CC BY
143
3. Физическое воспитание в профессиональной подготовке спасателей //[Электронный ресурс] - Режим доступа: http://www.bestreferat.ru /referat-204739.html- Дата доступа: 08.09.2015.
4. Воробьёв Ю.Л. Учебник спасателя / Ю.Л. Воробьёв, С.К. Шойгу, М.И. Фалеев, Г.Н. Кириллов и др.; Под общ. ред. Ю.Л. Воробьёва. - 2-е изд., перераб. и доп. - Краснодар: Сов. Кубань, 2002. - 528 с.
5. Туманян Г.С. Научные основы планирования подготовки спасателей. - М, 2006. - 289 с.
АЛЬТЕРНАТИВНЫЕ ИСТОЧНИКИ ЭНЕРГИИ НА ОСНОВЕ ЭЛЕКТРОХИМИЧЕСКИХ СИСТЕМ
А.В. Звягинцева, доцент, к.т.н., доцент, Воронежский государственный технический университет, г. Воронеж Ю.Н. Шалимов, главный технолог отдела, д.т.н., профессор,
ОАО «НКТБ «Феррит», г. Воронеж Г.А. Квашнина, доцент, к.т.н., доцент, Воронежский институт ГПС МЧС России, г. Воронеж
Интерес к водородной энергетике в настоящее время проявляют: система производства энергии, автомобилестроение и аэрокосмический комплекс, а также атомная и химическая промышленность, и все транспорта - водный, железнодорожный, авиационный. В решении проблемы создания и производства портативных источников питания заинтересованы: производители мобильных телефонов, компьютеров, бытовой техники и другие области промышленности [1-7]. Одним из перспективных направлений безопасного хранения водорода являются гидриды водорода, что особенно актуально в связи с прогнозируемым ростом в 2015-2025 г.г. производства водородных автомобилей на водородном топливе.
Россия имеет уникальные достижения в области альтернативной энергетики, но пока не использует свои возможности в достаточной мере. В частности, нет разработок эффективных аккумуляторов водорода на основе гидридов металлов для систем водородной энергетики. Основные причины, препятствующие таким работам в России, связаны с отсутствием национальной программы по разработке и производству нового поколения перспективных устройств альтернативной энергетики.
Одной из важнейших проблем использования водорода в энергетике и в системах питания является его безопасное хранение и возможность использования при относительно малых затратах энергии. Разрабатываемый способ гидридного хранения отвечает всем этим требованиям, поэтому актуальность выбранной тематики несомненна. Химическое соединение водорода в форме металлических гидридов представляет привлекательную альтернативу традиционным способам хранения (криогенный и балонный),
которые небезопасны и энергоемки.
Основными достоинствами металлогидридных систем хранения связанного водорода являются: высокая объемная плотность водорода, приемлемый интервал рабочих давлений и температур, постоянство давления при гидрировании и дегидрировании, возможность регулирования давления и скорости выделения водорода, высокая чистота выделяемого водорода, компактность и безопасность в работе.
Гидриды металлов и сплавов реагируют с водородом согласно уравнению:
где М - металл, сплав твердого раствора или интерметаллид;
^ - атомное отношение водорода к металлу. Реакция экзотермическая и обратимая, то есть водород может быть восстановлен путём нагрева гидрида и для его хранения не требуется сложных криостатных систем. Извлечение свободного водорода для большинства металлов осуществляется при невысоких температурах 185-230 °С и соответственно, имеет меньшие энергетические затраты.
Существующие способы аккумулирования обеспечивают невысокое содержание водорода - до 10 весовых процентов (газообразный водород под давлением в баллонах) и при этом имеют ограничения по дальнейшему росту этого показателя, а так же высокую вероятность возникновения нештатных ситуаций (взрывов). Водород можно хранить в жидком состоянии при его охлаждении до -263 °С (до 7,1 % веса), но для охлаждения водорода до этой температуры требуется затратить порядка одной трети содержащейся в нем энергии (11 кВт^ч/кг Н2) при этом потери водорода при испарении составляют 3-5 % в сутки. Все другие способы аккумулирования водорода (интерметаллиды, фуллерены, нанотрубки, адсорбция на активированных углях и так далее) обеспечивают содержание водорода не выше 10 % (как правило,
В настоящее время получение водорода это, отчасти, решённая проблема, и уже предложено множество достаточно дешёвых, эффективных, безопасных и экологически чистых методов, то хранение и транспортировка данного вида топлива до сих пор составляют основу проблемы перехода к водородной энергетике.
1. Традиционные способы хранения водорода в баллонах, из которых он испаряется, проникая сквозь металл, ведь молекула Н2 обладает малым радиусом и с легкостью проникает сквозь любой материал. В результате, из-за утечки может произойти взрыв. Поэтому стенки баллонов для хранения водорода необходимо делать толще, чем для обычных газов (что увеличивает массу самой установки и снижает полезную «нагрузку»), так же необходимо охлаждать контейнеры с баллонами Н2 до низких температур. В результате -тратятся большие суммы денег на безопасную транспортировку, а для хранения необходимо создавать дорогие, высокотехнологичные хранилища.
2. Создание подземных хранилищ, где должны образовываться
4,5 %).
кластерные структуры на основе воды или метана, в которых могут размещаться связанные вандерваальсовыми взаимодействиями молекулы водорода, трубопроводы и так далее.
3. Однако особое место в этом достаточно длинном списке занимают хранилища водорода для мобильных потребителей энергии, выполненные на базе гидридных накопителей.
В таблице представлены перспективные материалы для металлогидридного хранения водорода [1-7]. Наиболее популярные и востребованные на сегодняшний день сплавы для хранения водорода в таком состоянии: AB5 (например, LaNi5), AB (например, FeTi,), A2B (например, Mg2Ni) и AB2 (например, ZrV2). Так же используют более сложные составы сплавов для увеличения «сорбируемого» количества водорода: LaNi4.7Al0.3, Ti0.98Zr0.02V0.45Fe0.1Cr0.05Mn1.4, Ca0.2M0.8Ni5 (где М является мишметаллом, то есть сплавом редкоземельных металлов - церия, ниодима, лантана), CaNi5, Ni64 Zr36, FeTi, Fe0.9Mn0.1Ti, CaNi5, LaNi5, Mg2Ni, Mg2Cu, Pd, Ca, и Li. Так же с целью повышения максимального содержания водорода в сплавы могут быть введены небольшие добавки и других металлов. Другой вид гибридов включают в себя такие химически соединения как LiHx, AlH3, NaH, B2H4 и так далее.
В настоящее время разработаны методы получения наночастиц гидрида магния в пористой углеродной матрице и изучено влияние того, как наноразмерные эффекты и дополнительное взаимодействие с углеродной матрицей могут влиять на сорбционные свойства водорода. Другая группа учёных показала, что наностуктурированный интерметаллид MgNi2 может содержать до 3 весовых % водорода при нагревании до 600 K и некотором давлении, и при этом столь же быстро и эффективно высвобождать молекулы
H2.
Таким образом, в качестве наиболее компактного и безопасного способа рассматривается хранение водорода в связанном состоянии в виде гидридов металлов, сплавов и интерметаллических соединений. Предполагается, что такой поход позволяет, варьируя состав металлической матрицы, создавать аккумуляторы водорода, отвечающие конкретным технологическим требованиям. До сих пор нет универсального водород-аккумулирующего материала, удовлетворяющего всем технико-эксплуатационным требованиям. Наиболее удобные для использования низкотемпературные (рабочая температура -20-100 °С) обратимые гидриды интерметаллических соединений типа AB5 (A-La, Mm, Ce; B-Ni, Co, Fe, Cu, Mn, Al), AB2 (A-Ti, Zr; B-Mn, Cr, Fe, V), AB (A-Ti, Zr; B-Fe, Co) и композиты на основе ванадия обладают высоким объемным содержанием водорода, но имеют недостаточную емкость по массе (менее 3 масс. %) (табл.). Магний и его сплавы Mg-Ni и Mg-La(Mm)-Ni способны обратимо поглощать 5.5-7.6 масс. % водорода (табл.), но для выделения водорода необходима температура выше 300 °С. Кроме того, сплавы магния обладают плохой кинетикой гидрирования и большой теплотой гидрирования, чувствительны к примесям, склонны к спеканию.
Из представленного состава металлургических систем рекомендуемых для хранения водорода целесообразно исключить элементы подгруппы VIII (палладий, платина и другие металлы), относящиеся к классу благородных металлов, а также редкоземельные элементы (лантаноиды). Перспектива их использования в качестве аккумулирующих систем хранения водорода экономически нецелесообразна, поскольку высокая стоимость таких устройств не позволяет конструировать аккумуляторы массового производства. Применение редкоземельных элементов (III А группа - лантаноиды и актиноиды) также не имеет перспективы вследствие ограниченных запасов этих элементов в составе земной коры или наличия радиоактивного излучения практически всех изотопов.
Перспективные материалы для металлогидридного хранения водорода
Рабочий интервал
Материал Состав г, °с: Р, атм Н, масс.%
Мй 300-400 1-10 7.6
Металлы V 0-200 1-200 3.6
~П 500-600 1-10 4.0
АВ5: А-Ьа, Мт, У, Са;
В-№, А1, Со, 5п 0-200 0.1-150 1.2-1.5
А В к А-Т1, Хг;
Интерме- В-Сг, Мп, Ре, V -70-150 0.1-250 1.5-2.5
талл иды АВ: А-Т1,
В-Бе, №) 0-150 1-100 1.7-2.0
А2В: В-№, Си 200-300 1-100 2.5-3.7
Мё-№, Мё-№-РЗМ 250-400 1-10 4-7
Сплавы У-Сг-Мп 0-200 1-150 1.8-3.7
Т1-А1-№ 200-600 1-10 3-5
В ВГТУ на кафедре химии впервые проведены исследования по получению материалов электрохимическим методом на основе никеля, предназначенных для хранения водорода в виде гидридов металлов [5, 7]. Нами представлены результаты исследований систем МхВуН7 и МхЛпуШ, полученные электрохимическим способом в наноразмерной форме. Исследования системы позволили сделать вывод: наполнение системы МхГпуШ, сорбируемым водородом составила до 8-10 весовых % водорода, системы МхВуН7 порядка 3 % вес, который экстрагируется при низкотемпературном нагревании от 150 до 450 °С. Это делает возможным их коммерчески выгодным использование для хранения и транспортировки водорода в гидридной форме.
Впервые исследования возможности электрохимических систем к поглощению водорода проводили по двум направлениям:
1. формирование структуры металла и сплава с определенной степенью дефектности;
2. дополнительное введение водорода в металлическую матрицу.
Разработанная технология аккумулирования водорода химическими элементами и их соединениями имеет следующие преимущества:
1. безопасное хранение водорода без избыточного давления при температурах от -50 °С до +50 °С;
2. возможность экстракции водорода в определенном интервале температур, который задается определенным химическим составом элементов;
3. безопасность обращения и транспортировку любым транспортом.
4. возможность получения электрохимических систем с содержанием водорода порядка 8-10 % вес., что соответствует нормам коммерческого потребления.
Решение проблемы создания высокоэффективных вторичных источников энергии на основе трансформации из альтернативных источников позволит обеспечить их широкое народнохозяйственное использование практически во всех отраслях современной жизнедеятельности человека: для замены габаритных, тяжелых и экологически опасных аккумуляторных батарей и кратко действующих гальванических элементов питания; для длительного жизнеобеспечения человека в труднодоступных и непригодных местах, например, на космических станциях или подводных лодках; для использования в целях министерства обороны (например, быстрого развертывания и обеспечения длительного автономного функционирования армейских подразделений и структур МЧС).
Список использованной литературы
1. Водород. Свойства, получение, хранение, транспортирование, применение. Справ. изд. / Д.Ю. Гамбург, В.П. Семенов, Н.Ф. Дубовкин, Л.Н. Смирнов; Под ред. Д.Ю. Гамбурга, Н.Ф. Дубовкина. М.: Химия, 1989. - 672 с.
2. Oudriss A., Creus J., Bouhattate J., Conforto E., Berziou C., Savall C., Feaugas X. Grain size and grain-boundary effects on diffusion and trapping of hydrogen in pure nickel. Acta Materialia, 2012. - № 60. - PP. 6814-6828.
3. Fromm E., Uhcida H. Surface phenomena in hydrogen absorption kinetics of metals and intermetallic compounds. J. of Less-Common Metals, 1987. - V. 131. -PP. 1-12.
4. Chene I. Contribution of cathodic Charging to hydrogen storage in metal Hydrides. J. of Less-Common Metals, 1987. - V. 131. - PP. 337-347.
5. Власов Н.М., Звягинцева А.В. Математическое моделирование водородной проницаемости металлов /Монография. Воронеж: ВГТУ, 2012. -248 с.
6. Тарасов Б.П., Бурнашева В.В., Лотоцкий М.В., Яртысь В.А. Методы хранения водорода и возможности использования металлогидридов. Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология», 2005. - №12(32). - С. 14-37.
7. Zvyagintseva A.V., Shalimov Yu.N. On the Stability of Defects in the Structure of Electrochemical Coatings. Surface Engineering and Applied
Electrochemistry, 2014, Уо1. 50, N0. 6. - РР. 466-477.
ПРЕДЛОЖЕНИЯ ПО СОВЕРШЕНСТВОВАНИЮ СИСТЕМЫ ОБУЧЕНИЯ НЕРАБОТАЮЩЕГО НАСЕЛЕНИЯ В ОБЛАСТИ ГСЧС И ГО
В.А. Качан, главный специалист, Научно-исследовательский институт пожарной безопасности и проблем чрезвычайных ситуаций МЧС Республики Беларусь, г. Минск
Обучение в области ГСЧС и ГО - организованный процесс приобретения и непрерывного совершенствования знаний, умений и навыков, необходимых для успешного решения задач в области ГСЧС и ГО.
Для создания целостной системы обучения неработающего населения необходимо на основе анализа имеющейся системы подготовки населения, опыта работы с населением по привитию навыков и умений, связанных с действиями в ЧС, подготовить предложения по совершенствованию системы обучения данной категории населения в области ГСЧС и ГО в Республике Беларусь.
Основными задачами по совершенствованию системы обучения неработающего населения в области ГСЧС и ГО являются:
- совершенствование нормативной правовой базы деятельности в области обучения населения по вопросам ГСЧС и ГО;
- создание системы организационных и методических подходов к обучению населения;
- оптимизация информационной и консультативной поддержки указанных категорий населения;
- определение направлений развития системы обучения в области ГСЧС
и ГО.
Основные цели обучения неработающего населения:
- приобретение знаний об опасностях, возникающих в чрезвычайных ситуациях, при ведении военных действий или вследствие этих действий;
- морально-психологическая подготовка по действиям в чрезвычайных ситуациях по месту жительства.
Основные задачи обучения неработающего населения:
- изучение способов защиты от чрезвычайных ситуаций природного и техногенного характера, порядка действий по сигналам оповещения гражданской обороны, приемов оказания первой медицинской помощи, правил пользования коллективными и индивидуальными средствами защиты;
- повышение эффективности выполнения мероприятий, направленных на формирование в обществе культуры безопасной жизнедеятельности за счет внедрения новых образовательных технологий, использования средств массовой информации, усиления пропаганды знаний в области защиты от
