#водород

Коэффициент полезного действия (КПД) — это показатель эффективности машины, который выражается в процентах. По общепринятой формуле КПД определяют, как отношение полезной работы (мощности) к затраченной. Такой подход позволяет оценить эффективность системы в целом, но не дает четкого понимания о том, от каких процессов сильнее всего зависит уменьшение или увеличение коэффициента. Ученые ПНИПУ разработали собственную методику определения КПД автомобиля, которая позволяет оценить сильные и слабые стороны при его эксплуатации.

Водород — перспективный ресурс с точки зрения декарбонизации промышленности (сокращения выбросов парниковых газов), его можно использовать в топливных элементах, двигателях внутреннего сгорания и газовых турбинах. Применение водорода в энергоустановках значительно снижает их влияние на глобальное потепление. Но сам процесс производства водорода, а также разработка, эксплуатация и утилизация этих устройств сопровождается значительными выбросами. Поэтому для полноценного развития водородной энергетики необходимо достоверно определить воздействие энергоустановок на окружающую среду по величине углеродного следа. Подход ученых Пермского Политеха помог выявить, какой объем парниковых газов образуется на протяжении всего жизненного цикла устройств для производства электроэнергии, в частности, газотурбинных установок.

Ученые из Сколтеха, Цзилиньского университета и Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления в Пекине (HPSTAR), а также их немецкие коллеги синтезировали и исследовали новый тип сверхпроводника с высоким содержанием водорода — супергидрид лантана типа A15 с формулой La4H23. Новый материал обладает сверхпроводимостью при температуре ниже −168 градусов и давлении в 1,2 миллиона атмосфер.

Водород относится к числу важнейших видов сырья химической и нефтехимической промышленности, а также применяется в металлургии и энергетике. Этот газ — перспективная, безопасная и эффективная альтернатива традиционным видам топлива, из-за чего интерес к нему только растет. Использование водорода в различных процессах и даже его хранение может приводить к опасным последствиям — взрывам и поломкам. Ученые ПНИПУ разработали уникальную установку и методику для исследования взаимодействия водорода и металла. Это поможет в подборе материалов и защитных покрытий для множества применений. Что в свою очередь повысит безопасность и предотвратит катастрофы.

Исследователи из Сколтеха, Института кристаллографии имени А. В. Шубникова РАН и научных центров Китая, Японии и Италии нашли материал, способный вбирать и удерживать в своем объеме в четыре раза больше водорода, чем другие известные вещества для «химического хранения» этого экологичного топлива. В будущем на водороде могли бы работать промышленное производство и транспорт, а водородные накопители уже внедряются для балансирования нагрузки на электросеть. Сложность в том, что водород плохо поддается хранению — в решение этой проблемы и внесли вклад авторы нового исследования.

Исследователи НИТУ МИСИС разработали эффективный метод изготовления быстрорежущей стали, из которой создают износостойкие инструменты для механической обработки металла. Они выдерживают высокую скорость вращения и сохраняют твердость даже при раскаливании до красноты. Предложенная технология позволит значительно сократить производственные циклы и получить более долговечный материал.

В ИНАСАН показали, что у нормальных звезд нет проблемы со скандием — он не выделяется из группы железа, и его содержание близко к солнечному. Все дело в методе расчета теоретических спектров звезд.

Водород — самый легкий, простой и наиболее распространенный химический элемент. Он составляет около 75 процентов массы Вселенной и, вероятно, станет источником энергии будущего. Во время его сжигания образуется вода и выделяется большое количество энергии, при этом нет выбросов углекислого газа или других вредных веществ. Водородная энергетика считается экологически чистой. При транспортировке газа, в том числе и водорода, возникает повышенный шум на газораспределительных станциях. Он вредит органам слуха и негативно влияет на работу оборудования. Ученые Пермского Политеха изучили поведение звуковых волн во время течения водорода по трубам и протестировали перегородки из разного материала. Результаты исследования помогут снизить уровень шума до безопасного.

Водород — один из самых распространенных элементов в природе, а свойства его уникальны. Например, в металлургии его применяют для плавления и сваривания тугоплавких металлов. Но с другой стороны, воздействие водорода способно резко уменьшить пластичность и прочность сплава, причем негативный эффект может появиться даже от малого количества. Ученые ПНИПУ исследовали, как водород воздействует на коррозионностойкие сплавы и сплавы цветных металлов. Результаты позволят определить условия преждевременного износа деталей, в том числе во время их обработки. Это повысит надежность оборудования, рассчитанного на огромные нагрузки, например, в машино-, авиа- и ракетостроении.

Исследователи из Сколтеха и их коллеги из МФТИ и китайского Центра передовых исследований в области науки и технологий высокого давления изучили с использованием суперкомпьютера устойчивость причудливых соединений водорода, лантана и магния, которые существуют при высоких давлениях. Работа показывает, при каких условиях стабильны образованные этими тремя элементами соединения. Некоторые из них являются сверхпроводниками, а пять гидридов или лантана, или магния — без атомов второго металла — описаны учеными впервые.

Уменьшить экологический ущерб можно с помощью перехода на электромобили. В большинстве своем они аккумуляторные. Реже встречаются гибридные — те, которые работают на нефтепродуктах и могут при необходимости переключаться на электротягу. Но такие авто малоэффективны и редки. Отдельно можно выделить электромобили на водородных топливных элементах. Их главные преимущества — сокращенное время заправки, увеличенная дальность хода и более экологичное производство. Но изучать работу такого транспорта сложно из-за недостатка опыта его применения в России. Ученые ПНИПУ исследовали модель электромобиля на водородных топливных элементах и выяснили особенности функционирования его энергосиловой установки.

Ученые впервые в мире вырастили в микроволновой плазме алмазы с примесью олова размером в несколько микрометров. Такие кристаллы способны поглощать и переизлучать видимый свет, что потенциально можно использовать для передачи информации между элементами квантовых компьютеров.

Разработка передовых газотурбинных устройств в России предполагает внедрение водородных технологий и использование обогащенного водородом газотурбинного топлива. Этот газ содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Однако при взаимодействии многих материалов с водородом происходит процесс разрушения — водородная коррозия, которая приводит к снижению механических свойств металла — прочности и пластичности. Ученые Пермского Политеха сообщают, что материалы на основе никеля имеют достаточно высокую стойкость к водороду, как при обычных, так и при повышенных температурах. Политехники изучили, как ведет себя монокристаллические никелевые сплавы под воздействием водородсодержащей атмосферы и высокой температуры. Исследование будет полезно при разработке газотурбинных установок, которые используют в качестве источника энергии во многих областях промышленности, например, в нефтегазовой, автомобильной, авиационной и энергетической.

Российские исследователи объяснили, почему анализ нефти, межзвездной среды и некоторых более приземленных материй обнаруживает ряд типичных соединений углерода, азота и водорода, в то время как молекулы с другими сочетаниями тех же трех атомов не встречаются. Эта работа превращает набор стихийно скопившихся в органической химии наблюдений и обобщений касательно поведения веществ в стройную систему, в основе которой — принципы квантовой физики.

В связи с увеличением затрат на эксплуатацию традиционного автотранспорта и повышением требований к экологической безопасности в мире все более популярными становятся электромобили, особенно на водородных топливных элементах. В России подобных разработок сегодня нет, что открывает перед научным сообществом большие возможности. Однако применение водорода в качестве альтернативного источника топлива в автомобильной технике требует соблюдения повышенных мер контроля из-за его высокой пожароопасности. Ввиду этого при проектировании транспорта, построенного на водородной энергосиловой установке, возникает вопрос о безопасном проведении испытаний. Ученые Пермского Политеха разработали схему испытательного стенда для электромобиля на водородных топливных элементах с учетом необходимых параметров для обеспечения работоспособности и безопасности.

В лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН получен патент на металлорганическую каркасную структуру (МОКС) бензолтрикарбоксилата иттрия (III) Y-BTC для аккумулирования водорода и способ ее получения. МОКС представляет собой адсорбент, который имеет прецизионную пористую структуру с узким распределением пор по размерам. Он обладает повышенными адсорбционными свойствами по водороду и может применяться для адсорбционного аккумулирования и селективного разделения веществ, в том числе для хранения и транспортировки водорода и выделения и очистки инертных газов. Стоимость производства МОКС таким методом ниже, потому что при синтезе используется меньшее количество веществ.

Сегодня наблюдается бурное развитие водородной энергетики. Водород содержит почти в три раза больше энергии, чем ископаемое топливо, поэтому для выполнения какой-либо работы его требуется гораздо меньше. Например, по сравнению с электростанцией, работающей на сжигании топлива с производительностью от 33 до 35 процентов, водородные топливные элементы выполнят ту же функцию до 65 процентов. В связи с этим, у общества растет спрос на новые конструкционные и функциональные материалы для строительства электростанций. Это связано с тем, что при высоких давлениях и температурах выше 300 градусов Цельсия водородная коррозия оказывает на металлы разрушающее действие, приводящее к снижению механических свойств: прочность и пластичность. Ученые Пермского Политеха исследовали имеющиеся на рынке сплавы и покрытия и выявили среди них ряд материалов, которые могут противостоять воздействию водорода, при этом сохранить целостность и механические свойства изготовленных из них элементов, а также устранить или уменьшить водородное охрупчивание.

Считается, что большую часть воды на нашу планету принесли небесные тела. Однако новое моделирование показало, что вся она могла сформироваться и прямо на Земле. Для нужных химических реакций достаточно сравнительно короткого срока, в течение которого она могла удержать водород в своей атмосфере.

Исследователи Южного федерального университета получили новые наноразмерные катализаторы, способные получать «зеленый водород» путем расщепления воды в присутствии солнечного света. Такие возможности стали доступны благодаря уникальным сферическим наночастицам с полым ядром и оболочкой в составе катализаторов, эффективно улавливающие падающий солнечный свет и снижающие скорость рекомбинации фотогенерированных носителей заряда.

Ученые МФТИ и ОИВТ РАН создали модель кинетики образования металлического водорода во флюидном состоянии.