Металлогидридная технология активации водорода

Abstract

Рассмотрен эффект активации водорода металлогидридами. Установлено, что активированный водород существует в различных формах: в виде возбужденных молекул, возбужденных атомов и положительных ионов. Для изучения активации водорода использованы различные методы - масс-спектрометрии. Обсуждаются причины формирования активированного водорода при взаимодействии с гидридообразующими материалами. Для гидридообразующих материалов один из возможных факторов, приводящих к активации водорода с последующей десорбцией в газовую фазу, является изобарный гистерезис. Гистерезис в системах металл-водород имеет место, когда давление образования гидрида выше, чем давление его разложения. Использование явления металлогидридной активации может улучшить энергетические характеристики практически всех типов энергопреобразующих устройств, использующих водород в качестве рабочего тела. Этот эффект может быть использован в реакциях гетерогенного катализа, в частности, при воспламенении водород-кислородных смесей, в устройствах, использующих водород в качестве рабочего тела, как экологически чистый энергоноситель в двигателях или в энергетических и электрофизических установках. Показано экспериментально и теоретически, что использование атомов и возбужденных молекул водорода в качестве активационной добавки к традиционным топливам приводит не только к экономии последнего, но и к уменьшению содержания токсичных продуктов в отработанных газах. Небольшая – 0,5 %-я примесь атомарного водорода в зону горения является столь же эффективной, как и добавка 10 – 12 % обычного молекулярного водорода. Использование энергии возбуждения неравновесных состояний водорода представляется одним из весьма перспективных путей решения проблемы повышения эффективности энергетического оборудования и совершенствования его экологических характеристик.

Розглянуто ефект активації водню металогідридами. Встановлено, що активований водень існує в різних формах: у вигляді збуджених молекул, збуджених атомів і позитивних іонів. Для вивчення активації водню використано різні методи мас-спектрометрії. Обговорюються причини формування активованого водню при взаємодії з гідридотвірними матеріалами. Цей ефект може бути використаний в реакціях гетерогенного каталізу, зокрема, під час займання воднево-кисневих сумішей, в пристроях, що використовують водень як робоче тіло, як екологічно чистий енергоносій в двигунах або в енергетичних і електрофізичних установках.

The effect of hydrogen activation by metal hydrides is considered. It is established that activated hydrogen exists in different forms: in the form of excited H2 molecules, excited hydrogen atoms and positive ions. To study the activation of hydrogen, various methods of mass spectrometry were used. The reasons for the formation of activated hydrogen in interaction with hydride-forming materials are discussed. For hydride-forming materials, one of the possible factors leading to the activation of hydrogen followed by desorption into the gas phase is isobaric hysteresis. Hysteresis in metal-hydrogen systems occurs when the pressure of hydride formation is higher than the pressure of its decomposition. The use of the phenomenon of metal hydride activation can improve the energy characteristics of virtually all types of energy-converting devices using hydrogen as a working fluid. This effect can be used in reactions of heterogeneous catalysis, in particular, in the ignition of hydrogen-oxygen mixtures, in devices using hydrogen as a working medium, as an environmentally friendly energy carrier in engines or in power and electro-physical facilities. It is shown both experimentally and theoretically that the use of atoms and excited hydrogen molecules as an activation ionic additive to traditional fuels leads not only to saving the latter but also to reducing the content of toxic products in the exhaust gases. A small (0.5 %) admixture of atomic hydrogen in the combustion zone is just as effective as the addition of 10 – 12 % of ordinary molecular hydrogen. The use of excitation energy for nonequilibrium states of hydrogen appears to be one of the most promising ways to solve the problem of increasing the efficiency of energy equipment and improving its environmental characteristics.