массу сис темы и увеличивает безопасность и удобство в ра териалы, представленные в табл.1. Преимущества ми таких гидридобразующих материалов являются боте. Использование модульного принципа позво ляет увеличить емкость систем очистки и хранения Однако картридж работает только в небольшом ин водорода путем объединения в общую систему необ- тервале температур: при понижении температуры ходимого количества отдельных модулей. Система скорость выделения резко снижается, а при повы заправляется техническим водородом сорта I чисто- шении – сильно увеличивается.

ты 98 %, а выделяющийся водород имеет чистоту 99,99 %. При использовании одного модуля емко стью 6000 л система успешно обеспечивает непре рывную работу топливного элемента GenCore 5B мощностью 5 кВт в течение более 2,6 ч, а при под ключении трех таких модулей – не менее 8 ч.

Рис. 3. Портативный водородный картридж много кратного действия Для устранения этого недостатка в металлогид ридный картридж второго типа вставлен микроре дуктор и использован сорбент с более высоким рав новесным давлением (рис. 4). Проведенные испыта ния такого портативного металлогидридного акку мулятора водорода показали, что он обеспечивает питанием 5-часовую работу топливного элемента Рис. 1. Металлогидридная система хранения водорода при температуре окружающей среды от 0 до 50 оС.

емкостью 6 м Для питания топливных элементов мощностью 50–500 Вт изготовлены металлогидридные аккуму ляторы многократного действия разных типов (рис. 2). Они состоят из баллона с сорбентом водо рода, вентиля тонкой регулировки, манометра и предохранительного клапана.

Рис. 4. Портативный водородный картридж с топлив ным элементом из 8 МЭБ Для зарядки портативных металлогидридных ак кумуляторов водорода изготовлена металлогидрид ная система многократного действия (рис. 5), ос новные характеристики которой представлены в Рис. 2. Металлогидридные аккумуляторы многократ табл. 2. Система представляет собой заполненный ного действия разных типов гидридобразующим интерметаллидом композитный баллон, снабженный манометром, двумя вентилями Для обеспечения питанием портативного топ тонкой регулировки и приспособлениями для за ливного элемента мощностью 2 Вт нами изготовле правки одновременно 3 источников водорода. Ре ны 2 типа металлогидридных картриджей водорода.

сурс системы без повторного насыщения водородом Портативный аккумулятор водорода первого ти из баллона или электролизера позволяет заправлять па (рис. 3) имеет клапан золотникового типа. Такой водородом не менее 100 портативных источников картридж обеспечивает питанием 3-часовую непре водорода.

рывную работу портативного топливного элемента.

Раствор боргидрида натрия в воде может быть использован для создания химического генератора водорода. Но для активного выделения водорода требуется либо катализатор, либо нагрев реакцион ной смеси, либо изменение pH.

Разработаны конструкции генераторов водорода гидролизного типа, позволяющие выделять водород при комнатной температуре под давлением до 4 атм (рис. 6).

Рис. 5. Зарядное устройство для картриджа Таблица 2. Характеристики металлогидридной системы заправки картриджей Емкость по водороду 600 л Размеры 39х34х16 (см) Масса устройства 5,5 кг Насыщение H2 при 10 атм 30 мин Давление выделяющегося H2 3–4 атм Чистота водорода 99,999% Рис. 6. Принципиальная схема генератора водорода Для создания картриджей водорода гидролизного гидролизного типа: 1, 2 – резиновый и тефлоновый уп типа разработаны несколько видов водород-генери- лотнители;

3, 4 – наполнители;

5 – стакан из сетки;

6 – ра рующих материалов (табл. 3). Реакции взаимодейст- бочий материал вия гидрида магния с растворами органических (гли колевая, малоновая, лимонная и янтарная) и неорга- В качестве рабочего материала для создания ис нических (фосфорная и серная) кислот и их кислых точников водорода термолизного типа наиболее солей тоже можно использовать для контролируемо- перспективны гидриды алюминия и магния, амино го выделения водорода. Наиболее полного и регули- боран и композиты на их основе (табл. 4). Они не руемого выделения чистого водорода можно добить- обратимо выделяют водород при нагреве, темпера ся дозированной подачей к гидриду магния раствора туру разложения можно снизить путем механохи серной кислоты. Композит, полученный механохи- мической активации и добавки различных материа мической обработкой MgH2 с добавкой углерода лов (гидридов, металлов, углеродных материалов).

(графит, сажа, нановолокна), взаимодействует с во- Так, механохимической обработкой AlH3 с не дой и водными растворами при температуре окру- большими добавками различных гидридов и угле жающей среды с приемлемой для создания порта- родных наноматериалов получены композиты, вы тивного источника водорода скоростью. деляющие водород при нагревании до 100–150 оС.

Композит, полученный механическим перетира- Показано, что на их основе возможно создание пор нием смеси порошка алюминия с добавкой сплава тативных генераторов водорода, где путем измене Ga-In и взаимодействующий с водой практически ния температуры можно обеспечить требуемую полностью при комнатной температуре в течение скорость выделения водорода и его давление.

нескольких минут, тоже может быть использован для создания одноразовых источников водорода. Таблица 4. Материалы для создания химических ис При этом надо учесть, что минимальное количество точников водорода термолизного типа воды, необходимое для полного гидролиза, должно Материал Количество Рабочая быть в 3 раза больше активированного алюминия (в водорода, температура, 1,5 раза больше стехиометрии), а объем и масса об- о масс. % С разующегося при гидролизе порошка примерно в раза больше, чем активированного алюминия. AlH3 10 170– AlH3+добавки 7–8 120– Таблица 3. Материалы для создания химических ис- MgH2 7,6 300– точников водорода гидролизного типа MgH2+добавки 5–7 250– BH3NH3 19 150- Материал Количество Особенности водорода, л/г СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Mg 0,92 Кислая среда 1. Тарасов Б.П., Лотоцкий М.В. Водородная энергетика:

Al 1,23 Активация галламой прошлое, настоящее, виды на будущее // Российский MgH2 1,88 Кислая среда химический журнал. 2006. Т. L. № 6. С. 5–18.

NaBH4 2,48 Катализаторы 2. Тарасов Б.П., Лотоцкий М.В., Яртысь В.А. Проблема 6. Кущ С.Д., Тарасов Б.П., Булычев Б.М. Патент RU хранения водорода и перспективы использования гид- 2345829 C2 с приоритетом от 01.11.2006 "Композиция ридов для аккумулирования водорода // Российский для получения водорода, способ ее приготовления и химический журнал. 2006. Т. L. № 6. С. 34–48. аппарат для генерации водорода". Бюл. № 4, 10.02.2009.

3. Лукашев Р.В., Яковлева Н.А., Клямкин С.Н., Тара- 7. Tarasov B.P. Search and development of new materials for сов Б.П. Влияние механической активации на реакцию hydrogen storage in the connected state. // In: "Carbon Na взаимодействия гидрида магния с водой // Журнал не- nomaterials in Clean Energy Hydrogen Systems" (NATO органической химии. 2008. Т. 53. № 3. С. 389–396. Science Series - C: Environmental Security. Eds.

4. Махаев В.Д., Петрова Л.А., Тарасов Б.П. Гидролиз B.Baranowski, et al.). – The Netherlands: Springer. 2008. P.

гидрида магния в присутствии солей аммония // Журнал 25–28.

неорганической химии. 2008. Т. 53. № 6. С. 928–931. 8. Тарасов Б.П. Работы Лаборатории водород 5. Дуля М.С., Фокин В.Н., Тарасов Б.П. Термическая аккумулирующих материалов в области водородной стабильность AlH3, допированного гидридами и амидами энергетики. // Альтернативная энергетика и экология.

металлов при механохимической обработке // Альтерна- 2008. № 2. С. 9–18.

тивная энергетика и экология. 2007. № 9. С. 25–29.

УДК 541.44+546. П.В. Фурсиков Институт проблем химической физики РАН, Черноголовка, Россия ВЗАИМОДЕЙСТВИЕ НАНОСТРУКТУРИРОВАННЫХ СПЛАВОВ МАГНИЯ С ВОДОРОДОМ таноидами стоимость. В данной работе проводилось АННОТАЦИЯ сравнительное изучение влияния мишметалла и Методом индукционной плавки приготовлены эвтекти лантана на водородсорбционные свойства данных ческие сплавы магния Mg-Mm(La)-Ni тройной эвтектики и сплавов.

Mg-Ni двойной эвтектики, модифицированные методом Для улучшения кинетики сорбции-десорбции во интенсивной пластической деформации, таким как равно канальное угловое прессование, и выполнена их аттестация. дорода необходимо уменьшить размер зерен маг Сделаны заключения о фазовом составе сплавов. Проведе- ниевой матрицы в данных сплавах до субмикронно ны металлографические исследования модифицированных го и нанодиапазонов, а также увеличить протяжен эвтектических сплавов Mg-Ni. С использованием методов ность межфазных границ [2, 3]. Одним из способов оптической микроскопии, сканирующей электронной мик достижения этой цели является предварительная роскопии и рентгеноспектрального микроанализа установ лено пространственное распределение составляющих сплав модификация сплавов при помощи интенсивной фаз и элементов. Показано, что магниевые сплавы Mg-Ni пластической деформации, в частности равнока двойной эвтектики, модифицированные методом равнока нальным угловым прессованием (РКУП) [5]. В дан нального углового прессования, имеют преимущественно ной работе исследовалась динамика поглощения ламеллярную высокодисперсную структуру, а варьировани водорода порошковым образцом сплава Mg-Ni как ем параметров данного метода можно увеличивать дис исходного, так и модифицированного.

персность структуры сплавов. Методом высокотемператур ной in-situ рентгеновской дифракции с разверткой по вре мени был проведен сравнительный анализ выделения водо 2. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ рода из гидридов сплавов Mg-La-Ni и Mg-Mm-Ni. Установ лено, что замена лантана на мишметалл существенно уве- В настоящей работе в качестве исходных компо личивает скорость выделения водорода. Исследованы во- нентов для выплавки сплавов двойной эвтектики Mg дородсорбционные свойства модифицированных эвтекти Ni использовали металлы следующей чистоты: маг ческих сплавов Mg-Ni двойной эвтектики. Установлено, что ний – 99.95 %, и никель – 99,99 %, а в случае сплавов эвтектические сплавы магния Mg-Ni, модифицированные тройной эвтектики — третьим компонентом служили методом равноканального углового прессования, демонст рируют более высокую скорость поглощения водорода по лантан – 99.79 %, либо мишметалл (ТУ-48-4-280-73).


сравнению с исходными немодифицированными сплавами Сплавы готовили сплавлением шихты из чистых Mg-Ni, что говорит о перспективности этих модифициро металлов в тигельной печи под флюсом. Приготов ванных сплавов для разработки на их основе материалов с ленные сплавы были аттестованы методом рентгено улучшенными водородсорбционными характеристиками.

фазового анализа и сканирующей электронной мик роскопии, включая химический микроанализ. Данные 1. ВВЕДЕНИЕ по элементному и фазовому составам сплавов магния Известно, что содержащие никель и редкоземель- двойной и тройной (лантанового) эвтектик представ ные металлы, многофазные сплавы на основе магния, лены в табл. 1 и 2 соответственно.

такие как двойной и тройной эвтектические магние Таблица 1. Элементный и фазовый состав сплава Mg-Ni вые сплавы в системах Mg-Ni и Mg-Mm(La)-Ni, обла дают водородсорбционной емкостью — до 5– Весовое Молярное 6 масс. % [1, 2]. Ранее было показано [3], что эвтек- содержание (%) содержание (%) тические сплавы Mg-La(Mm)-Ni массового состава Mg 80.0 ± 1.3 90. Эле менты Ni 20.0 ± 1.4 9. Mg – 72%, Ni – 20%, La(Mm) – 8% имеют мелкозер Mg 66.6 88. нистую структуру, соответствующую тройной эвтек- Фазы Mg2Ni 33.3 11. тике и фазовый состав: Mg, Mg2Ni, La(Mm)2Mg17.

Первое гидрирование таких сплавов сопровождается Таблица 2. Элементный и фазовый состав сплава гидрогенолизом фазы интерметаллического соедине- Mg-La-Ni ния La(Mm)2Mg17 и образованием двух обратимо Весовое со- Молярное со разлагающихся гидридов MgH2 и Mg2NiH4. C исполь держание (%) держание (%) зованием методов оптической микроскопии и скани Mg 71.8 ± 0.5 88. рующей электронной микроскопии подробно выяв- Эле Ni 20.1 ± 0.4 10. менты лена микроструктура сплава Mg-La(Mm)-Ni, в част- La 8.1 ± 0.3 1. ности пространственное распределения составляю- Mg 43.5 82. щих сплав фаз и элементов [4]. Фазы Mg2Ni 36.6 15. Одним из преимуществ мишметалла является его Mg17La2 19.9 1. относительно низкая по сравнению с чистыми лан Для исследования микроструктуры сплавов Mg- При модификации сплавов Mg-Ni двойной эвтек La(Mm)-Ni готовились металлографические шлифы, тики были выбраны два образца, для которых задава которые были исследованы с помощью методов лись параметры процесса РКУП, представленные в оптической микроскопии (микроскоп Aristomet табл. 3.

Olympus BX51M), сканирующей электронной мик Таблица 3. Параметры процесса равноканального роскопии высокого разрешения (СЭМ) и рентгенос углового прессования для образцов двойного эвтектиче пектрального микроанализа (РСМА) (микроскоп ского сплава Mg-Ni Zeiss Supra 40, оборудованный приставкой для из Скорость Число мерения рентгеновского излучения с дисперсией по Темпера Образец «продавливания», «продавли энергии Oxford Instruments). Рентгенофазовый ана- тура, C мм/мин ваний»

лиз выполнялся на дифрактометре STOE –, ECAP300v15 300 15 CuK излучение, напряжение 40 кВ, 30 mA. ECAP250v10 250 10 Сравнительный анализ выделения водорода из Аттестация модифицированных сплавов проводи гидридов сплавов Mg-La-Ni и Mg-Mm-Ni проводился лась рентгенофазовым методом и оптической микро методом высокотемпературного рентгенофазового скопией, а микроструктура шлифа определялась ме анализа in-situ с разверткой по времени. Для этого тодом металлографии с применением электронной порошковые образцы указанных гидридов сплавов микроскопии.

фракции 90–120 микрон помещались в специальную Регистрация кривых поглощения водорода по изолированную от окружающей среды камеру, снаб рошковыми образцами сплавов Mg-Ni двойной эвтек женную нагревателем, контроллером температуры, тики осуществлялась на установке типа Сивертса.

продуваемую инертным газом и снабженную окош ками из бериллия. Камера с образцом помещалась в дифрактометр STOE –, CuK-излучение, напряже- 3. РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ ние 40 кВ, 30 mA. Заданная температура образца 3.1. Сплав Mg-Mm-Ni достигалась за время порядка одной минуты. Для Высокотемпературный рентгенофазовый анализ каждого образца регистрировали около 20 спектров.

in-situ с разверткой по времени (рис. 2–6) показыва Оптимальные параметры регистрации одного спек ет, что при одинаковых температурах мишметалло тра: диапазон 2 = 18–70°, шаг: 0.04°, время интегри вый сплав выделяет водород с большей скоростью, рования: 3 секунды/шаг, при этом сканирование од чем лантановый. Сравнимые скорости разложения ного спектра проходит за 30 мин. Уменьшение со кристаллической фазы гидрида магния в мишметал держания водорода в образцах определялось измене ловом сплаве достигаются при температурах при нием интенсивности пика (110) фазы MgH2.

близительно на 20 градусов ниже, чем для сплавов с Для уменьшения размера зерна входящих в эвтек лантаном.

тический сплав Mg-Ni фаз он был подвергнут интен сивной пластической деформации методом равнока нального углового прессования, РКУП (рис. 1). Уста новка РКУП позволяет осуществлять варьирование следующих параметров процесса:

• температуры обработки;

• скорости «продавливания»;

• числа «продавливаний».

Рис. 2. Данные рентгенофазового анализа с разверт кой по времени образца гидрида сплава Mg-La-Ni при температуре 280°С. Стрелкой показано положение реф лекса (110) фазы MgH При температуре 320 °C процесс выделения водо рода из порошкового образца гидрида сплава Mg-Mm-Ni протекает настолько быстро, что заверша Рис. 1. Схема метода равноканального углового прес- ется уже за время съемки первого спектра из разверт сования. Крупной стрелкой показано направление про ки, поэтому картину временной развертки была полу давливания образца. Пунктирными стрелками показана чена при данной температуре только для сплава зона, где происходит деформация структуры металла Mg-La-Ni (рис. 6).

Рис. 3. Данные рентгенофазового анализа с разверт- Рис. 6. Данные рентгенофазового анализа с разверт кой по времени образца гидрида сплава Mg-Mm-Ni при кой по времени образца гидрида сплава Mg-La-Ni при температуре 280 °С. Стрелкой показано положение реф- температуре 320 °С. Стрелкой показано положение реф лекса (110) фазы MgH2 лекса (110) фазы MgH 3.2. Сплав Mg-Ni, модифицированный РКУП Рентгенофазовый анализ порошковых образцов сплавов ECAP300v15 и ECAP250v10 свидетельству ет о наличии в них двух фаз Mg и Mg2Ni, что соот ветствует равновесному существованию этих фаз на фазовой диаграмме при данном соотношении ком понентов сплавов Mg-Ni.

Данные оптической микроскопии показывают в целом высокодисперсную эвтектическую структуру сплавов. Незначительные включения третьей фазы MgNi2 выражены на микрофотографиях в виде сплошных многоугольников.

Данные сканирующей электронной микроскопии (СЭМ) и рентгеноспектрального микроанализа (РСМА) свидетельствуют о том, что сплавы двой Рис. 4. Данные рентгенофазового анализа с разверт ной эвтектики Mg-Ni, модифицированные методом кой по времени образца гидрида сплава Mg-La-Ni при равноканального углового прессования (РКУП), температуре 300 °С. Стрелкой показано положение реф ECAP300v15 и ECAP250v10, имеют преимущест лекса (110) фазы MgH венно ламеллярную структуру (рис. 7). Эти ламел лярные области относятся к двойной эвтектике фаз Mg и Mg2Ni. Сплав имеет также небольшое количе ство сплошных включений, имеющих форму много угольника, а именно фаз MgNi2, что показывает метод рентгеноспектрального микроанализа, прове денного «в точке».

Вследствие того, что процесс РКУП проводится вдоль одного выбранного направления, микрострук тура сплавов меняется анизотропно. Это приводит к появлению текстуры в сплавах, модифицированных методом РКУП. Это факт подтверждается, напри мер, данными рентгенофазового анализа, получен ными с поверхностей компактных образцов магние вых сплавов двойной эвтектики модифицированных методом РКУП, ECAP300v15 и ECAP250v10. По Рис. 5. Данные рентгенофазового анализа с разверт- парное сравнение спектров рентгеновской дифрак кой по времени образца гидрида сплава Mg-Mm-Ni при ции и относительной интенсивности дифракцион температуре 300 °С. Стрелкой показано положение реф- ных рефлексов фаз, входящих в сплав, показывает, лекса (110) фазы MgH2 что некоторые относительные интенсивности раз личны в спектрах, полученных с поверхностей Большее положительное влияние мишметалла по шлифов, сделанных на поверхностях компактных сравнению с чистым лантаном на гидрирование маг- образцов сплавов, расположенных параллельно ния уже отмечалось в литературе и объясняется при- направлению «продавливания» и перпендикулярно сутствием в мишметалле дополнительных компонен- этому направлению.

тов, например железа.

Видно, что повышение температуры и числа высокоэнергетической обработке в шаровой мель «продавливаний» в ходе процедуры РКУП способст- нице при давлении водорода или аргона. Кроме вует увеличению дисперсности эвтектической компо- того, у гидридов модифицированных сплавов Mg-Ni ненты сплава, а количество и характер включений третьей фазы практически не меняются (рис. 7 и 8).

Сорбция водорода, % масс.

0 500 1000 1500 2000 2500 3000 3500 4000 4500 Время, сек Рис. 9. Кривые поглощения водорода при температуре 350С сплавом Mg-Ni двойной эвтектики, модифициро ванного (1) методом РКУП при 250°C, 1 проход, мм/мин, и исходного (2) Рис. 7. Изображение СЭМ (во вторичных электронах) сплава Mg-Ni двойной эвтектики, модифицированного после обработки в планетарной шаровой мельнице в методом РКУП при 250 °C, 1 проход, 10 мм/мин атмосфере водорода значение температуры пика термодесорбции водорода сдвигается в сторону низких температур. Образец активированного мо дифицированного сплава Mg-Ni поглощает 4,5 масс.% водорода в течение 5 мин при темпера туре 300 °С и давлении водорода 10 атм.

Полученные результаты показывают, что эвтек тические сплавы магния, модифицированные мето дом РКУП, перспективны для создания металлогид ридных аккумуляторов водорода многократного действия, работающих в интервале температур 250– 350 оС.


4. ЗАКЛЮЧЕНИЕ Работа выполнена при поддержке РФФИ (проект 09-03-01135).

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ Рис. 8. Изображение СЭМ (во вторичных электронах) сплава Mg-Ni двойной эвтектики, модифицированного 1. Тарасов Б.П., Лотоцкий М.В., Яртысь В.А. Проблема хранения водорода и перспективы использования гид методом РКУП при 300 °C, 4 прохода, 15 мм/мин ридов для аккумулирования водорода // Росс. химиче При гидрировании модифицированного сплава ский журнал. 2006. Т. 50. № 6. С. 34–48.

Mg-Ni образование фазы гидрида магния протекает 2. Lken S., Solberg J.K., Mhlen J.P., Denys R.V., Lo totsky M.V., Tarasov B.P., and Yartys V.A. Nanostruc быстрее, чем фазы гидрида Mg2Ni. Это видно из tured Mg-Mm-Ni hydrogen storage alloy: Structure– данных рентгенофазового анализа, полученных с properties relationship. // J. Alloys and Compounds. 2007.

поверхности компактного образца сплава (шлифа) V. 446–447. P. 114–120.

ECAP250v10. После 6 ч нагрева в атмосфере водо- 3. Tarasov B.P., Fursikov P.V., Borisov D.N., Lototsky рода при 300 °C и 25 атм, замечено появление толь- M.V., Yartys V.A., and Pedersen A.S. Metallography and ко рефлекса фазы MgH2. Hydrogenation Behavior of The Alloy Mg-72 mass%-Ni Данные по сорбции водорода порошковыми об- 20 mass%-La-8 mass%. // J. Alloys and Compounds. 2007.

V. 446–447. P. 183–187.

разцами сплавов показывают (рис. 9), что эвтектиче 4. Фурсиков П.В., Тарасов Б.П. Особенности микрострук ские сплавы магния Mg-Ni, модифицированные ме туры водородсорбирующего сплава Mg-La-Ni. // Альтер тодом равноканального углового прессования, де- нативная энергетика и экология. 2007. №. 12. С. 18.

монстрируют более высокую скорость поглощения 5. Skripnyuk V., Rabkin E., Estrin Y., Lapovok R. The водорода по сравнению с исходными немодифициро- Effect of Ball Milling and Equal Channel Angular Pressing ванными сплавами Mg-Ni. on the Hydrogen Absorption. // Acta Materialia 2004/ V. 52. P. 405–414.

Скорость взаимодействия с водородом модифи цированных сплавов значительно возрастает при УДК 373. И.С. Чаусов Научно-исследовательский институт инновационных стратегий развития общего образования Департамента образования г. Москвы, Россия ИНТЕГРАЦИЯ НАУКИ, ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ОБРАЗОВАНИЯ КАК ОСНОВА МОДЕЛИ ШКОЛЫ КОНСТРУКТОРОВ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ бранных, сорбционных и ряда других процессов.

АННОТАЦИЯ Построение водородной энергетики приведет к вне Статья посвящена постановке проблемы школьного дрению этих научных знаний и соответствующих образования в области водородной энергетики и возмож технологий во множество смежных и связанных с ности решения этой проблемы за счет интеграции науки, энергетикой отраслей. Так водородная энергетика промышленности и образования при складывании особой может выступить локомотивом развития всей про модели школы – школы конструкторов водородной энер мышленности. Более того, появление возможности гетики. Обсуждается возможность построения школьного долгосрочного хранения больших объемов энергии образования в области водородной энергетики в условиях указанной интеграции при помощи технологий мыследея- в виде водородного топлива откроет возможность тельностной педагогики. Описан образовательный экспе- кардинальной переорганизации электроэнергетики.

римент по складыванию такого образования, проводимый Возможность построения на базе водородных тех с 2006 года в СЗАО г. Москвы. Рассматривается общее нологий малой энергетики и сама возможность ор представление о модели школы конструкторов водород ганизации водородной энергетики по кластерному, ной энергетики и обсуждается программа построения а не отраслевому типу делают эту сферу деятельно такой модели.

сти лидером развития организационно-управлен ческих технологий в энергетике и культуры по 1. ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА И строения энергетических проектов в целом.

ПРОБЛЕМА ИНТЕГРАЦИИ НАУКИ, Итак, можно выделить следующие ключевые ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ОБРАЗОВАНИЯ особенности прорывного проекта водородной энер гетики:

Построение водородной энергетики – прорыв • он решает комплексную проблему, и в его по ной инфраструктурный проект, предполагающий строение вовлечены специалисты из множества появление в России и в мире не существующей в сфер науки и практики;

настоящее время области деятельности, соизмери • он строится на базе прорывных научных зна мой по своим масштабам и значимости с несколь ний и соответствующих технологий, опережающих кими отраслями [1]. Инфраструктура водородной мировой уровень критических технологий, за счет энергетики должна связать не только производство чего является локомотивом технологического раз водорода, его хранение и транспортировку с широ вития промышленности;

комасштабным потреблением водорода на транс • он предполагает принципиальное институ порте, в химической промышленности, металлур циональное преобразование всей энергетики также гии, электроэнергетике, космонавтике [2]. Она на базе передовых знаний в области управления должна также включить в себя новые области хи крупномасштабными проектами.

мического машиностроения, связанные с производ Понятно, что такой проект может быть реализо ством электрохимических устройств (электролизе ван только при условии интеграции между фунда ров, топливных элементов), мембранной техники, ментальной наукой и инновационной промышлен материалов с заданной наноразмерной структурой и ностью.

т.д. Кроме того, поскольку водород является вторич Но готово ли современное образование, не ин ным энергоносителем и его производство требует тегрированное ни с наукой, ни с промышленностью, первичных источников энергии, появление водород эффективно подготовить кадровый резерв для ста ной энергетики вызовет необходимость развития и новления такой сложной инфраструктуры будуще реорганизации атомной, гидро-, тепло- и других ви го, какой является водородная энергетика? Ответ дов энергетики. Это отражено в концепции атомно очевиден: образование должно измениться и стать водородной энергетики [3], предложенной В.А. Лега адекватным задаче подготовки людей для работы в совым и Н.Н. Пономаревым-Степным. Эту концеп прорывных энергетических проектах цию разумно расширить включением в нее гидро Таким образом, построение водородной энергети водородной, ветро-водородной, солнечно-водо ки возможно только при условии интеграции науки, родной [4] и других типов комплексной энергетики.

промышленности и образования [5]. Именно интегра Прорывной характер проекта определяется тем, ция науки, промышленности и образования, образую что технологии водородной энергетики строятся на щих вместе полномасштабные производственные си базе передовых научных открытий в области химии лы, – основа реального суверенитета страны [6].

и физики каталитических, электрохимических, мем • создавать и реализовывать сценарии продви Но современное российское образование не го тово к такой интеграции. Это определяется целым жения и практического осуществления разработан рядом факторов: отставанием школьных программ ных проектов.

от современного уровня развития науки и практики, В соответствии с таким представлением о воз отсутствием обновления знаний в образовании, от- можностях выпускника «водородной» школы мож сутствием плацдармов обучения действию и т.д. но сформулировать требования к общему образова Решение данной проблемы не может свестись к нию в области водородной энергетики:

введению соответствующих специальностей и • учащимся должны транслироваться передо предметов в профильные ВУЗы, поскольку ком- вые знания из открытых, развивающихся областей плексный характер проекта требует не только адек- современной науки, а также способы самостоятель ватной специальной подготовки, но и принципиаль- но работы с такими знаниями;

но другого общего образования. Подготовку буду- • учащиеся должны осваивать различные пред щих конструкторов и проектировщиков водородной меты таким образом, чтобы видеть возможность энергетики необходимо начинать в школе. Но эта интеграции этих предметов при решении комплекс задача не может быть решена только за счет чрез- ных проблем;

вычайно важных, но недостаточных популяризатор- • учащиеся должны вводиться в постановку и ских средств, таких как водородный всеобуч [7]. решение комплексных проблем;

Должны быть сформулированы особые требования • учащиеся должны быть включены в разработ к общему образованию в области водородной энер- ку реального проекта;

гетики. • учащиеся должны осваивать универсальные методы и средства мышления, коммуникации и 2. СПЕЦИФИЧЕСКИЕ ТРЕБОВАНИЯ действия, что обеспечит им необходимое развитие К ОБЩЕМУ ОБРАЗОВАНИЮ В ОБЛАСТИ способностей для самых разных типов дальнейшей ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ работы;

• учащиеся должны осваивать различные типы Требования к водородному образованию дикту деятельности, такие как исследование, проектиро ются самими особенностями проекта водородной вание, конструирование и т.д.;

энергетики. Работа в комплексном прорывном про • должно быть обеспечено введение как в куль екте может вестись только командами, в которых туру естественно-научного, так и высокого гумани представлены все необходимые профессиональные тарного знания, в том числе в область управленче позиции. Но при этом данные позиции должны ских технологий;

уметь понимать друг друга и работать сообща. Вот • должны быть обеспечены плацдармы реаль почему образование в области водородной энерге тики не может начинаться на ступени специализа- ной исследовательской, проектной и конструктор ции: так мы будем готовить людей к работе в уже ской деятельности учащихся, а также выход на дей сложившейся системе деятельности, а не к созда- ствительную реализацию своего проекта;

• вокруг работы учащихся должна быть сложе нию такой системы. Нам же необходимо подготав ливать и выращивать команды конструкторов и на полная матрица позиций, состоящая из педагога, проектировщиков новой отрасли и энергетических ученого и промышленника и методолога, отвечаю проектов, посредством которых эта отрасль должна щего за взаимодействие позиций.

быть построена. Только при названных условиях общее образо Образование в области водородной энергетики вание будет адекватно сложности проекта водород должно совместить в себе два аспекта: оно должно ной энергетики готовить для нее кадровый резерв быть общим и универсальным и одновременно да- людей, которые могут эту энергетику выстраивать.

вать возможность работать с передовыми знаниями Мы связываем данный тип работы по складыва и осваивать передовые образцы практики из раз- нию новых областей практики с профессионализ личных областей науки и промышленности. Такое мом генерального конструктора. Поэтому, на наш образование может быть построено только при ус- взгляд, в образовании должны быть сложены фор ловии интеграции науки, промышленности и обра- мы подготовки людей и команд, подобных тем, ко зования с позиции образования. Получается, что торые разработали и реализовали в СССР атомный интеграция выступает не только как проблема, ко- проект под руководством И.В. Курчатова, космиче торая должна быть решена, но и как принцип, по- ский проект под руководством С.П. Королева и т.д.

зволяющие встраивать общее образование в области водородной энергетики [8]. 3. МЫСЛЕДЕЯТЕЛЬНОСТНАЯ ПЕДАГОГИКА Такое образование должно позволять человеку: КАК ОСНОВА ФОРМИРОВАНИЯ • определять передний край развития знаний в ВОДОРОДНОГО ОБРАЗОВАНИЯ энергетике, химии, физике и т.д.;

При помощи каких педагогических технологий и • разрабатывать на основе этих знаний новые форм работы может быть сложено образование, технологические решения;

удовлетворяющее обозначенным требованиям? От • проектировать на базе этих решений принци вет на этот вопрос дает мыследеятельностная педа пиально новые продукты, производства, инфра гогика [9].

структуры;

Мыследеятельностная педагогика предполагает, реальными прорывными проектами и решению что содержанием образования должны быть как раз комплексных проблем, и модель «Эпистемотека», универсальные методы и средства мышления, ком- направленный на решение проблемы обновления муникации и действия. Это представление строится знаний в школе и обучения школьников эпистеми на основе методологических работ Г.П. Щедровиц- ческим технологиям работы с передовыми знания кого и теории развивающего обучения В.В. Давы- ми [12].

дова. В рамках образовательной антропологии, также Обучение универсальным техникам и способам опирающейся на мыследеятельностную педагогику, мышления позволяет разрешить противоречие меж- построены богатые представления о процессах раз ду необходимостью передачи знаний и необходи- вития способностей учащихся и возможностей ор мостью формирования способностей. Развитие ганизации этих процессов.

мышления, с одной стороны, есть развитие способ- Таким образом, видно, что если задача интегра ностей учащегося, а с другой стороны, обучение ции науки, промышленности и образования с пози мыслительным способам осуществляется на мате- ции образования будет решаться в рамках подхода риале тех знаний, которые должны быть транслиро- мыследеятельностной педагогики, то такое образо ваны. Получается, что одновременно транслируют- вание удовлетворит описанным нами требованиям ся и знания (в том числе, прорывные), и способы общего образования в области водородной энерге работы с ними, например, при обучении моделиро- тики.

ванию [10].

Ключевым звеном мыследеятельностной педаго- 4. ОБРАЗОВАТЕЛЬНЫЙ ЭКСПЕРИМЕНТ ПО гики являются метапредметы – особый тип предме- ИНТЕГРАЦИИ НАУКИ, тов, на которых школьники осваивают работу с ПРОМЫШЛЕННОСТИ И ОБРАЗОВАНИЯ В универсальными организованностями мышления: ОБЛАСТИ ВОДОРОДНОЙ ЭНЕРГЕТИКИ знаками, знаниями, проблемами, задачами, ситуа Для практического построения образования, го циями, сценариями, программами как таковыми.

товящего к участию в прорывных проектах, в част Метапредметное образование позволяет развивать ности в области водородной энергетики, на основе мышление школьников и складывать у них такой технологий мыследеятельностной педагогики и набор базовых способностей (понимания, вообра принципа интеграции науки, промышленности и жения, моделирования, рефлексии, организации образования в 2006 году в СЗАО г. Москвы был действия и т.д.), которые в дальнейшем могут быть запущен образовательный эксперимент «Северо обращены в компетентности. Это позволяет гото Западный округ – научное будущее России».

вить школьников к работе в быстро меняющемся Ключевым звеном этого эксперимента стала мире, где образование превращается в непрерывный Школа генеральных конструкторов им. П.Г. Кузне процесс, поскольку возникает необходимость ос цова, одна из мастерских которой – «Ядерно воения все новых и новых знаний и возможностей водородная энергетика» – представляет собой мо под задачу. При работе в строящейся водородной дель дополнительного образования школьников в энергетике такая необходимость будет естествен области водородной энергетики.

ной: каждый новый энергетический проект потре Мастерская «Ядерно-водородная энергетика»

бует освоения новых знаний.

Школы генеральных конструкторов – сетевая меж На основе метапредметов может быть предло школьная площадка, на которой учащиеся получа жено новое содержание предметного образования, ют образование в области водородной энергетики в при котором освоение предметов будет происхо ходе разработки собственного проекта отрасли во дить через освоение базовых для данного предмета дородной энергетики для России.

понятий, способов и методов мыслительной работы.

Учебная программа Школы генеральных конст Видение общей мыследеятельностной природы рукторов разработана в рамках мыследеятельностной дисциплин позволяет учащемуся, прошедшему та педагогики. В ходе работы над проектом школьники кую подготовку, осуществлять интеграцию различ выводятся на передние рубежи развития знания в ных предметов и снимает традиционное разграни областях электрохимии и катализа, мембранных и чение между естественно-научными и технически плазмохимических технологий, ядерной и атомной ми дисциплинами, с одной стороны, и гуманитар физики, а также знаний в области управления проек ными предметами, с другой стороны.

тами, организации энергосистемы и проектов ее раз Обучение действию осуществляется в рамках вития и т.д. Учащиеся осваивают различные типы проектов, на которых школьники обучаются скла деятельности, востребованные в работе над проек дывать видение собственного действия по преобра том: исследование, конструирование, проектирова зованию некоторой сферы деятельности и выходят ние, разведку, программирование и т.д.

на осуществление этого действия при реализации Работа ведется в условиях активной интеграции проекта.

с наукой: в занятиях принимают участие сотрудни Технологии мыследеятельностной педагогики ки Института водородной энергетики и плазменных были положены в основу проекта «Школа Будуще технологий РНЦ «Курчатовский институт». Они го» [11]. В рамках данного проекта были разработа ведут специальные занятия, посвященные техноло ны модуль «Прорывные проекты», направленный на гиям водородной энергетики, курируют лаборатор разработку способов обучения учащихся работе над ные занятия на уникальном водородном оборудова- циальных информационных средах, таких как CA нии, а также выступают предметными экспертами TIA;

• лаборатории как площадки обучения исследо по отношению к детским отраслевым проектам и проектам элементов отрасли. Интерес к такой фор- ванию;

ме работы проявили также Институт новых энерге- • центр knowledge management, в котором уча тических проблем ОИВТ РАН, ЗАО «Институт щиеся будут осваивать высокие технологии управ энергетических систем». ления проектами и производствами за счет обнов С 2007 года в округе проводится регулярная вы- ления знаний;

ставка «Молодежная ЭКСПО на Северо-Западе» • маркетинговый центр, где будет происходить [13], на которой учащиеся демонстрируют свои обучение созданию и продвижению рыночных проекты отраслей и приглашают к обсуждению этих стратегий;

проектов контрагентов, которые заняты построени- • экспериментальное производство, выступаю ем водородной энергетики в России. Так, в 2007 щее площадкой промышленной реализации детско году на «Молодежной ЭКСПО» была проведена взрослых проектов новых типов продуктов и прове конференция, в рамках которой свое отношение к ряющее саму возможность осуществления этих детско-взрослому проекту инфраструктуры водо- проектов.

родной энергетики высказывали представители Предметом работы детско-взрослого инжини ИВЭПТ и компании ОАО «РусГидро». Таким обра- рингового центра должны быть такие эксперимен зом, данная выставка также является эксперимен- тальные энергетические проекты, которые обнару тальной формой интеграции науки, промышленно- живают и демонстрируют принципиальные воз сти и образования с позиции образования. можности новых технологий, построенных на осно С 2008 года в СЗАО проводится Открытая ок- ве прорывных научных открытий.

ружная олимпиада по водородной энергетике, в Работа школьников в инжиниринговом центре ор которой принимают участие как школьники из мас- ганизована как работа команд. Инжиниринговый терской «Ядерно-водородная энергетика», так и центр обеспечивает важнейшую составляющую шко учащиеся московских школ, не входящих в пло- лы – реальный плацдарм выхода на действие, кото щадку. рый, с одной стороны, позволяет в актуальной ситуа Активный интерес к такой форме работы как ции обучать различным типам деятельности, и, с дру Школа генеральных конструкторов проявляется в гой стороны, обеспечивает ситуацию необходимости школах Северного, Северо-Восточного и Юго- транслируемых школьникам знаний в практике.



Pages:     | 1 |   ...   | 7 | 8 || 10 | 11 |   ...   | 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.