В Центре НТИ СПбПУ прошел научно-технический семинар на тему «Материалы для водородной энергетики и подходы к оценке их работоспособности»

24 февраля 2022 года состоялся научно-технический семинар Центра Национальной технологической инициативы «Новые производственные технологии» Санкт-Петербургского политехнического университета Петра Великого (Центр НТИ СПбПУ), тема которого была посвящена материалам для водородной энергетики и подходам к оценке их работоспособности.

Встреча была разделена на несколько основных блоков:

• Введение в тематику лекции;
• Определение водорода и его преимуществ перед другими источниками энергии, а также современное состояние вопроса;
• Проблематика формирующейся отрасли при транспортировке и хранении газообразного водорода;
• Водородное охрупчивание стали;
• Исследования в Политехническом университете (раскрытие тематики и подходов к испытаниям);
• Общие выводы и заключение лекции.

Открыл семинар исполнительный директор Научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Центра НТИ СПбПУ Никита Шапошников. Спикер поприветствовал слушателей лекции и представил актуальность тематики. «Водородная энергетика рассматривается сейчас как одно из ключевых направлений при реализации национальной стратегии по низкоуглеродному развитию. Важными задачами являются разработка промышленных технологий производства водорода, организация его транспортировки и использования. Семинар посвящен проблеме работоспособности материалов, подверженных водородному охрупчиванию в среде чистого газообразного водорода и его смеси с природным газом при транспортировке и хранении», – сообщил Никита Олегович.

Свое выступление Никита Шапошников начал с определения водорода и его основных преимуществ. Так, спикер сообщил, что на сегодняшний день водород является самым энергоемким и легким веществом из всех видов топлива, которое на протяжении долгого времени активно применяют в промышленности. С точки зрения пожаробезопасности и термических воздействий водород менее рискованный энергоноситель, чем природный газ. Однако при добавлении водорода в природный газ, риск взрыва газа в несколько раз увеличивается. В смеси с воздухом или кислородом (а также в присутствии хлора и фтора) горюч и крайне пожаро- и взрывоопасен.

Продолжая выступление, Никита Олегович представил основные отличия водорода от углеводородов, среди которых:

• Большие пределы воспламеняемости;
• Низкие значения энергии зажигания и детонации;
• Бесцветное пламя;
• Быстрое рассеивание;
• Способность к диффузии.

К концу своего выступления спикер сообщил о том, что водород хорошо растворяется в металлах. С этим связана его способность диффундировать через них. Так, диффузия через сталь может сопровождаться ее разрушением, например, вследствие взаимодействия водорода с углеродом. При этом, например, в серебре он практически не растворим.

Далее, научный семинар продолжил кандидат технических наук, заместитель заведующего лабораторией Научно-технологического комплекса «Новые технологии и материалы» Центра НТИ СПбПУ Антон Цветков. Спикер рассказал, что около половины мировой выработки водорода идёт на производство аммиака. Химическая промышленность является крупнейшим потребителем водорода в настоящее время. В нефтепереработке водород используется в процессах гидрокрекинга и гидроочистки, способствуя увеличению глубины переработки сырой нефти и повышению качества конечных продуктов. Для этих целей используется порядка 30 % всего производимого в мире водорода. Энергетическое использование водорода оценивается сейчас всего в 1-2% от общих объемов его потребления. Однако стоит сказать, что водород может применяться в тех же энергетических процессах, что и природный газ, и стать инструментом реализации перехода к устойчивой низкоуглеродной экономике.

В ходе своего выступления Антон Сергеевич добавил, что «новый» энергоноситель отличается высокими энергетическими показателями, а именно высокой удельной теплотой сгорания, по сравнению, например, с дизельным и бензиновым топливом, а в качестве «выхлопа» дает обычную воду, т.е. является экологически чистым энергоносителем. Кроме этого, водород отличается разнообразием способов его получения.

Для осуществления планов в области декарбонизации и значительного применения водорода, в том числе и как основного энергоносителя, критически важным является:

• повышение эффективности и снижение стоимости производства водорода;
• подготовка специалистов для реализации масштабной программы развития водородной энергетики;
• создание нормативной базы, обеспечивающей высокий уровень технологической безопасности для адаптации существующих и создания новых транспортных систем;
• развитие критериев оценки устойчивости материалов к водороду, а также исследовательских мощностей для оценки их работоспособности.

Используемые материалы и технологии являются существенным барьером, поскольку текущие технические решения транспортировки по газотранспортной системе рассчитаны на другие условия работы. Добавление водорода к транспортируемому природному газу или постоянная транспортировка большого количества чистого газообразного водорода требует создание водородной инфраструктуры. В настоящее время необходимо оценить работоспособность используемых материалов и соответственно безопасность при транспортировке и хранении газообразного водорода, для чего, в частности, требуется исследование степени водородного охрупчивания трубных сталей, а также неметаллических материалов, эластомеров и покрытий, применяемых в оборудовании компрессорных станций.

Напомним, что 15 сентября 2021 года состоялся круглый стол на тему «Механизмы водородной хрупкости и материалы для водородной энергетики». Мероприятие прошло в рамках первого дня II Международной конференции «Коррозия в нефтегазовой отрасли» (Corrosion OIL & GAS 2021). Дискуссия была посвящена обсуждению проблем и перспектив развития водородной энергетики для нефтегазовой и металлургической отраслей промышленности, а также текущих вызовов и достижений в направлении исследования водородного охрупчивания и разработки водородостойких материалов и покрытий.

В текущем году в рамках конференции «Corrosion OIL & GAS 2022» (14-16 сентября 2022 г.) будут затронуты вопросы оборудования и технологий для производства водорода, в частности из природного газа, а также состоится обсуждение исследований влияния водорода на свойства металлических и неметаллических материалов, используемых в нефтегазовой отрасли.