В статье произведено сравнение и выявлены общие черты и различия в энергоснабжении двух крупных арктических держав – России и Канады. Проанализирована проблема надежности электроснабжения отдаленных потребителей арктической зоны Российской Федерации (АЗРФ) и арктических территорий Канады с их потребителями в виде общин и горнодобывающих предприятий. Рассмотрено существующее на сегодняшний день энергообеспечение потребителей Арктической зоны и выявлены основные проблемы, связанные с этим положением. Определены регионы с централизованным и децентрализованным энергоснабжением. Установлено, что в большинстве отдаленных поселений единственным надежным источником электроснабжения на сегодняшний день являются дизельные электростанции (и гидроэлектростанции в Канаде). Негативными факторами данного способа энергоснабжения являются воздушное и шумовое загрязнение окружающих территорий, пожароопасность, высокий расход топлива, а также вероятность разлива дизельного топлива при его транспортировке. Данные факторы в большинстве своем обусловлены тем, что в Арктической зоне эксплуатируется либо устаревшее, либо заканчивающее свой срок эксплуатации оборудование. Одним из решений проблемы электроснабжения может быть использование возобновляемых источников энергии, в частности солнечной энергии, поскольку солнечная энергия является наиболее перспективным, широко распространенным и чистым источником энергии. В статье рассматривался опыт эксплуатации солнечных модулей в арктической части России и Канады, описана наиболее надежная схема электроснабжения для данных территорий. Проанализированы факторы, влияющие на выработку электроэнергии от солнечных модулей. Сделаны основные выводы о проблеме эксплуатации солнечных модулей в широком диапазоне характеристик и необходимости адаптации модулей к условиям арктического климата.

Рассматривалась безопасная конструкция бака-аккумулятора водорода, который включает в себя: набор цилиндрических металлических емкостей, выполненных из нержавеющей стали 12Х18Н10Т и заполненных углеродными нанотрубками; рубашку охлаждения из жидкого азота по подобию сосуда Дьюара, в которую погружены металлические емкости с углеродными нанотрубками, заполненными газообразным водородом; систему вентилей и трубопроводов высокого давления. Безопасность хранения водорода при низких температурах обеспечивается высокой прочностью и вязкостью стали, из которой выполнены металлические емкости для хранения. Основное достоинство такой схемы бака-аккумулятора – это безопасность при механических повреждениях: при внедрении механического объекта в бак-аккумулятор сначала повреждается рубашка охлаждения жидкого азота, выполненная из тонколистовой нержавеющей стали (внутренняя стенка) и алюминиевого сплава (наружная стенка), при этом затрачивается основная энергия удара. Проанализирована схема эксперимента и приведены результаты исследования хранения водорода при температуре жидкого азота: водород под высоким давлением 15 МПа закачивается в предварительно охлажденный бак-аккумулятор, полностью заполненный углеродными нанотрубками. Затем происходит отсечение бака-аккумулятора от магистралей при помощи отсечного клапана; отсечение от магистрали подачи баллона с водородом; открытие дренажного клапана для стравливания водорода; нагрев бака-аккумулятора до нормальной температуры; стравливание сорбированного водорода и измерение его объема. Подтверждено, что водород при температуре жидкого азота удерживается УНТ в баке-аккумуляторе, а при нормальной температуре высвобождается (впервые определил Р. Смолли в XX в.). Приведены данные микроскопических и сорбционных исследований конгломератов УНТ (SWNT) чешуйчатой структуры.

Процесс взаимодействия изотопов водорода газовой фазы с протонпроводящими оксидами со структурой перовскита La_1−xSr_xScO_3−α (x = 0; 0,04) изучали методом изотопного обмена водорода с уравновешиванием изотопного состава газовой фазы в интервалах температуры T = 300÷ 800 ºC и давления водорода pH₂ ÷ 2 20 мбар. Разработана новая кинетическая модель для обработки экспериментальных данных по изотопному обмену водорода с учетом изотопных эффектов, которую успешно применили для обработки результатов проведенных экспериментов. Рассчитаны скорости межфазного обмена изотопов водорода с оксидами La_1−xSr_xScO_3−α (x = 0; 0,04). По равновесным значениям доли метки в газовой фазе определены мольные доли изотопов водорода в исследуемых соединениях. Установлено, что растворимость дейтерия выше, чем протия, тогда как коэффициент обмена дейтерия с поверхностью протонпроводящего оксида La_0,96Sr_0,04ScO_3−α меньше, чем коэффициент обмена протия. Наблюдаемый таким образом термодинамический изотопный эффект может быть связан с отличием в энергиях нулевых колебаний OH- и OD-дефектов и молекулярных H₂ и D₂, при этом кинетический изотопный эффект можно объяснить отличием в прочности связей OH и OD. Показано, что лимитирующей стадией обмена водорода является процесс обмена между формами водорода в газовой фазе и в адсорбционном слое протонпроводящего оксида (стадия диссоциативной адсорбции водорода). Впервые предложен новый статистический критерий, который позволил выделить неоднородности поверхности оксида, вызванные не только его естественной шероховатостью, но и наличием различных изотопов водорода (протия и дейтерия) с различными энергиями связи на поверхности. Активность исследованных протонпроводящих оксидов по отношению к обмену с водородом газовой фазы оказалась на уровне, сопоставимом со значениями скорости межфазного обмена водорода для оксидов на основе цератов и цирконатов щёлочноземельных металлов. Высокая каталитическая активность по отношению к процессу обмена с водородом газовой фазы в восстановительных атмосферах позволяет рассматривать протонпроводящие оксиды на основе скандата лантана как весьма перспективные электролиты для различных электрохимических приложений.

Рассмотрен синтез и исследованы материалы с высокой ионной проводимостью, на основе которых создаются различные электрохимические устройства: газовые сенсоры, электролизеры, приборы дозированной подачи водорода и водяного пара и т.д. Интерес к исследованию физико-химических свойств оксидных протонных проводников обусловлен феноменом переноса протона в твердом теле, когда водород не является структурной единицей соединения. Перспективными считаются материалы на основе LaScO₃ благодаря высокой объемной проводимости при пониженной температуре, химической стойкости и механической прочности по сравнению с хорошо известными протонными электролитами на основе цератов и цирконатов щелочно-земельных элементов. Проведен сравнительный анализ свойств протонного твердого электролита La_{1- x}Sr_xScO_3-α (х = 0,05; 0,10), синтезированного различными методами. Разработан вариант метода сжигания без использования нитратов в качестве исходных материалов, приводящий к получению керамики с плотностью не ниже 98 % относительно теоретической. Проведена всесторонняя качественная и количественная аттестация методами рентгенофазового анализа, растровой электронной микроскопии, рентгенофлуоресцентной и атомно-эмиссионной спектроскопии на разных этапах синтеза. Параметры структуры оксида La_0,9Sr_0,1ScO_3–α уточнены с помощью метода рентгеноструктурного полнопрофильного анализа Ритвельда. Изучены термическое расширение, электропроводность в окислительных и восстановительных атмосферах в зависимости от температуры и влажности газовой фазы для материалов La_1-xSr_xScO_3-α (х = 0,05; 0,10) разной плотности. Установлено, что разные атмосферы (сухой и влажный воздух, влажный Н₂) слабо влияют на термическое расширение ниже 600 ºС. Проведено разделение объемной и межзеренной проводимостей методом импеданса. Определено, что обе проводимости имеют одинаковую энергию активации для материалов с плотностью 94–98 % относительно теоретической. Установлено, что высокая пористость материалов (30 %) негативно сказывается на ходе общей проводимости, при этом объемная проводимость почти не снижается. Предложена мостиковая модель, основывающаяся на полукогерентных границах, объясняющая низкую межзеренную проводимость для протонных электролитов с низкосимметричной решеткой. Полученные в работе данные могут представлять интерес для специалистов в области водородной энергетики, электрохимии, материаловедения и при разработке технологии электрохимических устройств: сенсоров, источников тока, топливных элементов.

Поднят вопрос исследования Луны в связи с проектами по использованию спутника Земли в будущей энергетике. По последним данным Луна богата гелием-3 и на ней обнаружена вода в виде льда. Лунный гелий можно применять в качестве термоядерного топлива, вода же необходима для обеспечения лунной базы, а также как источник для получения водорода. Все эти факторы делают задачу строительства лунных баз актуальной, а все эти направления деятельности требуют проведения бурильных работ на глубину от двух до десятков метров. Для исследования внутренней структуры Луны и решения ряда научных задач предлагается применять реактивные пенетраторы, которые представляют собой проникающие зонды-устройства, снабженные ракетными двигателями твердого топлива. Эти задачи связаны с образованием скважин в лунном грунте, а также доставкой научной аппаратуры, располагаемой в приборном отсеке, в заданную область грунтового пространства и/или возвращением ее на поверхность грунта. На основе данных, полученных отечественными и зарубежными экспедициями на Луну, приведены основные физико-механические свойства реголита. Физические характеристики лунного реголита значительно отличаются от свойств земных грунтов, что связано с другими условиями формирования и существованием верхнего покрова земного спутника, где присутствует идеальный вакуум и полностью отсутствует вода. Так, реголит обладает высокой пористостью и способностью к уплотнению, адгезии и накоплению электрического заряда, при этом высокая способность частиц лунного грунта к прилипанию способствует резкому возрастанию сил трения, а расход мощности на бурение в вакууме увеличивается. Подобраны ближайшие земные аналоги лунного грунта. Правильность выбора модельного грунта подтверждается представленными результатами расчётной и экспериментальной глубины проникания пенетратора, полученной в лабораторных условиях на стенде.

Рассмотрены способы извлечения лития, который, как и его соединения, является одним из перспективных материалов для водородной энергетики: индивидуальные и комплексные гидриды лития находят применение как системы хранения и транспортировки водорода в водородных энергетических установках. Проведено сравнение различных способов извлечения лития из природного сырья. Рассмотрены основные промышленные способы переработки сподумена и других литиевых минералов. Поскольку объемы залежей подобных минералов на планете весьма ограничены, на первое место постепенно выходит главный источник лития – гидроминеральное сырье. Сделан акцент на анализе методов переработки литийсодержащего гидроминерального сырья. Указано, что наиболее часто на первом этапе (получение концентрата) применяются галлургические методы концентрирования и выделения лития из природных рассолов. Однако эти методы применимы только для богатых по литию природных рассолов. Другой метод – осаждение лития в виде труднорастворимых соединений – опасен с экологической точки зрения ввиду больших воздействий на эти рассолы и проблем их дальнейшей утилизации. Наиболее перспективными являются сорбционные методы извлечения лития, особенно из бедных по составу природных и технологических растворов. В связи со сложностью солевого состава гидроминерального сырья, другим перспективным методом извлечения лития является использование высокоселективных неорганических ионообменных материалов. Для завершения общей картины литиевого производства сделан анализ современных методов получения металлического лития и различных его соединений. Описаны методы переработки карбоната лития в другие соединения, а также получения гидроксида лития, хлорида лития, кроме того, электрохимический и вакуумтермический методы для получения металлического лития. Кратко рассмотрены методы рафинирования лития, а также необходимость переработки вторичных ресурсов лития.