Водород относится к числу важнейших видов сырья химической и нефтехимической промышленностей, а также применяется в металлургии и энергетике. Этот газ является перспективной и эффективной альтернативой традиционным видам топлива, из-за чего интерес к нему только растет. Использование водорода в различных процессах и даже его хранение может приводить к опасным последствиям — взрывам и поломкам. Ученые ПНИПУ разработали уникальную установку и методику для исследования взаимодействия водорода и металла. Это поможет в подборе материалов и защитных покрытий для множества применений. Что, в свою очередь, повысит безопасность и предотвратит катастрофы.
На разработку выдан патент № 2817517. Исследование выполнено в рамках программы стратегического академического лидерства «Приоритет 2030».
При использовании и хранении водорода может возникнуть явление наводороживания (водородная хрупкость), когда газ попадает прямо в кристаллическую решетку металла. Из-за этого ухудшаются физико-механические свойства металлов, они приобретают хрупкость.
Например, если хранить водород в баллонах, то он может «проникнуть» в стенку, начать ломать металлическую решетку, и емкость потеряет прочность. Также есть ряд реакций, проводимых с помощью водорода в реакторе, например, гидроочистка или риформинг при переработке нефти. Наводороживание в данном случае может привести к взрыву, который не только разрушает всю установку, но и несет опасность человеческих жертв.
Ученые Пермского Политеха создали способ и устройство для исследования кинетики (сколько граммов в секунду поглощается через единицу поверхности) взаимодействия водорода с образцом из металла или сплава до 1000°С, как в процессе поглощения, так и в процессе выделения газа с высокой точностью измерения параметров. Близких аналогов этого устройства в мире нет.
С помощью разработки политехников можно изучать свойства различных металлов и покрытий для них, чтобы предотвращать поглощение водорода. А также определять, сколько его накопилось в деталях, которые с ним взаимодействовали, и насколько безопасно эксплуатировать их дальше.
Установка включает электронагревательную печь, дифференциальный манометр для измерения давления газов, систему создания и измерения вакуума, две изолированные реакционные камеры. В одну из них помещают инертный образец, равный по объему исследуемому образцу, который помещен во вторую камеру. Дифференциальный манометр выполнен с возможностью измерения разности давления между двумя реакционными камерами. Также используют винтовой шприц-дозатор с водородом, соединенный со второй реакционной камерой.
— Наша установка позволяет определять изменение объема на 5 мм кубических: получается совершенно невероятная чувствительность этой системы. Это позволяет проводить измерения на образцах массой полграмма и даже меньше, то есть не нужно затрачивать много материала, чтобы исследовать его свойства. Известные системы предполагают использование образцов 20-50 граммов и имеют меньшую чувствительность из-за способа измерения, — поделился кандидат химических наук, доцент кафедры химических технологий ПНИПУ Николай Углев.
Новаторская разработка ученых Пермского Политеха имеет большой потенциал для применения в различных сферах науки и производства. Исследование взаимодействия водорода и металлов повысит безопасность объектов и процессов, где они применяются.