alternativeАльтернативная энергетика и экология (ISJAEE)Alternative Energy and Ecology (ISJAEE)1608-8298Международный издательский дом научной периодики "Спейс10.15518/isjaee.2024.08.074-084alternative-2469Research ArticleIV. ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА. 12. Водородная экономика. 12-3-0-0 Транспортирование водородаIV. HYDROGEN ECONOMY. 12. Hydrogen economy. 12-3-0-0 Gas analytical systems and hydrogen sensorsОбнаружение утечек водорода из резервуаров хранения и систем подачи топлива к двигателям горного транспорта, работающего на водородеDetection of hydrogen leaks from storage tanks and fuel supply systems to engines of mining transport operating on hydrogenhttps://orcid.org/0000-0003-2904-7382ПриваловВ. Е.PrivalovV. E.

Привалов Вадим Евгеньевич - д-р физ.-мат. наук, профессор СПБ ПУ Петра Великого.

195251, Санкт-Петербург, ул. Политехническая, 29

Vadim E. Privalov - Dr. Sci. (Phys. Mathem.), Prof., Peter the Great SPb PU.

195251, St. Petersburg, st. Politekhnicheskaya, 29

office@spbstu.ruhttps://orcid.org/0000-0003-2945-6143ТуркинВ. А.TurkinV. A.

Туркин Владимир Антонович - д-р техн. наук, проф. ГМУ им. адм. Ф.Ф. Ушакова.

353924, Краснодарский край, Новороссийск, пр. Ленина, 93

Vladimir A. Turkin - Dr. Sci. (Eng.), Prof. AUMSU.

353924, Krasnodar region, Novorossiysk, Lenin Ave., 93

mail@nsma.ruhttps://orcid.org/0000-0003-0707-489XШеманинВ. Г.ShemaninV. G.

Шеманин Валерий Геннадьевич - д-р физ.-мат. наук, проф. НПИ КубГТУ.

353900, Краснодарский край, Новороссийск, ул. Карла Маркса, 20

Valery G. Shemanin - Dr.  Sci. (Phys. Mathem.), Prof NPI of KubSTU.

353900, Krasnodar region, Novorossiysk, st. Karl Marx, 20

npi@npi.kubstu.ruСанкт-Петербургский политехнический университет Петра ВеликогоРоссияPeter the Great St. Petersburg Polytechnic UniversityRussian FederationГосударственный морской университет имени адмирала Ф.Ф. УшаковаРоссияAdmiral Ushakov Maritime State UniversityRussian FederationНовороссийский политехнический институт (филиал) Кубанского государственного технологического университетаРоссияNovorossiysk Polytechnic Institute (branch) Kuban State Technological UniversityRussian Federation202425082024087484Copyright © Международный издательский дом научной периодики "Спейс, 20242024Международный издательский дом научной периодики "СпейсМеждународный издательский дом научной периодики "Спейсhttps://www.isjaee.com/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.isjaee.com/jour/article/view/2469

В горнодобывающей промышленности система работы опирается на оборудование, которое потребляет большое количество энергии. В шахтных работах дизельная техника находит широкое применение, благодаря своей гибкости, грузоподъемности и адаптивности к различным условиям местности. Однако здесь наблюдается высокое потребление дизельного топлива и высокий уровень выбросов парниковых газов, главным образом монооксида углерода. Использование водорода в качестве топлива не только дает возможность обезуглеродить транспорт и энергетику горнодобывающей отрасли, но и значительно снизить местное загрязнение воздуха. К перечню возможных объектов использования предлагаемой водородной технологии можно отнести: дизельные электростанции, высоковольтные дизельные перегонные станции, карьерные экскаваторы, буровые установки, погрузочно-доставочные машины с дизельным приводом и другие. Использование водорода как топлива в качестве привода двигателей электростанций и объектов транспорта горнодобывающей отрасли требует разработки оборудования для контроля утечки водорода из элементов хранения и подачи топлива к двигателям. Рассмотрено решение задачи контроля утечек водорода из топливных баков горнодобывающего транспорта и энергетического оборудования, обеспечивающего работу горнодобывающих предприятий, лидаром комбинационного рассеяния света. Показано, что на длине волны лазерного излучения 532 нм можно получить минимальное время измерения концентрации водорода в воздушной среде лидаром комбинационного рассеяния света на заданном расстоянии зондирования. Получено, что лидарное зондирование с геостационарной орбиты на длине волны лазерного излучения 532 нм также дает минимальное время измерения для заданной концентрации исследуемых молекул водорода.

In the mining industry, the work system relies on equipment that consumes large amounts of energy. In mining operations, diesel equipment is widely used due to its flexibility, load capacity and adaptability to various terrain conditions. However, it has high diesel consumption and high greenhouse gas emissions, mainly carbon monoxide. Using hydrogen as a fuel not only offers the opportunity to decarbonize transportation and the mining industry, but also significantly reduces local air pollution. The list of possible objects for using the proposed hydrogen technology includes: diesel power plants, high-voltage diesel distillation stations, mining excavators, drilling rigs, diesel-powered loading and hauling vehicles and others. The use of hydrogen as a fuel to drive engines of power plants and transport facilities in the mining industry requires the development of equipment to control the leakage of hydrogen from storage elements and fuel supply to the engines. The solution to the problem of monitoring hydrogen leaks from fuel tanks of mining vehicles and power equipment that ensures the operation of mining enterprises using Raman lidar is considered. It is shown that at a laser radiation wavelength of 532 nm it is possible to obtain the minimum time for measuring the hydrogen concentration in the air with a Raman lidar at a given sensing distance. It was found that lidar sensing from geostationary orbit at a laser radiation wavelength of 532 nm also provides the minimum measurement time for a given concentration of the hydrogen molecules under study.

горнодобывающая отрасльтранспорттопливоводородконтроль утечеклазерminingtransportfuelhydrogenleak controllaserReferencesFigueiredo R. L., da Silva J. M., Ortiz C. E. A. Green hydrogen: Decarbonization in mining – Review // Cleaner Energy Systems. – 2023. – V. 5. – P. 100075.Figueiredo R. L., da Silva J. M., Ortiz C. E. A. Green hydrogen: Decarbonization in mining – Review. Cleaner Energy Systems, 2023, vol. 5, p. 100075.Malozyomov B. V., Martyushev N. V., Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Valuev D. V., Qi M. Mathematical Modelling of Traction Equipment Parameters of Electric Cargo Trucks // Mathematics. – 2024. – V. 12. – P. 577. DOI: 10.3390/math12040577.Malozyomov B. V., Martyushev N. V., Sorokova S. N., Efremenkov E. A., Valuev D. V., Qi M. Mathematical Modelling of Traction Equipment Parameters of Electric Cargo Trucks. Mathematics, 2024, vol. 12, p. 577. DOI: 10.3390/math12040577.Modina M. A., Khekert Е.V., Epikhin A. I. IOP Conf. Series: EES. – 2021. – V. 867. – P. 012072.Modina M. A., Khekert Е. V., Epikhin A. I. IOP Conf. Series: EES, 2021, vol. 867, p. 012072.Modina M. A., Kheckert E. V., Epikhin A. I. IOP Conference Series: EES. – 2021. – V. 867. – P. 012104.Modina M. A., Kheckert E. V., Epikhin A. I. IOP Conference Series: EES, 2021, vol. 867, p. 012104.Filina O. A., Martyushev N. V., Malozyomov B. V., Tynchenko V. S., Kukartsev V. A., Bashmur K. A., Pavlov P. P., Panfilova T. A. Increasing the Efficiency of Diagnostics in the Brush-Commutator Assembly of a Direct Current Electric Motor // Energies. – 2024. – V. 17. – P. 17. DOI: 10.3390/en17010017.Filina O. A., Martyushev N. V., Malozyomov B. V., Tynchenko V. S., Kukartsev V. A., Bashmur K. A., Pavlov P. P., Panfilova T. A. Increasing the Efficiency of Diagnostics in the Brush-Commutator Assembly of a Direct Current Electric Motor. Energies, 2024, vol. 17, p. 17. DOI: 10.3390/en17010017.Shahabuddin M., Brooks G., Rhamdhani M. A. Decarbonisation and hydrogen integration of steel industries: recent development, challenges and technoeconomic analysis // J. Clean. Prod. – 2023. – P. 136391.Shahabuddin M., Brooks G., Rhamdhani M.A. Decarbonisation and hydrogen integration of steel industries: recent development, challenges and technoeconomic analysis. J. Clean. Prod, 2023, p. 136391.Ahmad Z., Kaario O., Karimkashi S., Qiang C., Vuorinen V., Larmi M. Effects of Ethane Addition on Diesel-Methane Dual-Fuel Combustion in a Heavy-Duty Engine // Fuel. – 2021. – V. 289.Ahmad Z., Kaario O., Karimkashi S., Qiang C., Vuorinen V., Larmi M. Effects of Ethane Addition on Diesel-Methane Dual-Fuel Combustion in a Heavy-Duty Engine. Fuel, 2021, vol. 289.Ehrhart B. D., Brooks D. M., Muna A. B., La Fleur C. B. Risk assessment of hydrogen fuel cell electric vehicles in tunnels // Fire Technology. – 2020. – V. 56. – P. 891-912.Ehrhart B. D., Brooks D. M., Muna A. B., La Fleur C. B. Risk assessment of hydrogen fuel cell electric vehicles in tunnels. Fire Technology, 2020, vol. 56, pp. 891-912.Shagiakhmetov A. M., Yushchenko S. Substantiation of In Situ Water Shut-Off Technology in Carbonate Oil Reservoirs // Energies. – 2022. – № 15. – P. 1-13. https://doi.org/10.3390/en15145059Shagiakhmetov A. M., Yushchenko S. Substantiation of In Situ Water Shut-Off Technology in Carbonate Oil Reservoirs. Energies, 2022, vol. 15, pp. 1-13. https://doi.org/10.3390/en15145059.Gridina E., Kovshov S., Borovikov D. Hazard mapping as a fundamental element of osh management systems currently used in the mining sector // Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu. – 2022. – V. 1. – P. 107-115. DOI: 10.33271/nvngu/2022-1/107.Gridina E., Kovshov S., Borovikov D. Hazard mapping as a fundamental element of osh management systems currently used in the mining sector. Naukovyi Visnyk Natsionalnoho Hirnychoho Universytetu, 2022, vol. 1, pp. 107-115. DOI: 10.33271/nvngu/2022-1/107.IEA. The future of hydrogen. – Paris: International Energy Agency, 2019.IEA. The future of hydrogen. Paris: International Energy Agency, 2019.Malozyomov B. V., Martyushev N. V., Kukartsev V. V., Tynchenko V. S., Bukhtoyarov V. V., Wu X., Tyncheko Y. A., Kukartsev V. A. Overview of Methods for Enhanced Oil Recovery from Conventional and Unconventional Reservoirs // Energies. – 2023. – V. 16. – P. 4907. DOI: 10.3390/en16134907.Malozyomov B. V., Martyushev N. V., Kukartsev V. V., Tynchenko V. S., Bukhtoyarov V. V., Wu X., Tyncheko Y. A., Kukartsev V. A. Overview of Methods for Enhanced Oil Recovery from Conventional and Unconventional Reservoirs. Energies, 2023, vol. 16, pp. 4907. DOI: 10.3390/en16134907.Saychenko L., Karantharath R. Application of the CL-systems technology for water injection wells at an oil and gas field // Journal of Applied Engineering Science. – 2021. – V. 19(3). – P. 848-853. DOI: 10.5937/jaes0-31315.Saychenko L., Karantharath R. Application of the CL-systems technology for water injection wells at an oil and gas field. Journal of Applied Engineering Science, 2021, vol. 19(3), pp. 848-853. DOI: 10.5937/jaes0-31315Привалов В. Е., Туркин В. А., Шеманин В. Г. О лазерно-информационных технологиях в водородной энергетике // Лазеры. Измерения. Информация. – 2021. – № 1-2. – С. 4-11.Privalov V. E, Turkin V. А., Shemanin V. G. About laser-information technologies in hydrogen energy. Lasers. Measurements. Information, 2021, no. 1-2, pp. 4-11.Хазин М. Л., Апакашев Р. А. Карьерные самосвалы на водородном топливе // Горный информационно-аналитический бюллетень. – 2022. – № 1. – С. 47-59.Khazin M. L., Apakashev R. A. Hydrogen-powered mining trucks. MIAB. Mining Inf. Anal. Bull., 2022, no. 1, pp. 47-59.Stanley A. M. US Patent № 4826581. – 1989.Stanley A. M., US Patent № 4826581, 1989.Привалов В. Е. Устройство для разложения воды // Лазерные информационные технологии. Труды XXVI Международной конференции. – Новороссийск: РИО ГМУ им. адм. Ф. Ф. Ушакова, 2018. – 40-41 c.Privalov V. E. Water decomposition device. Proceedings of the XXVI Conference Laser Information Technologies. Novorossiysk: Admiral Ushakov Maritime State University, 2018, pp. 40-41.Gridina E. B., Borovikov D. O. Identification of the causes of injuries based on occupational risk assessment maps at the open-pit coal // Mining Informational and Analytical Bulletin. – 2022. – № 6-1. – P. 114-128. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_114.Gridina E. B., Borovikov, D. O. Identification of the causes of injuries based on occupational risk assessment maps at the open-pit coal. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2022, № 6-1, pp. 114-128. DOI: 10.25018/0236_1493_2022_61_0_114.Межерис Р. Лазерное дистанционное зондирование. – Москва: Мир, 1987. – 550 с.Mezheris R. Laser Remote sensing. Moscow: Mir, 1987, 550 р.ПриваловВ.Е., Фотиади А.Э., Шеманин В. Г. Лазеры и экологический мониторинг атмосферы. – Санкт-Петербург: Лань, 2013. – 288 с.Privalov V. E., Fotiadi A. E., Shemanin V. G. Lasers and environmental monitoring of the atmosphere. Saint Petersburg: Lan, 2013, 288 p.Лазерный контроль атмосферы. Под. ред. Э. Д. Хинкли. – Москва: Мир, 1979. – 416 с.Laser control of the atmosphere. Under. ed. E. D. Hinckley. Moscow: Mir, 1979. 416 p.Privalov V. E., Shemanin V. G. Raman lidar system for the hydrogen molecules remote sensing in atmosphere // Optics and Spectroscopy. – 2023. – V. 131. – № 6. – P. 441-445.Privalov V.E., Shemanin V.G. Raman lidar system for the hydrogen molecules remote sensing in atmosphere. Optics and Spectroscopy, 2023, vol. 131, no. 6, pp. 441-445.Веремьев Р. Н., Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Оптимизация лидара с полупроводниковыми лазерами для зондирования молекулярного йода и водорода в атмосфере // Журнал технической физики. – 2000. – Т. 70. – № 5. – С. 115-118.Veremyev R. N., Privalov V. E., Shemanin V. G. Optimization of a lidar with semiconductor lasers for sensing molecular iodine and hydrogen in the atmosphere. Technical Physics, 2000, vol. 70, no. 5, pp. 115-118.Privalov V. E., Shemanin V. G. Hydrogen Sulfide Molecules Lidar Sensing in the Atmosphere // Optical Memory and Neural Networks. – 2018. – V. 27. – № 2. – P. 120-131. DOI: 10.3103/S1060992X18020091.Privalov V. E., Shemanin V. G. Hydrogen Sulfide Molecules Lidar Sensing in the Atmosphere. Optical Memory and Neural Networks, 2018, vol. 27, no. 2, pp. 120-131. DOI: 10.3103/S1060992X18020091.Privalov V. E., Shemanin V. G. The Lidar Equation Solution Depending on the Laser Radiation Line Width Studies // Оptical Memory and Neural Net-works (Information Optics). – 2013. – V. 22. – № 4. – P. 244-249. DOI: 10.3103/S1060992X13040073.Privalov V. E., Shemanin V. G. The Lidar Equation Solution Depending on the Laser Radiation Line Width Studies. Оptical Memory and Neural Networks (Information Optics), 2013, vol. 22, no. 4, pp. 244-249. DOI: 10.3103/S1060992X13040073.Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Уравнение лазерного зондирования для реального аэрозольного лидара // Фотоника. – 2013. – № 2(38). – С. 72-78.Privalov V. E., Shemanin V. G. Laser sensing equation for a real aerosol lidar. Photonics, 2013, no. 2(38), pp. 72-78.Привалов В. Е., Шеманин В. Г. Лидарное уравнение с учетом конечной ширины линии генерации лазера // Известия Российской академии наук. Серия Физическая. – 2015. – Т. 79. – № 2. – С. 170-180.Privalov V. E., Shemanin V. G. Lidar equation taking into account the finite laser generation linewidth. Bulletin of the Russian Academy of Sciences: Physics, 2015, vol. 79, no. 2, pp. 170-180.Справочник по лазерам. В 2 т. Т. 2 / Под ред. А. М. Прохорова. – Москва: Советское радио, 1978. – 512 с.Handbook of lasers. In 2 vols, vol. 2. Ed. A. M. Prokhorov. Moscow: Soviet radio, 1978, 512 p.Privalov V. E., Shemanin V. G. Hydrogen and iodine molecules lidar monitoring in atmosphere // Proceedings of SPIE. – 2000. – V. 4064. – P. 2-11.Privalov V. E., Shemanin V. G. Hydrogen and iodine molecules lidar monitoring in atmosphere. Proceedings of SPIE, 2000, vol. 4064, pp. 2-11.Voronina E. I., Privalov V. E., Shemanin V. G. The Iodine Molecules in the Near-Earth Atmospheric Layer Fluorescence Lidar Sensing from Space Orbit // Optical Memory and Neural Networks. – 2009. – V. 18-3. – Р. 212-217.Voronina E. I., Privalov V. E., Shemanin V. G. The Iodine Molecules in the Near-Earth Atmospheric Layer Fluorescence Lidar Sensing from Space Orbit. Optical Memory and Neural Networks (Information Optics), 2009, vol. 18-3, pр. 212-217.Глазов Г. Н. Статистические вопросы лидарного зондирования атмосферы. – Новосибирск: Наука, 1987. – 308 с.Glazov G.N. Statistical issues of lidar sounding of the atmosphere. Novosibirsk: Science, 1987, 308 p.Rovnik N.A., Lushpeev V.A.,Tananykhin D. S., Shpurov I. V. Rational gas inflow restriction technologies during the development of oil rims // Topical Issues of Rational Use of Natural Resources. – 2019. – V. 2020. – P. 888-900. DOI: 10.1201/9781003014638-54.Rovnik N.A., Lushpeev V.A.,Tananykhin D. S., Shpurov I. V. Rational gas inflow restriction technologies during the development of oil rims. Topical Issues of Rational Use of Natural Resources, 2019, vol. 2020, pp. 888-900. DOI: 10.1201/9781003014638-54.Gridina E. B., Borovikov D. O. Improving the safety of the working personnel of a quarry located in difficult mining and geological conditions of the Far North // Mining Informational and Analytical Bulletin. – 2023. – № 9-1. – P. 149-163. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_149.Gridina E. B., Borovikov D. O. Improving the safety of the working personnel of a quarry located in difficult mining and geological conditions of the Far North. Mining Informational and Analytical Bulletin, 2023, no. 9-1, pp. 149-163. DOI: 10.25018/0236_1493_2023_91_0_149.Barykin S.E., Strimovskaya A.V., Sergeev S.M., Borisoglebskaya L. N., Dedyukhina N., Sklyarov I., Saychenko L. Smart City Logistics on the Basis of Digital Tools for ESG Goals Achievement // Sustainability. – 2023. – V. 15(6). – P. 5507.Barykin S.E., Strimovskaya A.V., Sergeev S.M., Borisoglebskaya L. N., Dedyukhina N., Sklyarov I., Saychenko L. Smart City Logistics on the Basis of Digital Tools for ESG Goals Achievement. Sustainability, 2023, vol. 15(6), pp. 5507.

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