В условиях рыночной экономики требуется постоянное развитие и усовершенствование технологий, повышение их экономической и экологической эффективности. Одним из критериев развития технологий можно назвать его переход на более эффективное и безопасное для окружающей среды топливо.
На сегодняшний день перспективы использования водорода не вызывают сомнений. Этот газ может быть использован как в двигателях внутреннего сгорания, так и в водородных топливных элементах, в которых энергия вырабатывается в виде электричества.
Однако на пути развития водородной энергетики существуют до сих пор нерешенные проблемы. Традиционные способы хранения водорода обладают низкими массовыми и объемными характеристиками. Поэтому наиболее важная задача, стоящая перед водородной энергетикой, заключается в создании технологии, которая позволила бы осуществлять хранение водорода в больших объемах и без риска для окружающих. Такая технология является крайне наукоемкой, она подразумевает поиск или создание материалов и технологий, а также соответствующей вычислительной и аппаратурной базы, которые позволили бы осуществлять безопасную и экономически выгодную транспортировку водорода.
Согласно стандартам Международного Энергетического Агентства, система хранения считается эффективной, в случае, если доля водорода, по сравнению с массой системы составляет 5 % и более.
Среди существующих способов хранения и транспортировки водорода наиболее перспективным считается его сорбция различными углеродными наноструктурными системами. Исследования, проводимые на кафедре Технической физики, предполагают нахождение эффективного и безопасного способа хранения водорода.
Целью данной работы является определение основных параметров осуществления процесса сорбции водорода углеродными структурами.
Для достижения поставленной цели решались следующие задачи:
1. Обзор и анализ существующих материалов используемых для хранения и транспортировки водорода, а также изучение строения и свойств углеродных наноструктур;
2. Расчет кинетических параметров процесса сорбции (математическое описание адсорбции и определение скорости диффузии водорода в углеродсодержащие наносистемы) и составление компьютерной программы;
3. Прочностной расчет реакторной части установки;
4. Разработка программного обеспечения для автоматизации обработки экспериментальных данных по адсорбционному процессу.
Водород является одним из наиболее перспективных источников энергии. Однако традиционные методы хранения водорода имеют достаточно низкие массовые и объемные показатели. На сегодняшний день вопрос о поиске новых технологий и материалов для хранения водорода является актуальным.
На основании результатов проведенных исследований, приведенных в настоящей работе можно сделать ряд выводов:
1. Проведен подробный обзор существующих и перспективных систем используемых для хранения и транспортировки водорода, а также изучены свойства и строение углеродных наноструктур;
2. Составлена программа расчета сорбционных свойств пористых наноструктур.
3. Проведен прочностной расчет реакторной части экспериментальной установки. Установлено, что для заданного диапазона давлений и температур минимальная толщина стенки реактора составляет 0,73 мм, что учтено при его изготовлении.
4. Разработана компьютерная программа расчета кинетических параметров термодесорбции.
5. Проведено экономическое обоснование эффективности проведения научно-исследовательской работы.
6. Рассмотрены основные вопросы, связанные с охраной труда и безопасностью на рабочем месте.
