Разработки и исследования водородных энергетических систем в Национальном Исследовательском Центре «Курчатовский институт»

В данной публикации представлен краткий обзор материалов разработок по перспективным направлениям водородной энергетики и водородным технологиям, выполненных учеными и специалистами в Национальном исследовательском центре «Курчатовский Институт», в частности:

- плазменных, плазмохимических, пучковых технологии, технологии водородной энергетики для обеспечения экологической безопасности и защиты окружающей среды, включая:

– методы и технологии на основе плазмохимических процессов для переработки и синтеза органических соединений, моделирование плазменных и плазмохимических процессов,

– разработки плазменно-расплавной технологий газификации твёрдого органического сырья,

– разработки плазмотронного комплекса переработки отходов;

– элементы водородной (атомно-водородной) энергетики, в том числе – плазменные, обеспечивающие повышение энергетической эффективности и экологическую безопасность в энергетике (в том числе – возобновляемой) на транспорте;

– плазмо-каталитических систем конверсии органических топлив; – топливных элементов и электролизеров с твердым полимерным электролитом; – мембранных и мембранно-каталитических систем получения и очистки водорода; – наноструктурных электрокатализаторов;

– обеспечения водородной безопасности.

Курчатовский институт является основоположником и безусловным лидером и координатором исследований и разработок в нашей стране по ряду ключевых направлений водородной энергетики.

1. Русанов В.Д., Фридман А.А., Шолин Г.В. Физика химически активной плазмы. М.: Наука, 1984. 414 с.

2. Пономарев-Степной Н.Н., Столяревский А.Я. Атомно-водородная энергетика. Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология». 2004. № 3(11). С.5-10.

3. Семинар Водородная энергетика НИЦ Курчатовский Институт http://www.nrcki.ru/product/press-nrcki/press-nrcki--37166.shtml?g_show=32038.

4. Столяревский А.Я. Ядерно-технологические комплексы на основе высокотемпературных реакторов. М.:Энергоатомиздат. 1988.

5. Митенков Ф.М., Кодочигов Н.Г., Васяев А.В., Головко В.Ф., Пономарев-Степной Н.Н., Кухаркин Н.Е., Столяревский А.Я. Высокотемпературный газоохлаждаемый реактор – энергоисточник для промышленного производства водорода // Атомная энергия. 2004. № 11.

6. Столяревский А.Я. Технология получения синтез-газа для водородной энергетики // Международный научный журнал «Альтернативная энергетика и экология».2005. № 2(22). С. 26-32.

7. Астановский Д.Л., Астановский Л.З./Энергосберегающее компактное производство водорода // Химическое и нефтегазовое машиностроение.2003. №4. С.7-11.

8. Русанов В.Д., Этьеван К., Бабарицкий А.И. и др. Эффект плазменного катализа на примере диссоциации метана на водород и углерод. ДАН, 1997. Т.354. №2. С. 213-215.

9. Потехин С.В., Потанкин Б.В., Деминский М.А. и др. Эффект плазменного катализа при разложении метана. ХВЭ, 1997. Т.ЗЗ. №1. С.59-66.

10. Русанов В.Д., Бабарицкий А.И., Герасимов Е.Н., и др. Энергия электронов в импульсном псевдокоронном микроволновом разряде в процессе плазменного катализа. ДАН, 1999. Т.366. №3. С.323.

11. Бабарицкий А.И., Герасимов Е.Н., Демкин С.А., и др. Импульсно-периодический СВЧ-разряд как катализатор химической реакции. ЖТФ. 2000. Т.70. №.11. С. 36-41.

12. Бабарицкий А.И., Баранов И.Е., Дёмкин С.А., и др. Плазменный катализ процессов конверсии углеводородов. ХВЭ, 1999. Т.33. № 6. С.458-463.

13. КРОТОВ М.Ф., БАБАРИЦКИЙ А.И., БИБИКОВ М.Б., И ДР. Способ переработки углеродсодержащего сырья в реакторе с расплавом металла Патент на изобретение RU2630118C. 2017.

14. Бабарицкий А.И., Бибиков М.Б., Деминский М.А., и др. Экспериментальное исследование газификации гудрона в расплаве металла при циклической подаче в реактор углеродсодержащего сырья и окислителя Химия Высоких Энергий. 2017. Т. 51. № 2.

15. . Чабак А.Ф. Аккумулятор водорода // Патент РФ RU 2376522 C1.

16. Чабак А.Ф., Ульянов А.И. Проблемы хранения и использования водорода // Вестник машиностроения. 2007. № 4. С. 48-52

17. Алексеева О.К., Козлов С.И., Самсонов Р.О., и др. Системы хранения водорода // «Транспорт на альтернативном топливе». 2009. № 5(11). С.72-79.

18. Баронов Г.С., Калинников А.А., Русанов В.Д и др. Высокоэффективные дожигатели водорода на основе активированных пористых ячеистых материалов. 4 Ежегодная Научно-Техническая Конференция Ядерного Общества, Июнь 28 – Июль 2. 1993, Нижний Новгород.

19. Денисенко В.П., Кириллов И.А., Мелихов А.С., и др. Экспериментальное исследование морфологии ультра-бедных водородо-воздушных пламен в горизонтальном узком канале, Атомная энергия, 2021.

20. Кириллов И.А., Симоненко В.А., Харитонова Н.Л. Проблемы нормативного, экспериментального и расчетно-теоретического обеспечения безопасности водородной энергетики, Российские нанотехнологий, 2020. Т.15. №3. С.402-414.

21. Denisenko VP, Kirillov IA, Korobtsev SV, et al. Analysis of the Interaction between Jet and Plume Flows of a Light Gas with an Extended Ceiling Based on the Results of Experimental Studies. Proceedings of the Ninth International Seminar on Fire and Explosion Hazards.: 21-26 April 2019. V.2, Saint Petersburg, Russia.

22. Kirillov I.A., Deflagration-to-flame-ball-transition in hydrogen-air gas mixtures: gaps and bottlenecks, 2nd Near-Limit Flames Workshop, Peking, 2019.

23. Kirillov I., Kharitonova N., Lebedev A., Nikiforov S., Plaksin V. Theoretical Estimation of Concentration Limits for Water Steam Capability to Suppress Flame Acceleration in Hydrogen-Air Mixtures. Proceedings of the 27th International Colloquium on the Dynamics of Explosions and Reactive Systems. 2019.

24. Kirillov I.A., Physics-based Approach for Reduction Uncertainties in Concentration Limits of Slow-to-Fast Flame Transition in Hydrogen-Air Gas Mixtures, Hydrogen Management in Severe Accidents, Technical Meeting EVT1701911, 25-28 September 2018, Vienna, TECDOC, IAEA.

25. Kirillov IA. Theoretical Physics-based Definition and Accurate Characterization of Lower Concentration Limit for Hydrogen-Air Mixtures // Proceedings of the Ninth International Seminar on Fire and Explosion Hazards.: 21-26 April 2019. V. 2. Saint Petersburg, Russia.

26. Кириллов И.А., Харитонова Н.Л. Обеспечение водородной безопасности на атомных электростанциях с водоохлаждаемыми реакторными установками. Современное состояние проблемы, Ядерная и радиационная безопасность, 2017. Т.2. № 84. С.26-37.

27. Pasman H., Kirillov I., editors. Resilience of Cotyies to Terrorist and other Thretas: Learning fro 9/11 and further research issues, Springer, 2008.

28. Kulova T.L., Nikolaev I.I., Fateev V.N., et al. Modern Electrochemical Systems of Energy Accumulation. Chemical Problems, V.1, p 9-34,2018. https://istina.msu.ru/publications/article/162889909/.

29. Denisenko V.P., Kirillov I.A., Korobtsev S.V., et al. Analysis of the Interaction between Jet and Plume Flows of a Light Gas with an Extended Ceiling Based on the Results of Experimental Studies. Proceedings of the Ninth International Seminar on Fire and Explosion Hazards (ISFEH9), pp. 1335-1347, April 21-26, 2019,Saint Petersburg.

30. Grigoriev S.A., Porembsky V.I., Fateev V.N. International Journal of Hydrogen Energy 2006. V.31. pp.171-175.

31. Grigor’ev S.A., Porembskii V.I. and Fateev V.N. Chemical and Petroleum Engineering, 2004.V. 40.

32. Григорьев С.Л., Лютикова Е.Л., Притуленко Е.Г., и др. Электрохимия. 2006. Т.42 №11. С. 1393-1396.

33. Арчаков О.В., Лютикова Е.К., Фатеев В.Н., Укр.хим.журнал. 1988. Т.54. №7. С. 709-712.

34. Белоглазов В.Ю. Технология изготовления каталитических слоёв топливного элемента с твердополимерным электролитом // Труды Международного симпозиума по водородной энергетике, Москва, Издательство МЭИ. 2007.

35. Grigor’ev S.A., Porembskii V.I and Fateev V.N. Electrolysers with solid polimer electrolyte for getting special purity gases, Chemical and Petroleum Engineering. 2004. V. 40.

36. Grigoriev S.A., Porembsky V.I., Fateev V.N. Pure hydrogen production by PEM electrolysis for hydrogen energy. International Journal of Hydrogen Energy.2006. V. 31. pp. 171 – 175

37. Grigoriev S.A., Millet P., Porembsky V.I., et al. Development and preliminary testing of a unitized regenerative fuel cell based on PEM technology. J. Hydrogen Energy. 2011. V. 36. p.4164-4168.

38. Григорьев С.А., Порембский В.И., Фатеев В.Н., др. Получение водорода электролизом воды - современное состояние, проблемы и перспективы // Транспорт на альтернативном топливе. 2008. № 3. С. 62-69.

39. Баранов И.Е., Григорьев С.А., Николаев И.И., и др. Перенос реагентов по пористым системам газодиффузионных и электрокаталитических слоев топливного элемента с твердым полимерным электролитом в условиях их частичного затопления водой // Электрохимия, 2006. Т.42. № 12. С. 14-42.

40. Баранов И.Е., Фатеев В.Н., Сысоев А.В., и др. Моделирование тонких каталитических слоев со случайным расположением частиц катализаторов. ДАН. «Химия». 1997. Т.354. №1. С.55-58.

41. Баранов И.Е., Фатеев В.Н., Сысоев А.В. Численное моделирование электрокаталитического слоя электролизеров с твердым полимерным электролитом // Электрохимия. 1997. Т.33. №8. С. 967-970.

42. Баранов И.Е., Фатеев В.Н., Фридман А.А. и др Модель электрохимического слоя с твердо-полимерным электролитом. Электрохимия. 1994. Т. 30. С. 1256.

43. Grigoriev S.A., Fateev V.N., Bessarabov D.G., et al. Current status, research trends, and challenges in water electrolysis science and technology // International Journal of Hydrogen Energy, 2020. V. 45. Issue 49. pp. 26036-26058.

44. Pushkareva I.V., Pushkarev A.S., Grigoriev S.A., et al. Comparative study of anion exchange membranes for low-cost water electrolysis // International Journal of Hydrogen Energy. 2020.V. 45. Issue 49. pp. 26070-26079.

45. Антуш М., Григорьев С.А., Эль Руби В.М.А., Мийе П. Применение фото-анода на основе TiO2/красителя N719 в сенсибилизированном красителем солнечном элементе и анализ его характеристик // Электрохимия. 2020. Т. 56. № 11. С. 1024–1033.

46. Григорьев А.С., Скорлыгин В.В., Григорьев С.А., и др. Энергоустановки на основе возобновляемых источников и электрохимических устройств хранения и генерации энергии для децентрализованного автономного электроснабжения // Электротехника, 2019. №7. С. 33-37.

47. Григорьев А.С., Григорьев С.А., Королев А.В., и др. Малая автономная энергетика киловаттного уровня генерируемой мощности на основе радиоизотопных и возобновляемых источников энергии для Арктической зоны и Дальнего Востока // Атомная энергия, 2018. Т. 125. № 4. С. 206-212.

48. Grigoriev A.S., Skorlygin V.V., Grigoriev S.A., et al.A Hybrid Power Plant Based on Renewables and Electrochemical Energy Storage and Generation Systems for Decentralized Electricity Supply of the Northern Territories // International Journal of Electrochemical Science, Volume 13, Issue 2 (February), 2018, V. 13. Issue 2. pp. 1822–1830.

49. Grigoriev S.A., Kalinnikov A.A. Mathematical modeling and experimental study of the performance of PEM water electrolysis cell with different loadings of platinum metals in electrocatalytic layers // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. V. 47. Issue 3. Issue 3. pp. 1590-1597.

50. Kalinnikov A.A., Grigoriev S.A, Bessarabov D.G. Nonequilibrium poroelectroelastic theory for polymer electrolytes under conditions of water electrolysis // International Journal of Hydrogen Energy. 2019. V.44. Issue 16. pp. 7889-7904.

51. Григорьев С.А., Бессарабов Д.Г., Фатеев В.Н. О механизмах деградации характеристик мембранно-электродных блоков при твердополимерном электролизе воды // Электрохимия, 2017. Т. 5. № 3. C. 359-365.

52. Ramenskiy AYu., Grigoriev S.A., Ramenskaya E.A., et al. Technical regulation issues concerning fuel cell technologies in the Russian Federation, countries of the Eurasian Economic Union and CIS countries // International Journal of Hydrogen Energy. 2017. V. 42. Issue 3. pp. 21250-21262.

53. Siracusano S., Baglio V., Grigoriev S.A., et al. The influence of iridium chemical oxidation state on the performance and durability of oxygen evolution catalysts in PEM electrolysis // Journal of Power Sources. 2017. V.366. pp. 105-114.

54. Grigoriev SA., Fateev Vl N., Pushkarev AS, et al. Reduced Graphene Oxide and Its Modifications as Catalyst Supports and Catalyst Layer Modifiers for PEMFC // Materials, 2018, V.11(8). pp.1405.

55. Alekseeva OK., Mikhalev AI., Lutikova EK., et al. Structural and Electrocatalytic Properties of Platinum and Platinum-Carbon Layers Obtained by Magnetron-Ion Sputtering // Catalysts, 2018. V. 8(12). pp.665.

56. Roudabeh Valiollahi, Mikhail Vagin, Viktor Gueskine, et al. Electrochemical hydrogen production on a metal-free polymer // Sustainable Energy & Fuels, 2019. V. 3. Issue 12. pp. 3387– 3398.

57. Баранов И.Е.,Акелькина С.В.,Спасов Д.Д., и др. Энергоустановка для работы в условиях отрицательных температур. Патент РФ RU 2 736 883 2020