Возможности водородной энергетики исследуют в Петербургском Политехе

В России в ближайшие годы планируется осуществление постепенного перехода к низкоуглеродной водородной энергетике (еще в 2020 году Минэнерго РФ подготовило и внесло в Правительство РФ проект плана развития российской водородной энергетики на период до 2020-2024 гг). Замена традиционных углеводородов на водород сопряжена с рядом сложностей, которые связаны с применяемыми материалами, в частности сталями, не рассчитанными на работу с водородом под давлением, но планируемыми для использования при наращивании объемов производства, хранения и транспортировки чистого газообразного водорода и метано-водородных смесей. Исследование петербургских ученых позволит оценить водородопроницаемость сталей и влияние водородсодержащей газовой смеси на свойства металла трубопроводов и оборудования газотранспортной системы.

Малая масса и размеры атомов водорода, а также высокая диффузионная подвижность, создают благоприятные условия для их проникновения в сталь. При взаимодействии стали с водородом возможна деградация структуры и понижение пластичности стали.

Для воссоздания условий эксплуатации транспортировки водородсодержащей газовой смеси по трубам в СПбПУ были разработаны и изготовлены стационарный автоклав для предварительного наводороживания, а также автоклав со встроенной системой нагружения с использованием универсальной испытательной машины, отличительной особенностью которого является возможность проведения испытаний на растяжение, в том числе и с медленной постоянной скоростью деформации в среде водорода под давлением. Кроме этого, в Научно-технологическом комплексе «Новые технологии и материалы» проводится работа по наращиванию испытательной базы для обеспечения испытаний на стойкость трубных сталей к эксплуатации в среде водорода под давлением. На сегодняшний день подобным комплексом оборудования, обеспечивающем испытания материалов, как в нормальных условиях, так и в среде водорода под давлением, в России обладает только Санкт-Петербургский политехнический университет.

«Одной из основных проблем при использовании трубопроводов для транспортировки водорода является его охрупчивающее действие на материал трубы, степень которого в настоящий момент не вполне ясна, так же, как и не регламентированы отечественные методики исследования, критерии оценки и требования к материалам, контактирующим с чистым газообразным водородом под давлением. Результатом нашей работы, в том числе, станет оценка устойчивости существующих трубных сталей к водородному охрупчиванию при определенном давлении или концентрации водорода в метано-водородной смеси. Кроме этого, развитие методического обеспечения исследований позволит сформулировать требования и критерии оценки влияния газообразного водорода на структуру и свойства трубных сталей», - говорит исполнительный директор НТК «Новые технологии и материалы» Центра НТИ СПбПУНикита Шапошников.

В дальнейших планах ученых – развитие методического обеспечения исследований стойкости трубной стали в водородсодержащих средах под давлением, которое в настоящее время в России широко не освоено, однако является крайне важным для гарантии надежности водородной инфраструктуры; формирование базы данных результатов, которая позволит ориентироваться при выборе сталей для водородопроводов и создаст основу для металлургической разработки стали, устойчивой к водородному охрупчиванию.

Центр компетенций НТИ СПбПУ «Новые производственные технологии»(один из 21 центров компетенций НТИ) был создан в 2017 году. По состоянию на февраль 2022 года консорциум Центра насчитывает 84 участника. Миссия центра НТИ СПбПУ - обеспечение глобальной конкурентоспособности отечественных компаний-лидеров на рынках НТИ и в высокотехнологичных отраслях промышленности.