Получение «зелёного» водорода на ГЭС с использованием новых наноматериалов

Актуальность

Одним из направлений СНТР является «переход к экологически чистой и ресурсосберегающей энергетике, повышение эффективности добычи и глубокой переработки углеводородного сырья, формирование новых источников, способов транспортировки и хранения энергии». Поэтому при проектировании подводных гидроэлектростанций «Белуха» на основе гидроустановок «Ныряющее крыло» и «Крыловая роторная установка» (проекты 2020, 2021) необходимо заранее планировать способы и материалы, которые будут использоваться в технологических процессах, применяемых в ГЭС. Автономная морская ГЭС «Белуха» не только вырабатывает электроэнергию, используя энергию морских течений, часть электроэнергии расходуется для получения из морской воды дистиллированной и питьевой воды, морской соли и различных химических элементов. В этом технологическом процессе с помощью электролиза можно получить водород и кислород.

Встаёт вопрос о разработке рентабельных способов получения экологически чистого водорода, преимущественным из них является фотоэлектрохимический метод получения «зелёного» водорода, а использование наноматериалов позволит решить проблему рентабельности (дороговизны). Таким образом, разработка и исследование новых наноматериалов для получения «зелёного» водорода в ГЭС «Белуха» актуальна. В дальнейшем можно организовать сжижение/перевозку в баллоне высокого давления/ перевозку в химически связанном состоянии водорода и кислорода и транспортировку на морских контейнеровозах на материк. В результате человечество полностью обеспечит себя экологически чистым топливом, каким является водород. Водород можно будет использовать в качестве топлива для транспорта, а также для получения электроэнергии на электростанциях, работающих на водородном топливе. Человечество освободится от опасных и экологически вредных средств получения электроэнергии.

Цель

Описать технологический процесс получения «зелёного» водорода на ГЭС «Белуха» и разработать новые наноструктурированные материалы методом лазерного осаждения.

Задачи

1. Познакомиться с проблемами водородной энергетики.

2. Описать технологический процесс получения «зелёного» водорода.

3. Изучить метод создания новых материалов и способы получения водорода фотоэлектрокаталитическим методом.

4. Разработать новые наноструктурированные материалы методом лазерного осаждения.

5. Провести сравнительный анализ морфологии плёнок, полученных при разных условиях осаждения.

Оснащение и оборудование, использованное при создании работы

• Установка импульсного лазерного осаждения

Описание

Для решения проблемы рентабельности фотоэлектрохимического метода получения «зелёного» водорода на ГЭС были исследованы наноматериалы (вольфрамовые плёнки).

Для определения самой рентабельной плёнки в лаборатории НИУ МИФИ было проведено исследование вольфрамовых плёнок на подложке SiC.

Эти плёнки были получены методом импульсного лазерного осаждения при относительно низком давлении воздуха при комнатной температуре с последующим отжигом в атмосфере воздуха.

Результаты работы/выводы

При относительно малом увеличении видно, что плёнки обладали плотной структурой, которая для некоторых образцов имела разрушения в виде растрескиваний, некоторые образцы имели низкую прочность и изменения в структуре плёнки.

Лучшие показатели установлены в образце WO25,

полученном нанесением плёнки 〖WO〗_x на нагретую подложку SiC, что позволило предотвратить образование пузырей, подъём и растрескивание покрытия на достаточно большой площади поверхности.

Вывод: в ходе исследования образцов плёнок, полученных при разных условиях осаждения, наиболее рентабельным является WO25, поэтому именно это напыление можно использовать в технологическом процессе.

Перспективы использования результатов работы

Наноматериалы можно использовать в технологическом процессе выработки водорода на ГЭС.

Можно сегодня сделать морскую гидроэлектростанцию?

1.         Да!  Поскольку погружение предполагается на небольшую глубину (50–100 м), то корпус поплавка можно сделать облегчённым, что будет значительно дешевле корпуса подводных лодок.

2.         Оборудование для опреснения воды, электролиза и сжижение водорода применяется в промышленности, поэтому надо только правильно разместить в поплавке и автоматизировать их работу. Известно, что опреснение морской воды и электролиз требуют больших затрат электроэнергии, но в данном случае энергия естественная.

3.         Конечно, ещё потребуется работа по полной автоматизации производства, но это в современных условиях не проблема. Поэтому всё можно реализовать в достаточно короткие сроки.

Сотрудничество с вузом/учреждением при создании работы

НИЯУ МИФИ

Мнение автора

Открытая городская научно-практическая конференция «Инженеры будущего» – отличная возможность поделиться своими перспективными идеями с единомышленниками. Эксперты дают профессиональные советы и параллельно профориентируют на выбор индивидуальной траектории обучения в будущем с учётом твоих «проектных» интересов»