РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Ученые разработают эффективный сенсор по обнаружению утечек водорода

Водород – топливо, обладающее самой высокой теплопроводностью среди газообразных веществ, и более экологически чистая альтернатива традиционному – при его сгорании образуется только вода. Поскольку весь мир нацелен на переход к экологически чистым видам энергии, в ближайшем будущем водород может стать основным видом топлива в энергетике, промышленности и транспорте, постепенно вытеснив уголь, мазут, дизельное топливо, бензин и природный газ.
Ученые разработают эффективный сенсор по обнаружению утечек водорода

Несмотря на всю свою привлекательность, водород чрезвычайно опасен: предел его воспламеняемости в газовоздушной смеси значительно шире, чем у углеводородов. Поэтому для предотвращения чрезвычайных ситуаций, связанных с его утечкой, актуальной задачей является детектирование водорода в воздухе.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Именно над этой проблемой работают в МАИ. Проект по разработке селективного термокаталитического сенсора водорода стал лауреатом конкурса 2021 года на получение грантов Российского научного фонда по направлению «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований малыми отдельными научными группами». 

Над проектом трудится группа аспирантов, сотрудников и выпускников кафедры «Радиоэлектроника, телекоммуникации и нанотехнологии» института №12 «Аэрокосмические наукоёмкие технологии и производства» МАИ, руководит которой профессор Александр Баранов.

Большой интерес к исследованию проявил Научно-технический центр измерительных газочувствительных датчиков им. Е.Ф. Карпова, который обладает технологическими мощностями для выпуска термокаталитических сенсоров, а также аналитическим оборудованием для исследования их параметров и характеристик. 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Почему термокаталитический?

С точки зрения предотвращения взрывоопасных ситуаций наиболее актуальный диапазон измерения водорода в воздухе – от 0.1 об. %. (нижний предел обнаружения водорода, установленный в разных странах) до 2 об. % (50% нижнего концентрационного предела распространения пламени). Для этого диапазона оптимальным является использование именно термокаталитических сенсоров. Дополнительные их преимущества, по сравнению с другими, заключаются в низкой стоимости, малом размере и весе.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ
РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Несмотря на то что термокаталитические сенсоры разрабатываются уже много десятилетий, для измерения водорода используются те же, что и для горючих газов и паров. Так как у водорода и углеводородов слишком разные свойства, в том числе температура горения, текучесть и взрывоопасность, целью работы коллектива учёных стала адаптация термокаталитических сенсоров для улучшения параметров при измерении водорода (чувствительность, время отклика, рабочее напряжение и другие).

Почему селективный?

Селективность сенсора – это его способность давать отклик только на одно вещество в смеси газов. Реализуется это при помощи катализатора. Потому задача специалистов – создать катализатор, который даст возможность сенсору чувствовать водород, но не будет реагировать на другие газы. 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Рабочая температура работы с водородом – 300-400 градусов. Стратегическая цель проекта – проведение селективных измерений водорода в воздухе или в смеси с другими горючими газами при температурах, близких к комнатной. Это даст возможность повысить безопасность работ (снизить уровень взрывоопасности) и снизить расход электроэнергии – увеличить время автономной работы.

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Катализаторами в газовых сенсорах выступают металлы платиновой группы, но не все из них ранее использовались для мониторинга водорода. Новизна работы заключается в использовании катализаторов иридий (Ir) и родий (Rh) в чистом виде, форме или в смеси с платиной (Pt) и палладием (Pd). 

РЕКЛАМА – ПРОДОЛЖЕНИЕ НИЖЕ

Исследования различных катализаторов платиновой группы проводятся для улучшения параметров и характеристик термокаталитических сенсоров, таких как селективность, чувствительность, время отклика, температура сенсора, долговременная стабильность и потребляемая мощность. 

Полученные результаты

В результате оптимизации структуры и состава катализатора термокаталитического сенсора, а также при изменении классического подхода для проведения измерений удалось снизить рабочую температуру термокаталитического сенсора приблизительно до 80 ºС, в то время как традиционно, при аналогичных измерениях (в России и за рубежом), рабочая температура термокаталитических сенсоров выше 250 ºС. При этом нижний предел температурного диапазона определяется, главным образом, величиной чувствительности сенсора. Следующая задача – проверка на долговременную стабильность работы сенсора.

«Если целевым газом является водород, то не наблюдается деградация параметров сенсора со временем, как это происходит при измерении других горючих и взрывоопасных газов. Кроме того, для измерения углеводородов нужна высокая температура (400-450 ºС), что также ускоряет деградацию катализатора», – объясняет Александр Баранов.

Завершить проект планируется в 2023 году. 

Загрузка статьи...