Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков

НА ПУТИ К УСТОЙЧИВОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА

https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.22-24.063-082

Полный текст:

Аннотация

Возрастающая потребность в устойчивой энергетике приводит к развитию новых технологий получения энергии. Основной целью водородной энергетики является использование водорода в глобальном масштабе в качестве основного энергоносителя наряду с электричеством. Главная задача – развитие водородных технологий в области получения, хранения, транспортировки и распределения водорода, а также систем водородной безопасности. Водород считается экологически чистым газом, поскольку он участвует в образовании воды. Тем не менее используемая сегодня технология получения водорода из природного газа вызывает, по сути, парниковый эффект и приводит к изменению климата. Поэтому ключевыми аспектами внедрения водородной энергетики является развитие экологически чистых технологий производства, хранения и транспортировки водорода. В статье рассмотрены ядерное деление и термоядерный синтез в качестве экологически безопасных вариантов получения водорода с использованием ядерной энергии. Предполагается, что термоядерный синтез, являющийся экологически безопасным процессом, станет приоритетной технологией при производстве водорода в глобальном масштабе. В статье рассмотрено влияние водорода на свойства TiO2 и его твердых растворов в рамках фотокаталитического преобразования энергии, а также влияние трития на работу современных тритиевых бридерных реакторов.

 

Об авторах

Я. Новотны
НИИ солнечной энергетики Университета Западного Сиднея, Пенрит, Новый Южный Уэльс
Австралия
член Польской академии искусств и наук (2009 г. – настоящее время); член Института материалов, полезных ископаемых и горного дела (2015 – настоящее время)


Ц. Хошино
Институт Рокассё, Агентство по атомной энергии Японии
Япония


Дж. Додсон
Институт изучения окружающей среды Китайской Академии Наук
Китай
профессор Института изучения окружающей среды Китайской академии наук (Сиань, Китай), почетный профессор в университе- тах НЮУ и Вуллонгонг; ведущий редактор серии Спрингера «Изменения климата»; член группы Leeuwin обеспокоенных ученых в Перте; руководитель небольшой группы ученых и техников в Сиан


А. Дж. Атанацио
Австралийская организация по ядерной науке и технологиям
Австралия


М. Ионеску
Австралийская организация по ядерной науке и технологиям
Австралия


В. Петерсон
Австралийская организация по ядерной науке и технологиям
Австралия


К. Е. Принц
Австралийская организация по ядерной науке и технологиям
Австралия


М. Ямаваки
НИИ Ядерной энергетики, Фукуйский университет
Япония


Т. Бак
НИИ солнечной энергетики Университета Западного Сиднея, Пенрит, Новый Южный Уэльс
Австралия


В. Зигмунд
Университет Флориды
Соединённые Штаты Америки
Отдел материаловедения и инженерии


Т. Н. Везироглу
Международное партнерство по водородной энергии
Соединённые Штаты Америки
д-р наук (теплообмен), профессор, президент Международной ассоциации водородной энергетики


М. А. Алим
НИИ солнечной энергетики Университета Западного Сиднея, Пенрит, Новый Южный Уэльс
Австралия


Список литературы

1. Veziroglu T.N., Şahi S. 21st Century's energy: hydrogen energy system. Energy. Convers. Manag., 2008;49:1820–31.

2. Neftel A., Moor E., Oeschger H., Stauffer B. Evidence from polar ice cores for the increase in atmospheric CO2 in the past two centuries. Nature, 1985;315:45–7.

3. Keeling C.D., Bacastow R.B., Carter A., Piper S.C., Whorf T.P., Heimann M., et al. A three-dimensional model of atmospheric CO2 transport based on observed winds: 1. Analysis of observational data. Aspects Clim. Var. Pac. West. Am., 1989:165–236.

4. Russ P. Cost-effective strategies for an optimal intertemporal allocation of carbon dioxide emission reduction measures. Aachen: Verlag Shaker; 1994.

5. Friedli H., Lotscher H., Oeschger H., Siegenthaler U., Stauffer B. Ice core record of the 13C/12C ratio of atmospheric CO2 in the past two centuries. Nature, 1986;324:237–8.

6. www.noaa.gov; May, 2014.

7. Veziroglu T., Gurkan I., Padki M. Remediation of greenhouse problem through replacement of fossil fuels by hydrogen. Int. J. Hydrogen Energy, 1989;14:257–66.

8. DOE hydrogen and fuel cell program: www.hydrogen.gov/h2a_prod_studies.html.

9. Schoots K., Ferioli F., Kramer G.J., Van der Zwaan B. Learning curves for hydrogen production technology: an assessment of observed cost reductions. Int. J. Hydrogen Energy, 2008;33:2630–45.

10. J O’M Bockris, private information to J. Nowotny, June 6, 2002.

11. Nowotny J., Veziroglu T.N. Impact of hydrogen on the environment. Int. J. Hydrogen Energy, 2011;36:13218–24.

12. Nowotny J., Bak T., Chu D., Fiechter S., Murch G.E., Veziroglu T.N. Sustainable practices: solar hydrogen fuel and education program on sustainable energy systems. Int. J. Hydrogen Energy, 2014;39:4151–7.

13. Bockris J., Veziroglu T., Smith D. Solar hydrogen energy, the power to save the earth. London: Mac-Donald & Co, Ltd.;1991.

14. Claussen E., Cochran V.A., Davis D.P. Climate change: science, strategies, & solutions. Brill; 2001.

15. Future Earth, Interim Secretariat. Paris: International Council for Science (ICSU); 2013.

16. Rodriguez C., Baxter A., McEachern D., Fikani M., Veneri F. Deep-Burn making nuclear waste transmutation practical. Nucl. Eng. Des., 2003;222:299–317.

17. Cunningham N., MacDonald T. www.AmericanSecurityProject.org; April 2013.

18. Lawson J.D. Some criteria for a power producing thermonuclear reactor. In: Proceedings of the physical society. Section B, 1957; 70:6.

19. Powell J.R., Miles F., Aronson A., Winsche W. Studies of fusion reactor blankets with minimum radioactive inventory and with tritium breeding in solid lithium compounds: a preliminary report. Technical Report No BNL-18236. Upton, NY (USA): Brookhaven National Lab.; 1973.

20. Suiter D. Lithium-based oxide ceramics for tritium-breeding applications. Technical Report No MDC-E-2677. St. Louis, MO (USA): McDonnell Douglas Astronautics Co.; 1983.

21. Kudo H., Okuno K., O'hira S. Tritium release behavior of ceramic breeder candidates for fusion reactors. J. Nucl. Mater., 1988;155:524–8.

22. Roux N., Johnson C., Noda K. Properties and performance of tritium breeding ceramics. J. Nucl. Mater., 1992;191:15–22.

23. Roux N., Avon J., Floreancing A., Mougin J., Rasneur B., Ravel S. Low-temperature tritium releasing ceramics as potential materials for the ITER breeding blanket. J. Nucl. Mater., 1996;233:1431–5.

24. Matsuda S. The EU/JA broader approach activities. Fusion. Eng. Des., 2007;82:435–42.

25. Hoshino T., Tsuchiya K., Hayashi K., Nakamura M., Terunuma H., Tatenuma K. Preliminary test for reprocessing technology development of tritium breeders. J. Nucl. Mater., 2009;386:1107–10.

26. Hoshino T, Nakamichi M. Development of fabrication technologies for advanced breeding functional materials for DEMO reactors. Fusion. Eng. Des., 2012;87:486–92.

27. Hoshino T., Dokiya M., Terai T., Takahashi Y., Yamawaki M. Non-stoichiometry and its effect on thermal properties of Li2TiO3. Fusion. Eng. Des., 2002;61:353–60.

28. Hoshino T., Ochiai K., Edao Y., Kawamura Y. Evaluation of tritium release properties of advanced tritium breeders. Fusion. Sci. Technol., 2015;67:146–9.

29. Sorbom B.N., Ball J., Palmer T.R., Mangiarotti F.J., Sierchio J.M., Bonoli P., et al. ARC: a compact, high-field, fusion nuclear science facility and demonstration power plant with demountable magnets. Fusion. Eng. Des., 2015;100:378–405. http://dx.doi.org/10.1016/j.fusengdes.2015.07.008.

30. Krüger F.A., Vink H.J. Reactions between imperfections in crystalline solids. In: State Physics Solid, Seitz F., D. Turbull, editors. NY: Academic Press; 1956, p. 273–301.

31. Nowotny J., Atanacio A., Bak T., Belova I., Fiechter S., Ikuma Y., et al. Photosensitive oxide semiconductors for solar hydrogen fuel and water disinfection. Int. Mater. Rev., 2014;59:449–78.

32. Bak T., Nowotny J., Sucher N.J., Wachsman E. Effect of crystal imperfections on reactivity and photoreactivity of TiO2 (Rutile) with oxygen, water, and bacteria. J. Phys. Chem. C, 2011;115:15711–38.

33. Kofstad P. Nonstoichiometry, diffusion, and electrical conductivity in binary metal oxides. New York: Wiley-Interscience; 1972.

34. Norby T. Proton conduction in solids: bulk and interfaces. MRS Bull., 2009;34:923–8.

35. Hill G. The effect of hydrogen on the electrical properties of rutile. J. Phys. D. Appl. Phys., 1968;1:1151.

36. Chester P.F., Bradhurst D.H. Electrolytically induced conductivity in rutile. Nature, 1963;199:1056–7.

37. Hanzu I, Djenizian T, Knauth P. Electrical and point defect properties of TiO2 nanotubes fabricated by electrochemical anodization. J. Phys. Chem. C, 2011;115:5989–96.

38. Gierszewski P. Review of properties of lithium metatitanate. Fusion. Eng. Des., 1998;39:739–43.

39. Kleykamp H. Phase equilibria in the LieTieO system and physical properties of Li2TiO3. Fusion Eng. Des., 2002;61:361–6.

40. Murphy S.T., Zeller P., Chartier A., Van Brutzel L. Atomistic simulation of the structural, thermodynamic, and elastic properties of Li2TiO3. J. Phys. Chem. C., 2011;115:21874–81.

41. Wan Z.,Yu Y., Zhang H.F., Gao T., Chen X.J., Xiao C.J. First-principles study of electronic, dynamical and thermodynamic properties of Li2TiO3. Eur.

42. Phys. J. B, 2012;85:1–7.

43. Kobayashi M., Oya Y., Okuno K. Migration of hydrogen isotopes in lithium metatitanate. J. Nucl. Mater., 2013;439:159–67.

44. Vtiņs G.‚ Ķizāne G., Lūsis A., Tliks J. Electrical conductivity studies in the system Li2TiO3-Li1. 33Ti1.67O4. J. Solid State Electrochem., 2002;6:311–9.

45. Murphy S.T. Tritium solubility in Li2TiO3 from first-principles simulations. J. Phys. Chem. C, 2014;118:29525–32.

46. Murphy S.T., Hine N.D. Point defects and non-stoichiometry in Li2TiO3. Chem. Mater., 2014;26:1629–38.

47. Padilla-Campos L. A theoretical investigation of occupation sites for tritium atoms in lithium titanate. J. Mol. Struct. Theochem., 2003;621:107–12.

48. Wu X., Wen Z., Xu X., Han J. Synthesis and ionic conductivity of Mg-doped Li2TiO3. Solid State Ionics, 2008;179:1779–82.

49. Wu X., Wen Z., Wang X., Xu X., Lin J., Song S. Effect of Ta-doping on the ionic conductivity of lithium titanate. Fusion Eng. Des., 2010;85:1442–5.

50. Kobayashi M., Toda K., Oya Y., Okuno K. Dependency of irradiation damage density on tritium migration behaviors in Li2TiO3. J. Nucl. Mater., 2014;447:1–8.

51. Cathcart J., Perkins R., Bates J., Manley L. Tritium diffusion in rutile (TiO2). J. Appl. Phys., 1979;50:4110–9.

52. Peterson V.K., Kearley G.J. Neutron applications in materials for energy: an overview, in neutron applications in materials for energy. Springer; 2015. p. 1–9.

53. Mamontov E., Vlcek L., Wesolowski D.J., Cummings P.T., Wang W., Anovitz L., et al. Dynamics and structure of hydration water on rutile and cassiterite nanopowders studied by quasielastic neutron scattering and molecular dynamics simulations. J. Phys. Chem. C, 2007;111:4328–41.

54. Brown C.M., Liu Y., Yildirim T., Peterson V.K., Kepert C.J. Hydrogen adsorption in HKUST-1: a combined inelastic neutron scattering and first-principles study. Nanotechnology, 2009;20:204025.

55. Sherif S.A., Goswami D.Y., Stefanakos E.L., Steinfeld A. Handbook of hydrogen energy. CRC Press; 2014.

56. Mori. Nuclear production of hydrogen. Publ. by the La Grange, IL: American Nuclear Society; 2005.


Для цитирования:


Новотны Я., Хошино Ц., Додсон Д., Атанацио А.Д., Ионеску М., Петерсон В., Принц К.Е., Ямаваки М., Бак Т., Зигмунд В., Везироглу Т.Н., Алим М.А. НА ПУТИ К УСТОЙЧИВОЙ ЭНЕРГЕТИКЕ: ИСПОЛЬЗОВАНИЕ АТОМНОЙ ЭНЕРГИИ ДЛЯ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА. Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE). 2017;(22-24):63-82. https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.22-24.063-082

For citation:


Nowotny J., Hoshino T., Dodson J., Atanacio A.J., Ionescu M., Peterson V., Prince K.E., Yamawak M., Bak T., Sigmund W., Veziroglu T.N., Alim M.A. TOWARDS SUSTAINABLE ENERGY: GENERATION OF HYDROGEN FUEL USING NUCLEAR ENERGY. Alternative Energy and Ecology (ISJAEE). 2017;(22-24):63-82. (In Russ.) https://doi.org/10.15518/isjaee.2017.22-24.063-082

Просмотров: 162


ISSN 1608-8298 (Print)