alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2018.16-18.063-069alternative-1415Research ArticleВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКАHYDROGEN ECONOMYПолучение водорода в акустоплазменном разряде из прямых водно-углеводородных эмульсийHydrogen Production in Acousto-Plasma Discharge from Direct Water-Hydrocarbon EmulsionsБулычевН. А.BulychevN. A.

Николай Алексеевич Булычев -  доктор химических  наук,  ведущий научный сотрудник, h-index 10.

Д. 53, Ленинский пр-т, Москва, 119991, тел.: +7(499)135-78-90; Д. 4, Волоколамское шоссе, Москва, 125993, тел.: +7(499)135-78-90

Nikolay Bulychev - in D.Sc. in Chemistry, Chief Researcher.

53 Leninsky Av., Moscow, 119991,  tel.: +7 (499) 135 78 90;4 Volokolamskoe drive, Moscow, 125993,   tel.: +7(499)135 78 90

nbulychev@mail.ruКириченкоМ. Н.KirichenkoM. N.

Марина Николаевна Кириченко - кандидат физико-математических наук, научный сотрудник, h-index 2.

Д. 53, Ленинский пр-т, Москва, 119991, тел.: +7(499)135-78-90

Marina Kirichenko - Ph.D. in Physics and Mathematics, Researcher.

53 Leninsky Av., Moscow, 119991,  tel.: +7 (499) 135 78 90

kazar@sci.lebedev.ruКазарянМ. А.KazaryanM. A.

Мишик Айразатович Казарян - доктор физико-математических наук, ведущий научный сотрудник, h-index 9; Scopus 9;  РИНЦ 10; WoS 9.

Д. 53, Ленинский пр-т, Москва, 119991, тел.: +7(499)135-78-90

Mishik Kazaryan - D.Sc. in Physics and Mathematics, Leading Researcher.

53 Leninsky Av., Moscow, 119991,  tel.: +7 (499) 135 78 90

kazar@sci.lebedev.ruФизический институт им. П.Н. Лебедева РАН; Московский авиационный институтРоссияLebedev Physical Institute of RAS; Moscow Aviation InstituteRussian FederationФизический институт им. П.Н. Лебедева РАНРоссияLebedev Physical Institute of RASRussian Federation201812092018016-186369Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20182018Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/1415

Показано, что инициируемая в жидкофазных средах в разрядном промежутке между электродами низкотемпературная плазма способна эффективно разлагать водородсодержащие молекулы органических соединений с образованием газообразных продуктов, в которых доля водорода составляет более 90 % об. В качестве исходных веществ применялись прямые водно-углеводородные эмульсии, полученные под действием ультразвуковой кавитации и при воздействии электрическим полем. Установлено, что производительность по водороду при использовании эмульсий не уступает индивидуальным исходным веществам. Измерение количества газовой смеси, образующейся при разложении органических жидкостей, показало, что производительность сильно зависит от тока разряда, а также от объема разряда, который может меняться в зависимости от расстояния между электродами в реакционной камере. В экспериментах ток разряда составлял от 4 А до 8 А, напряжение разряда в зависимости от типа жидкости – 30–45 В.

In this work, a low-temperature plasma initiated in liquid media between electrodes is shown to be able to decompose hydrogen containing organic molecules resulting in obtaining gaseous products with volume part of hydrogen higher than 90%. As feedstocks, the direct water-hydrogen emulsions obtained by ultrasonic treatment and action of electric field are used. Hydrogen productivity from emulsions is shown to be not less than that from individual substances. The measurement of the amount of the gas mixture formed during the decomposition of organic liquids demonstrates that the output is highly dependent on the discharge current, and also on the volume of the discharge which can vary depending on the distance between the electrodes in the reaction chamber. In current experiments, the discharge current is from 4A to 8A, the discharge voltage depending on the type of liquid is 30-45 V.

It has been established that using the acoustoplasmic method allows the use of raw materials of the lowest quality, i.e. there is no need to spend expensive cleaning to remove impurities. A significant advantage is also the absence of toxic and difficult to digestible by-products of this synthesis, as well as the fact that the gas mixture leaves the reactor at a low pressure (0.2-0.3 atm) which facilitates its primary transportation. Hydrogen-containing gas can be used as fuel directly after synthesis, i.e. does not require separation, since in addition to hydrogen contains only impurities of CO2 and water vapor. A by-product in the production of hydrogen by the acousto-plasma discharge method in the decomposition of organic liquids is carbon formed in the form of agglomerates of nanoparticles of different structures and precipitated during the reaction at the bottom of the reaction chamber.

плазмаультразвуковая кавитацияэмульсииводородакустоплазменный разрядplasmaultrasonic cavitationemulsionshydrogenacousto-plasma dischargeГрант Президента Российской Федерации № МД-3964.2018.8Grant President of the Russian Federation, No. MD3964.2018.8ReferencesBulychev, N.A. Plasma discharge with surround glow in the liquid phase under the impact of ultrasound / N.A. Bulychev [et al.] // Bull. Lebedev Phys. Inst. – 2012. – Vol. 39. – No. 7. – P. 214–220.Bulychev N.A., Kazaryan M.A., Gridneva E.S., Murav’ev E.N., Solinov V.F., Koshelev K.K., Kosheleva O.K., Sachkov V.I. Chen S.G.Plasma discharge with surround glow in the liquid phase under the impact of ultrasound. Bull. Lebedev Phys. Inst., 2012;39(7):214–220.Klassen, N. Laser and electric arc synthesis of nanocrystalline scintillators / N. Klassen [et al.] // IEEE Trans. Nucl. Sci. – 2010. – Vol. 57. – No. 3. – P. 1377– 1381.Klassen N., Krivko O., Kedrov V.V., Shmurak S.Z., Kiselev A.P., Shmyt’ko I.M., Kudrenko E.A., Shekhtman A.A., Bazhenov A.V., Fursova T.N., Abramov V.O., Bulychev N.A., Kisterev E.V.Laser and electric arc synthesis of nanocrystalline scintillators. IEEE Trans. Nucl. Sci., 2010;57(3):1377–1381.Bulychev, N.A. Nanoscale metal oxide particles produced in the plasma discharge in the liquid phase upon exposure to ultrasonic cavitation. 1. Method for producing particles / N.A. Bulychev [et al.] // Bull. Lebedev Phys. Inst. – 2014. – Vol. 41. – No. 9. – P. 264–268.Bulychev N.A., Kazaryan M.A., Chaikov L.L., Burkhanov I.S., Krasovskii V.I. Nanoscale metal oxide particles produced in the plasma discharge in the liquid phase upon exposure to ultrasonic cavitation. 1. Method for producing particles. Bull. Lebedev Phys. Inst., 2014;41(9):264–268.Ivanov, A.V. Properties of metal oxide nanoparticles prepared by plasma discharge in water with ultrasonic cavitation / A.V. Ivanov [et al.] // Int. J. Nanotechnol. – 2017. – Vol. 14. – No. 7/8. – P. 618–626.Ivanov A.V., Nikiforov V.N., Shevchenko S.V., Timoshenko V.Yu., Pryadun V.V., Bulychev N.A., Bychenko A.B., Kazaryan M.A. Properties of metal oxide nanoparticles prepared by plasma discharge in water with ultrasonic cavitation. Int. J. Nanotechnol., 2017;14(7/8):618–626.Burkhanov, I.S. Nanoscale metal oxide particles produced in the plasma discharge in the liquid phase upon exposure to ultrasonic cavitation. 2. Sizes and stability. Dynamic light scattering study / I.S. Burkhanov [et al.] // Bulletin of the Lebedev Physics Institute. – 2014. – Vol. 41. – No. 10. – P. 297–304.Burkhanov I.S., Chaikov L.L., Bulychev N.A., Kazaryan M.A., Krasovskii V.I.Nanoscale metal oxide particles produced in the plasma discharge in the liquid phase upon exposure to ultrasonic cavitation. 2. Sizes and stability. Dynamic light scattering study. Bulletin of the Lebedev Physics Institute, 2014; 41(10):297–304.Ganiev, R.F. Effect of mechanical activation on surface modification in aqueous pigment disperse systems / R.F. Ganiev [et al.] // Doklady Chemistry. – 2006. – Vol. 407. – P. 54–56.Ganiev R.F., Bulychev N.A., Fomin V.N., Arutyunov I.A., Eisenbach C.D., Zubov V.P., Malyukova E.B. Effect of mechanical activation on surface modification in aqueous pigment disperse systems. Doklady Chemistry, 2006;407:54–56.Bulychev, N.A. Ultrasonic Treatment Assisted Surface Modification of Inorganic and Organic Pigments in Aqueous Dispersions / N.A. Bulychev [et al.] // Journal of the Balkan Tribological Association. – 2008. – Vol. 1. – No. 14. – P. 30–39.Bulychev N.A., Kisterev E.V., Arutunov I.A., Zubov V.P. Ultrasonic Treatment Assisted Surface Modification of Inorganic and Organic Pigments in Aqueous Dispersions. Journal of the Balkan Tribological Association, 2008;1(14):30–39.Bulychev, N. Structure of Adsorption Layers of Amphiphilic Copolymers on Inorganic or Organic Particle Surfaces / N.A. Bulychev [et al.] // Macromol. Chem. Phys. – 2010. – Vol. 9. – No. 211. – P. 971–977.Bulychev N., Dervaux B., Dirnberger K., Zubov V., Du Prez F.E., Eisenbach C.D. Structure of Adsorption Layers of Amphiphilic Copolymers on Inorganic or Organic Particle Surfaces. Macromol. Chem. Phys., 2010;9(211):971–977.Ioni, Yu.V. Preparation of Finely Dispersed Nanographite / Yu.V. Ioni [et al.] // Inorganic Materials. – 2011. – Vol. 47. – No. 6. – P. 597–602.Ioni Yu.V., Tkachev S.V., Bulychev N.A., Gubin S.P. Preparation of Finely Dispersed Nanographite. Inorganic Materials, 2011;47(6):597–602. [10] Bulychev N.A., Kazaryan M.A., Averyushkin A.S., Chernov A.A., Gusev A.L.Hydrogen Production byBulychev, N.A. Hydrogen Production by LowTemperature Plasma Decomposition of Liquids / N.A. Bulychev [et al.] // International Journal of Hydrogen Energy. – 2017. – Vol. 42. – P. 20934–20938.Low-Temperature Plasma Decomposition of Liquids. International Journal of Hydrogen Energy, 2017;42:20934–20938.Булычев, Н.А. Влияние ультразвуковой кавитации на плазменный разряд в жидкой среде и свойства образующихся при этом наночастиц / Н.А. Булычев [и др.] // Приборы и техника эксперимента. – 2016. – № 6. – С. 71–76.Bulychev N.A., Kazaryan M.A., Lepnev L.S., Averyushkin A.S., Morozova E.A., Stavtsev A.Yu., Chernov A.A. The influence of ultrasonic cavitation on a plasma discharge in a liquid medium and the properties of nanoparticles formed in this process (Vliyanie ultrazvukovoi kavitatsii na plazmennyi razryad v zhidkoi srede i svoistva obrazuyushchihsya pri etom chastits). Pribory I tehnika eksperimenta, 2016;(6):71– 76 (in Russ.).Булычев, Н.А. Плазменный разряд под действием ультразвука и его возможные применения / Н.А. Булычев [и др.] // Труды Пятой международной конференции по чистым и возобновляемым источникам энергии, Ереван. – 2014. – С. 180.Bulychev N.A., Ioni Yu.V., Kazaryan M.A., Muraviev E.N., Dyakov Yu.A., Chen T.N. Plasma discharge under the influence of ultrasound and its possible applications (Plazmennyi razryad pod deistviem ultrazvuka I ego vozmozhnye primeneniya). Proceedings of the Fifth International Conference on Clean and Renewable Sources of Energy, Yerevan, 2014, p. 180 (in Russ.).Булычев, Н.А. Плазмохимические реакции в жидких средах под действием акустоплазменного разряда / Н.А. Булычев [и др.]// Известия Академии инженерных наук. – 2014. – № 1. – С. 14.Bulychev N.A., Muraviev E.N., Chernov A.A., Kazaryan M.A. Plasma-chemical reactions in liquid media under the action of an acoustoplasmic discharge (Plazmohimicheskie reaktsii v zhidkih sredah pod deistviem akustoplazmennogo razryada). Proceedings of the Academy of Engineering Sciences, 2014;(1):14 (in Russ.).Булычев, Н.А. Получение водорода в акустоплазменном разряде в жидкости / Н.А. Булычев [и др.] // Оптика атмосферы и океана. – 2018. – Т. 31. – № 3. – С. 226–228.Bulychev N.A., Kirichenko M.N., Averyushkin A.S., Kazaryan M.A. Hydrogen production in acoustoplasma discharge in a liquid (Poluchenie vodoroda v akustoplazmennom razryade v zhidkosti). Optika atmosfery I okeana, 2018;31(3):226–228 (in Russ.).

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