alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2017.10-12.075-085alternative-1024Research ArticleВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКАHYDROGEN ECONOMYВОДОРОДНАЯ ЗАПРАВОЧНАЯ СТАНЦИЯ НА ОСНОВЕ УСТАНОВКИ ПОЛУЧЕНИЯ ВОДОРОДА ГИДРОТЕРМАЛЬНЫМ МЕТОДОМ ОКИСЛЕНИЯ ПРОМЫШЛЕННЫХ ПОРОШКОВ АЛЮМИНИЯHYDROGEN FUELING STATION USING HYDROGEN GENERATION BY ALUMINUM POWDER HYDROTHERMAL OXIDATIONДмитриевА. Л.DmitrievA. L.

д-р техн. наук, главный научный сотрудник ФГУП «РНЦ “Прикладная химия”», профессор Российского государственного гидрометеорологического университета

D.Sc. (engineering), Chief Researcher at Russian Scientific Centre “Applied chemistry”, Professor at Russian State Hydrometeorological University

alldmitriev@yandex.ruИконниковВ. К.IkonnikovV. K.

канд. техн. наук, начальник лаборатории

Ph.D. (engineering), Head of Laboratory at Russian Scientific Centre “Applied chemistry”

alldmitriev@yandex.ruФГУП «Российский научный центр “Прикладная химия”»РоссияRussian Scientific Centre “Applied Chemistry”Russian Federation201717052017010-127585Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20172017Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1024

Промышленные способы получения водорода имеют ряд недостатков. Они либо сопровождаются большим количеством выбросов вредных веществ, в том числе диоксида углерода (например, при конверсии углеводородов), либо требуют наличия электроэнергии (электролиз воды). Рассматривается водородная заправочная станция с получением водорода на основе разработанного гидротермального метода окисления промышленных порошков алюминия. Технология основана на процессе непрерывного поступления в реактор смеси порошка алюминия с водой требуемого состава. Химическая реакция протекает при температуре 300–320 ºС и давлении 11–13 МПа. В процессе работы реактора идет непрерывный отвод продуктов реакции: пароводородной смеси и гидроксида алюминия. Большое количество тепла, которое получается в результате реакции (15,3 МДж/кг алюминия), преобразуется на паровой турбине для выработки электроэнергии, используемой для работы компрессоров и насосов установки. Благодаря этому водородная заправочная станция является полностью автономной, то есть не зависящей от внешних энергетических источников, и может устанавливаться в местах, удаленных от централизованного энергоснабжения. Получаемый на установке водород соответствует марке А (99,99 % Н2), не требует дальнейшей очистки и может использоваться в топливных элементах, а гидроксид алюминия (бемит) является ценным сырьем с высокой товарной стоимостью. Приведены характеристики водородной заправочной станции производительностью до 200 кг водорода в сутки.

 

 

 

 

Current commercial technologies of hydrogen generation have drawbacks. Vast amount of harmful byproducts are evolved, e. g. carbon dioxide (for example, steam reforming of natural gas process) or electricity source is demanded (water electrolysis process). The paper presents a hydrogen fueling station based on developed technology of hydrothermal oxidation of commercially available aluminum powder. Continuous mode reactor is filled in with predetermined ratio aluminum powder / water mixture and withdrawn with reaction products: steam-hydrogen mixture and aluminum hydroxide. Aluminum powder reacts with water at temperature 300-320 ºС and pressure 11-13 MPa. High amount of heat released by oxidation (15,3 MJ/kg aluminum) is used to drive turbine and for electricity generation. This energy is used to power the hydrogen compressor, pumps and control systems. Thus this hydrogen fueling station is fully autonomous, independent from outside power systems and could be located far from power supply networks. Hydrogen generated meets grade A demands (99,99% H2) and could be used in fuel cell without cleaning. Aluminum hydroxide (boehmite) is valuable high demand product. Parameters of aluminum powder driven fueling station with capacity of 200 kg of hydrogen per day is shown.

водородзаправочная станциятранспортавтомобильпорошок алюминияреакторпароводородная смесьтурбинабаллонкомпрессорнасосгидроксид алюминиябемитhydrogenfueling stationtransportaluminum powderreactorhydrogen-steam mixtureturbineelectric generatorgas cylindercompressorpumpaluminum hydroxideboehmiteReferencesМинистр нефти Саудовской Аравии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://news2.ru/story/259461/ – (Дата обращения: 14.01.2017).Saudi Arabian Minister of Petroleum and Mineral Resources (Ministr nefti Saudovskoi Aravii) [E-resource]. Available at: https://news2.ru/story/259461/ (14.01.2017) (in Russ.).Технические характеристики Toyota Mirai [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://povozcar.ru/toyota-mirai-2015.html. – (Дата обращения: 14.01.2017).Toyota Mirai Product Information (Tekhnicheskie kharakteristiki Toyota Mirai) [E-resource]. Available at: http://povozcar.ru/toyota-mirai-2015.html (14.01.2017) (in Russ.).Проекты водородного транспорта [Электронный ресурс]. Режим доступа: http: //www.transport-research.info/project/new-bus-refuelling-european-hydrogen-bus-depots- – (Дата обращения: 14.01.2017).Hydrogen driven Vehicles projects (Proekty vodorodnogo transporta) [E-resource]. Available at: http: //www.transport-research.info/project/new-bus-refuelling-european-hydrogen-bus-depots- (14.01.2017) (in Russ.).Водородный автобус Мерседес Бенц Ситаро [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://dic.academic.ru/dic.nsf/%20ruwiki/420490- Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 14.01.2017).Mercedes-Benz Citaro Bus hydrogen fuel cell-powered version (Vodorodnyi avtobus Mersedes Bents Sitaro) [E-resource]. Available at: http://dic.academic.ru/dic.nsf/%20ruwiki/420490- (14.01.2017) (in Russ.).Водородный поезд компании Alstom [Электронный ресурс]. Режим доступа: http://ruscable.blogspot.com/2016/11/coradia-ilint.html – (Дата обращения: 15.01.2017).Low floor passenger train powered by a hydrogen fuel cell manufactured by Alstom (Vodorodnyi poezd kompanii Alstom) [E-resource]. Available at: http://ruscable.blogspot.com/2016/11/coradia-ilint.html (15.01.2017) (in Russ.).Беспилотник-дрон на водородных топливных элементах [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.altsyn.com/energonovosti/477/bespilotnikdron-na-vodorodnykh-toplivnykh-elementakh- – (Дата обращения: 10.02.2017).ScanEagle® Unmanned Aircraft Systems with fuel cell propulsion system (Bespilotnik-dron na vodorodnykh toplivnykh elementakh) [E-resource]. Available at: http://www.altsyn.com/energonovosti/477/bespilotnikdron-na-vodorodnykh-toplivnykh-elementakh-(10.02.2017) (in Russ.).Разработка фирмой Боинг БПЛА на жидком водороде [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://weaponscollection.com/21/2320-phantom-eye-bespilotnik-rabotayuschiy-na-vodorode.html – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 02.02.2017).The Boeing Phantom Eye is a high altitude, long endurance (HALE) liquid hydrogen-powered unmanned aerial vehicle developed by Boeing Phantom Works (Razrabotka firmoi Boing BPLA na zhidkom vodorode) [E-resource]. Available at: http://weaponscollection.com/21/2320-phantom-eye-bespilotnik-rabotayuschiy-na-vodorode.html (02.02.2017) (in Russ.).БПЛА «Орлан-10» в Вооруженных силах РФ [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://pro-samolet.ru/blog-pro-samolet/449-uavs-eagle10-in-service-with-the-russian-army. – (Дата обращения: 02.02.2017).The Orlan-10 unmanned aerial vehicle is in service with the Ministry of Defence of the Russian Federation (BPLA “Orlan-10” v Vooruzhennykh silakh RF) [E-resource]. Available at: http://pro-samolet.ru/blog-pro-samolet/449-uavs-eagle10-in-service-with-the-russian-army (02.02.2017) (in Russ.).БПЛА «Форпост» на авиабазе в Елизово [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://tvzvezda.ru/news/opk/content/201701201133-mok0.htm – (Дата обращения: 02.02.2017).Unmanned aerial vehicle “Forpost” is used in Elisovo airbase (BPLA “Forpost” na aviabaze v Elizovo) [E-resource]. Available at: http://tvzvezda.ru/news/opk/content/201701201133-mok0.htm (02.02.2017) (in Russ.).Развед-комплекс «Искатель» с БПЛА Т-4 [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://topwar.ru/21919-bespilotnik-bla-t-4-rossiyavdv.html – (Дата обращения: 02.02.2017).“Iskatel” intelligence system with UAV T-4 (Razved-kompleks “Iskatel'” s BPLA T-4) [E-resource]. Available at: https://topwar.ru/21919-bespilotnik-bla-t-4-rossiya-vdv.html (02.02.2017) (in Russ.).Ударный «Сухой» беспилотник [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://www.gazeta.ru/politics/2012/07/06_a_4672589.s html. – (Дата обращения: 02.02.2017).Strike UAV developing by Sukhoi Holding (Udarnyi “Sukhoi” bespilotnik) [E-resource]. Available at: https://www.gazeta.ru/politics/2012/07/06_a_4672589.s html (02.02.2017) (in Russ.).Минкомсвязи РФ разрабатывает концепцию инновационного развития [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.multiwood.ru/fag/1718/ – (Дата обращения: 02.02.2017).The Russian Ministry of Communication is developing innovation concept (Minkomsvyazi RF razrabatyvaet kontseptsiyu innovatsionnogo razvitiya) [E-resource]. Available at: http://www.multiwood.ru/fag/1718/ (02.02.2017) (in Russ.).РЖД станет использовать вагоны с энергоустановками на… [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://aenergy.ru/3549 – Заглавие с экрана. – (Дата обращения: 05.02.2017).The Russian Railway will begin to use cars with power stations on … (RZhD stanet ispol'zovat' vagony s energous-tanovkami na…) [E-resource]. Available at: http://aenergy.ru/3549 (05.02.2017) (in Russ.).Водородная запрaвочная станция в Калифорнии [Электронный ресурс]. – Режим доступа: https://honda.org.ua/news/honda-predstaviladomashnjuju-stanciju-dlja-zapravki-vodorodnyh-avto. – (Дата обращения: 05.02.2017).Hydrogen filling station in California (Vodorodnaya zapravochnaya stantsiya v Kalifornii) [E-resource]. Available at: https://honda.org.ua/news/honda-predstaviladomashnjuju-stanciju-dlja-zapravki-vodorodnyh-avto (05.02.2017) (in Russ.).Стандартная типовая водородная заправочная станция [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://www.energy-units.ru/H2_filling_station.php – (Дата обращения: 05.02.2017).Hydrogen filling station unit (Standartnaya tipovaya vodorodnaya zapravoch-naya stantsiya) [E-resource]. Available at: http://www.energy-units.ru/H2_filling_station.php (05.02.2017) (in Russ.).Черепанов, В.П. Химические газ- и теплообразующие смеси на основе порошков алюминия и их сплавов. [Текст] / В.П. Черепанов, В.Г. Гопиенко // Цветные металлы. – 2000. – № 1. – С. 23–29.Cherepanov V.P., Gopienko V.G. Gas- and heat released mixtures based on chemically reacted aluminum and aluminum alloys powders ( Khimicheskie gaz- i teploobra-zuyushchie smesi na osnove poroshkov alyuminiya i ikh splavov). Tsvetnye metally. 2000;1:23– 29 (in Russ.).Когутов, И.Л. Газовое дело в дирижаблестроении / И.Л.Когутов. – М.: РИО Аэрофлота, 1938. – 328 с.Kogutov, I.L. Gases in dirigible (Gazovoe delo v dirizhablestroenii). Moscow: RIO Aeroflota Publ., 1938 (in Russ.).Алюмоводородная энергетика / А.З. Жук [и др.]. – М: ОИВТ РАН, 2007. – 278 с.Zhuk A.Z. et al. Hydrogen power based on aluminum (Alyumovodorodnaya energetika). Moscow: OIVT RAN, 2007 (in Russ.).Корольченко, А.Я. Пожаровзрывоопасность промышленной пыли / А.Я. Корольченко. – М.: Химия. – 1986. – 150 с.Korol'chenko A.Ya. Fire and explosion safety of dust in industrial processes (Pozharovzryvoopasnost' promyshlennoi pyli). Moscow: Khimiya Publ., 1986 (in Russ.).Разработка технологии получения водорода и паро-водородной смеси гидролизом порошков алюминия для автономных комбинированных энергоустановок / А.К. Иконников [и др.]. – Отчет о НИР, ФГУП «РНЦ «Прикладная химия». – СПб: 2008. – № 304 (11). – 102 с.Ikonnikov A.K. et al. Development of technology of hydrogen and steam-hydrogen mixture generation by hydrolysis of aluminum powder for mobile power generators (Razrabotka tekhnologi polucheniya vodoroda i parovodorodnoi smesi gidrolizom poroshkov alyuminiya dlya avtonomnykh kombinirovannykh energoustanovok). Otchet o NIR, FGUP “RNTs “Prikladnaya khimiya”. SPb, 2008, no. 304(11) (in Russ.).Автономные комбинированные энергоустановки с топливными элементами, работающими на продуктах гидротермального окисления алюминия / А.Л. Дмитриев [и др.] // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология» (ISJAEE). – 2008. – № 11. – С. 10–16.Dmitriev A.L. Mobile power generators based on fuel cell filled with hydrogen generated by hydrothermal oxidation of aluminum (Avtonomnye kombinirovannye energoustanovki s toplivnymi elementami, rabotayushchimi na produktakh gidrotermal'nogo okisleniya alyuminiya). International Scientific Journal for Alternative Energy and Ecology (ISJAEE), 2008;11:10–16 (in Russ.).Дмитриев, А.Л. Автономная энергоустановка на основе установки гидротермального метода получения пароводородной смеси и паровой микротурбины / А.Л. Дмитриев, В.К. Иконников, Н.П. Карпов // Материалы конференции «Физические проблемы водородной энергетики». – СПб, 2012. – С. 138–139.Dmitriev A.L., Ikonnikov V.K., Karpov N.P. Mobile power generator for microturbine based on hydrothermal method of steam hydrogen mixture generation (Avtonomnaya energoustanovka na osnove ustanovki gidrotermal'nogo metoda polucheniya parovodorodnoi smesi i parovoi mikroturbiny). Сonference proceedings “The physical problems of hydrogen energy”. SPb, 2012, pp. 138–139 (in Russ.).Паровые турбины малой мощности [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://elta-e.ru/pns/low_power_steam_turbines.html – (Дата обращения: 05.02.2017).Low power steam turbine (Parovye turbiny maloi moshchnosti) [E-resource]. Available at: http://elta-e.ru/pns/low_power_steam_turbines.html (05.02.2017) (in Russ.).Водородные компрессоры высокого давления [Электронный ресурс]. – Режим доступа:http://400bar.ru/kompressory/vodorodnyekompressory – (Дата обращения: 05.02.2017).Hydrogen high pressure compressors (Vodorodnye kompressory vysokogo davleniya) [E-resource]. Available at: http://400bar.ru/kompressory/vodorodnye-kompressory (05.02.2017) (in Russ.).Шейдлин, А.Е. Концепция алюмоводородной энергетики [Текст] / А.Е. Шейдлин, А.З. Жук // Российский химический журнал. – 2006. – № 6. – С. 105–108.Sheidlin A.E., Zhuk A.Z. Hydrogen generationПроизводство бемита (алюминиевого мета-гидроксида) [Электронный ресурс]. – Режим доступа: http://russian.impulse.by/?page_id=224 – (Дата обращения: 02.02.2017).based on aluminum concept (Kontseptsiya alyumovodorodnoi energetiki). Rossiiskii khimicheskii zhurnal, 2006;6:105–108 (in Russ.).Boemite (aluminum metahydroxide) manufacturing Proizvodstvo bemita (alyuminievogo metagidroksida) [E-resource]. Available at: http://russian.impulse.by/?page_id=224 (02.02.2017) (in Russ.).Boemite (aluminum metahydroxide) manufacturing Proizvodstvo bemita (alyuminievogo metagidroksida) [E-resource]. Available at: http://russian.impulse.by/?page_id=224 (02.02.2017) (in Russ.).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.