«НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г.

НИКЕЛЬ ЖУРНАЛ

ЖУРНАЛ ПОСВЯЩЁН

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 1, 2023 г.

Энергия никеля

Никелевый катализатор помогает превратить масла и жиры в возобновляемое дизельное топливо

Использование ТВИ для транспортировки сжиженного природного газа

Энергия «зелёного» водорода, использующего нержавеющую сталь

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ № 27 ПАВИЛЬОН ВХОДА НА ЛИНИЮ ЕЛИЗАВЕТЫ ЛОНДОНСКОГО МЕТРО С ВОКЗАЛА ПАДДИНГТОН

В результате самой значительной реконструкции со времени первоначального возведения здания в 1853 г. лондонский вокзал Паддингтон обрел поражающий воображение новый стеклянный павильон длиной 120 метров, вознёсшийся над землёй на восьмиметровую высоту.

Кажется, что решётка из отполированной до зеркального блеска нержавеющей стали парит над платформами.

Местонахождение: Павильон входа на линию Елизаветы лондонского метро с железнодорожного вокзала Паддингтон, Лондон Производитель прогонов из нержавеющей

стали: компания Montanstahl Инженеры-проектировщики: компания Ramboll Архитекторы: компания Weston Williamson + Partners Вес нержавеющей стали: 56 тонн Размеры прогонов: высота 300 мм, ширина 100 мм, толщина 8 мм

Структурная конструкция навеса, одного из самых крупных произведений зодчества, когда бы то ни было возведённых в Лондоне, состоит из рам из крашеной углеродистой стали, расположенных на расстоянии шести метров друг от друга, и 180 прогонов (горизонтальных опорных планок) из нержавеющей стали марки 316L (UNS S31603), протянувшихся между балками из углеродистой стали. Отполированные до зеркального блеска прогоны из нержавеющей стали поддерживают 220 уникальных стеклянных панелей, каждая весом более тонны. При выборе прогонов критически важной оказалась возможность использования полированной финишной отделки, так как она великолепно гармонирует с отпечатанной на стеклянной крыше инсталляцией «Облака» (A Cloud Index)

известного художника Спенсера Финча (Spencer Finch).

Архитектурные запросы обусловили высокие требования к изготовлению

прогонов — они касались геометрических допусков, поверхностной

отделки

и качества сварки. Верхние и нижние

пояса прогонов, состоящие из сваренных с помощью лазера профилей коробчатого сечения в специальном исполнении с рёбрами жёсткости, нависающими над нижним поясом на 25 мм, были сокращены на 80 мм с каждого конца, чтобы обеспечить соединение с балками из углеродистой стали. Прогоны крепятся болтами к балкам из углеродистой стали сквозь ребристые плиты, соединённые с каждым ребром жёсткости с помощью болтов с утопленной головкой. Армирующие пластины из нержавеющей стали толщиной 10 мм приварены к внутренней стороне рёбер жёсткости профилей коробчатого сечения для усиления соединения с балками из углеродистой стали.

Навес обеспечивает проникновение естественного освещения на глубину 25 метров ниже уровня земли и представляет собой уникальный коллаж облаков, создающий иллюзию перемены их вида в зависимости от освещения, погодных условий и времени дня на радость идущим под ним транзитным пассажирам.

КОЛОНКА РЕДАКТОРА: ЭНЕРГИЯ НИКЕЛЯ

«Оксфордский словарь английского языка» даёт такое определение понятию «энергия» (в значении «сила»): это «способность или возможность что-то совершить или действовать определённым образом». В этом выпуске журнала «Никель» мы рассматриваем силу (способность, потенциал) уникальных свойств никеля работать в эпицентре технологий, которые критически важны для снижения углеродных эмиссий.

Одной из таких многообещающих технологий будущего является технология получения и использования «зелёного» водорода. Особые свойства водорода предъявляют жёсткие требования к материалам, используемым при его производстве, хранении, транспортировке и применении. Мы показываем, как никельсодержащие стали справляются с этими задачами, и раскрываем потенциал никелевых катализаторов, используемый для производства возобновляемого дизельного топлива. Никелевые катализаторы являются неотъемлемой частью технологии производства возобновляемого дизельного топлива с гораздо меньшими выбросами углерода, чем его альтернативы, базирующиеся на нефтяном сырье. Мы также исследуем потенциал никеля для транспортировки сжиженных газов при экстремально низких температурах. Эти газы используются для получения энергии с более низкими показателями углеродной эмиссии.

Обширная коллекция технических справочных пособий Института никеля охватывает такие темы, как свойства никельсодержащих материалов, связанные с ними высокоэффективные производственные технологии и их использование почти во всех секторах экономики. Эти справочники находятся в открытом доступе. За последние три года вся коллекция была существенно переработана и дополнена, чтобы помочь инженерам и разработчикам спецификаций уверенно и успешно использовать силу и потенциал никеля. Недавно вышло в свет второе издание одного из наших самых популярных справочников — «Справочник по никелированию» — см. стр. 15.

Институт никеля всецело посвятил себя просвещению, ведь всем хорошо известно, что «знание — сила».

Клэр Ричардсон

Редактор журнала «Никель»

Энергия никеля, используемая во многих секторах экономики, полностью раскрывается в технических справочниках, находящихся в обширном собрании открытой библиотеки Института никеля. Читайте наши бесплатные публикации на сайте www.nickelinstitute.org

02

Пример из практики № 27

Павильон входа на линию

СОДЕРЖАНИЕ НИКЕЛЬ

03

04

06

Елизаветы лондонского метро с вокзала Паддингтон

Колонка редактора Энергия никеля

Никель. Занимательные факты

Возобновляемое дизельное

топливо

Никелевый катализатор

превращает жир в топливо

08

Никель – использование в ТВИ Транспортировка сжиженного

газа

11 Суперсплавы на основе

никеля

Энергия движка

12 Энергия «зелёного» водорода Использование никельсодержащей

нержавеющей стали

14 Технические вопросы и ответы

15 Новые публикации

15 Выдержки из Универсальной

системы обозначений

металлов и сплавов

16 Мерцание сада за стеной

Покоряя силу моря

Журнал «Никель» издается Институтом никеля www.nickelinstitute.org

Д-р Хадсон Бейтс (Hudson Bates), президент Клэр Ричардсон (Clare Richardson), редактор communications@nickelinstitute.org

Авторы статей: Нэнси Бэдду (Nancy Baddoo), Гари Коутс (Gary Coates), Стив Дойч (Steve Deutsch), Урсула ХеррлингТуш (Ursula Herrling-Tusch), Ричард Матесон (Richard Matheson), Франсиско Меза (Francisco Meza), Гир Мо (Geir Moe), Ким Оукс (Kim Oakes), Бенуа Ван Хеке (Benoît Van Hecke), Одетт Зизолд (Odette Ziezold) Художественное оформление: компания Constructive Communications

Публикация предназначена для общей информации читателя и не должна использоваться в практических

целях без предварительной консультации специалиста. Несмотря на то, что, по мнению авторов, публикуемые технические сведения верны, Институт никеля, его члены, сотрудники и консультанты не гарантируют их пригодности для общего или специального

использования и не несут никакой ответственности в связи с опубликованной здесь информацией.

ISSN 0829-8351

Отпечатано в Канаде на бумаге, изготовленной из вторичного сырья компанией Hayes Print Group. ГРАФИЧЕСКИЕ МАТЕРИАЛЫ ПРЕДОСТАВЛЕНЫ: Обложка: Утильные жиры в лабораторном производстве топлива - iStock©Sinhyu стр. 3 iStock©onurdongel, стр. 5 iStock©peterschreiber.media, стр. 6 iStock©Ratchat, стр. 11 iStock©kynny стр.13 iStock©newannyart

Театр Харви при Бруклинской академии музыки Учитывая настоятельную потребность в высокоэффективном низкозатратном производстве «зелёного» водорода из морской воды, исследователи из Мельбурнского королевского технологического университета (RMIT), Австралия, разработали новый метод, обладающий большими потенциальными возможностями. Созданное в RMIT устройство использует принципиально новый катализатор, произведённый из листов легированного азотом фосфида никель-молибдена (NiMo3P). В лабораторных условиях этот новый катализатор чрезвычайно эффективно генерирует водород расщеплением морской воды, при этом оказывая сопротивление коррозии и подавляя образование хлора. В лаборатории при прохождении водорода сквозь топливный элемент попутно выделяется опреснённая вода. Учёные утверждают, что с помощью этого метода водород можно будет легко производить в большом количестве, что должно быть экономически выгодно для производства в промышленном масштабе. Почему используется морская вода? Да потому, что её больше, чем пресной. К тому же она совершенно бесплатна.

Как быстрее обнаружить вирусы

Пандемия COVID-19 побудила группу учёных из Японии на создание диагностического устройства, работающего не на перезаряжаемых аккумуляторных батарейках, а в режиме самоподдержания. Оно не только быстрее обнаруживает вирусы в воздухе, но также передаёт эту информацию по беспроводной связи. Фумио Нарита (Fumio Narita) из Университета Тохоку (Tohoku University) объясняет, что «устройство использует магнетострикционную легированную пластину, состоящую из железа, кобальта и никеля, и вырабатывает электроэнергию с помощью попеременного намагничивания, вызываемого вибрацией». Исследователи модифицировали железо-кобальт-никелевую пластину толщиной 0,2 мм с цепью выпрямителя / накопителя, которая аккумулировала энергию деформационных

колебаний и обеспечивала беспроводную передачу информации. Затем они создали биораспознающий слой, настроив его на распознавание коронавируса человека 229E (HCoV-229E).

«Мы надеемся в будущем доработать наше устройство, внеся изменения в биораспознающий слой, и проверить, может ли оно выявить и другие вирусы, такие как MERS, SARS и COVID-19», — сказал Нарита.

наноблоки обеспе-

чивают повышенную эффективность

Золотое решение

Одним из самых эффективных методов решения насущной проблемы изменения климата может оказаться

Замкнуть углеродный цикл, чтобы остановить изменение климата

Горячие электроны

гидрогенизация (наводороживание) углекислого газа. Учёные из Института фундаментальных исследований Тата (Tata Institute of Fundamental Research (TIFR)) в Мумбаи, Индия, недавно продемонстрировали процесс, использующий солнечную энергию и «зелёный» водород, посредством которого легированное никелем чёрное золото превратило углекислый газ в полезный источник топлива. Исследование подтвердило исключительные каталитические характеристики плазмонного чёрного золото-никеля и может вести к разработке путей экологически чистой гидрогенизации углекислого газа и оказать помощь в развитии технологий, способствующих снижению выбросов парниковых газов.

Учёные из сиднейского отделения Университета Нового Южного Уэльса (UNSW), Австралия, разработали новый метод проектирования мельчайших трёхмерных материалов, которые могли бы повысить эффективность топливных элементов. Учёные продемонстрировали инновационную методику, использующую химический синтез для создания сложных соединений из более простых.

Выращивая ветви кристаллического никеля с гексагональной (шестигранной) решёткой в центрах кристаллизации, имеющих кубическую решётку, они создали трёхмерные иерархические структуры размером около 10-20 нанометров. Авторы исследования, проф. Ричард Тилли (Professor Richard Tilley) и д-р Люси Глоуг (Dr Lucy Gloag), отмечают, что «эти новые трехмерные структуры сконструированы таким образом, чтобы больше атомов подверглось воздействию реактивной среды, что может содействовать более эффективному катализу в процессе преобразования энергии». Бóльшая площадь поверхности катализатора, используемого в топливном элементе или аккумуляторной батарее, означает, что в процессе конвертирования водорода в электричество реакция будет протекать более эффективно. Использование в реакции меньшего количества материала ведёт к сокращению затрат. Исследование, опубликованное в журнале Science Advances («Научные достижения»), является новым шагом по пути к более устойчивому, экологичному производству энергии и позволяет отойти от зависимости от ископаемого топлива ещё дальше.

«НИКЕЛЬ», т.

№

Структурные

UNSW SYDNEY

Плазмонный чёрный золото- никель

Возобновляемое дизельное топливо (ВДТ) производится путём гидроочистки растительных масел, утильных жиров и смазочных материалов с помощью процесса, очень схожего с процессами, используемыми для производства дизеля на традиционных нефтеперерабатывающих заводах.

Согласно данным Международного энергетического агентства (International Energy Agency), ожидается, что в ближайшие несколько лет резко вырастет спрос на возобновляемые виды топлива. Стив Дойч (Steve Deutsch) из компании The Catalyst Group объясняет роль никелевых катализаторов и потенциал возобновляемых видов топлива.

Рост использования «зелёного» дизельного топлива в целях борьбы с изменением климата и истощением ископаемого топлива создаёт потребность в более глубоком исследовании экономически эффективных катализаторов, таких как алюмоникелевые, которые играют ключевую роль в этом процессе. На сегодняшний день подавляющая часть видов возобновляемого топлива относится либо к этанолу (в США вырабатываемому на основе кукурузы, а в Бразилии — на основе сахара), либо к биодизельному топливу, производимому путём переэтерификации растительных масел. Недостатком как этанола, так и биодизеля является ограниченная смешиваемость, что сужает возможности использования этих видов топлива, а также их более низкая энергоёмкость по сравнению с бензином и дизелем нефтяного происхождения. Возобновляемое дизельное топливо (ВДТ) производится путём гидроочистки растительных масел, утильных жиров и смазочных материалов с помощью процесса, очень схожего с процессами, используемыми для производства дизельного топлива на традиционных нефтеперерабатывающих заводах. Близкий химический родственник возобновляемого дизельного топлива, экологически чистое авиационное топливо (ЭАТ), можно произвести с помощью различных процессов, в том числе путём гидроочистки растительных масел, если масляное сырьё имеет приблизительно однородный химический состав. Возобновляемое дизельное топливо соответствует всем традиционным техническим требованиям к дизельному топливу, поэтому его, в отличие от биодизельного топлива, можно использовать без применения блендинга (смешивания).

Пониженная интенсивность выбросов углекислого газа В производстве возобновляемого дизельного топлива используются различные масла — чаще всего из семян рапса и соевых бобов и пальмовое масло; также могут использоваться говяжий и отбросный жиры. Поскольку использование источников питания для целей производства топлива нежелательно, рассматриваются также нетрадиционные масла, такие как рыжиковое масло и масло ятрофы. Интенсивность выбросов углекислого газа варьируется в зависимости от исходного продукта и методов экстрагирования, но считается, что интенсивность выбросов возобновляемого дизельного топлива составляет всего 30% от интенсивности выбросов дизельного топлива нефтяного происхождения. Хотя основным побудительным мотивом использования возобновляемого дизельного топлива является снижение выбросов углекислого газа, существуют и другие преимущества. Содержание серы в составе возобновляемого дизельного топлива, как правило, составляет всего около 1 ч./млн по сравнению с 10-15 ч./ млн в обычном топливе (в зависимости от региональных стандартов на топливо), так что его можно использовать для снижения доли серы в топливе нефтяного происхождения путём их смешивания. Цетановое число возобновляемого дизельного топлива колеблется в пределах 70-90 в сравнении с минимальным цетановым числом 40 в США и 49 в Европе. Топливо с более высоким цетановым числом горит чище, что облегчает регенерацию золоуловительных фильтров и делает необходимость их замены более редкой, а это, в свою очередь, экономит топливо и снижает эксплуатационные расходы.

ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ ДИЗЕЛЬНОЕ ТОПЛИВО

МНОГООБЕЩАЮЩИЙ НИКЕЛЕВЫЙ КАТАЛИЗАТОР ПРЕВРАЩАЕТ ЖИРЫ

В ТОПЛИВО

Возобновляемое дизельное топливо производится следующим образом: сначала проводится предварительная очистка масла от возможно присутствующих в нём металлических загрязнителей и кислот, возникающих в результате прогоркания.

Затем масло отправляется на установку гидроочистки (подобную нефтяной), где происходит расщепление триглицеридов и удаление кислорода. Здесь также имеет место гидрирование ненасыщенных связей и расщепление крупных молекул на более мелкие. И, наконец, гидроочищенное масло изомеризуется для улучшения низкотемпературных свойств дизельного топлива и доведения его до заданных технических характеристик (Рис. 1). Основными продуктами данного процесса являются возобновляемое дизельное

топливо и пропан, при этом более тяжёлые фракции становятся экологически чистым авиационным топливом (ЭАТ), а более лёгкие фракции преобразуются в возобновляемый дизель (Рис. 2).

Никелевые катализаторы Катализаторы, используемые для гидроочистки растительного масла, — это нанесённые на оксид алюминия никель (Ni) или никель-молибден (NiMo). Никель обеспечивает хорошую функциональ-

Растительное масло + водород (триглицерид)

Возобновляемое дизельное топливо + экологически чистое авиационное топливо (ЭАТ)

ность процессов насыщения двойных связей и удаления кислорода. Насыщенные никелем цеолиты (минеральная часть почвы) и другие молекулярные фильтры также используются на этапе изомеризации, приходя на смену более дорогим катализаторам на основе платины и палладия.

Динамический рост

По данным Международного агентства по энергетике (МЭА), в 2021 г. ежедневное производство возобновляемого дизельного топлива во всём мире составляло всего 170 тыс. баррелей, но ожидается, что к 2027 г. оно увеличится и составит от 420 тыс. до 600 тыс. баррелей в день. Подобным же образом в 2021 г. производство экологичного авиационного топлива составляло только 2500 баррелей в день, но ожидается, что к 2027 г. оно возрастёт до 1-2% мирового спроса, что эквивалентно 75 тыс. — 150 тыс. баррелей в день. Государственные структуры сделали обязательным использование возобновляемого топлива, поэтому по мере роста спроса на возобновляемое топливо будет увеличиваться и спрос на никелевые катализаторы, которые являются неотъемлемой частью технологий производства возобновляемого топлива.

Рис. 1 Графическая схема процесса производства возобновляемого дизельного топлива

1. Растительные масла, утильные жиры и смазочные материалы поступают на очистительный завод.

2. В процессе предварительной очистки нежелательные загрязнения выводятся.

3. Гидрокрекинг и деоксигенизация являются процессами, подобными тем, что используются на заводах по очистке ископаемого топлива.

4. Изомеризация — последний этап получения дизельного топлива соответствующего качества.

5. Возобновляемое дизельное топливо — это высококачественное передовое биотопливо, годящееся для всех дизельных двигателей.

Рис. 2 Химические реакции в процессе гидроочистки растительных масел для производства возобновляемого

дизельного топлива.

Насыщение и крекинг

Никелевый катализатор

Гидрокрекинг и деоксигенизация

Никелевый катализатор

Изомеризация

Никелевый катализатор Жирные кислоты + пропан Более лёгкие углеводороды + угарный газ + вода

Примечание: Институт никеля не индоссирует какие бы то ни было прогнозы или заявления о перспективах развития, включая, помимо прочего, прогнозы о перспективах развития конкретных разработок. Если читатель пожелает использовать эту информацию или сослаться на информацию, полученную от третьих лиц и находящуюся в широком доступе, ему необходимо процитировать оригинальный источник информации, а не Институт никеля.

СЖИЖЕННОГО ГАЗА С ПОМОЩЬЮ ТВИ

Загрузка СПГ — это процесс поставки сжиженного газа на судно для использования в качестве топлива. На макете «из трубы — на корабль» этот процесс начинается с наземного терминала, где хранится готовый к загрузке в нужный момент СПГ. Затем СПГ передаётся на судно по трубопроводу с вакуумной изоляцией.

Трубопровод с вакуумной изоляцией (ТВИ) позволяет транспортировать сжиженные газы при температурах много ниже O° C, что облегчит переход к возобновляемой энергетике. ТВИ и никель Изменение климата заставляет нас стремиться к снижению выбросов углекислого газа. Хорошую альтернативу представляют собой те виды топлива, которые не являются источником выбросов двуокиси углерода, такие как водород и аммиак. Сжиженный природный газ (СПГ), используемый для производства электричества или тепла, показал себя

альтернативным источником энергии с более низкими эмиссиями, чем нефть. Однако производство, транспортировка и использование этих альтернативных носителей энергии требуют их сжижения. Получение СПГ происходит при очень низких температурах. Необходимо принять меры, чтобы охлаждённые и сжиженные газы оставались в жидком состоянии на протяжении всего времени их хранения и

НИКЕЛЬ — РЕШЕНИЕ ПРОБЛЕМЫ

ТРАНСПОРТИРОВКИ

поставки. Для этого необходимо изолировать сжиженные газы от внешней среды. Именно здесь и приходит на помощь никель. Никельсодержащие нержавеющие стали обладают многими привлекательными свойствами. Они ковки и устойчивы даже при низких температурах, что делает идеальным их использование в сетях трубопроводов для транспортировки сжиженных газов.

Как работает вакуумная

изоляция?

Представьте себе макет типа «труба в трубе», где по внутренней трубе подаётся сжиженный газ. Вакуумная прослойка

между двумя трубами предотвращает какую бы то ни было потерю тепла в связи с отсутствием теплопроводности, так как воздух (являющийся проводником тепла) выкачан из пространства между внутренней и внешней трубами. Но речь идёт не о макете, а о промышленном применении. Здесь никельсодержащие нержавеющие стали используются в обеих трубах — внешней и внутренней, а также в дистанционирующих устройствах, клапанах и компенсаторных сильфонах, которые

позволяют охлаждающему оборудованию работать в широком спектре температур. ТВИ могут использоваться для транспортировки жидкого водорода, аргона, азота, кислорода, гелия и СПГ. У ТВИ существует множество преимуществ (в отличие от традиционной изоляции, использующей, например, пеноматериал). Во-первых, высокая эффективность охлаждения, которая удерживает эксплуатационные расходы на уровне более низком, чем уровень расходов при традиционных методах изоляции. Во-вторых, линии с вакуумной изоляцией занимают меньше места, чем трубопровод с обычной изоляцией. Система двойных стенок с вакуумной прослойкой предлагает такую высокую степень теплоизоляции, что она может сравниться только с применением множества слоёв пеноматериала, что сильно увеличивает внешний диаметр системы. К тому же, если правила безопасности диктуют необходимость применения системы с двойной защитной оболочкой, то именно это как раз и обеспечивает внешняя труба. Если бы во внутренней трубе случились протечки, то наличие двойной защитной оболочки уменьшило

Трубопровод с вакуумной изоляцией производится из двух концентрических труб, в основном исполненных в нержавеющей стали: внутренняя или технологическая труба, по которой транспортируется сжиженный газ, и внешняя труба или кожух, которая поддерживает в системе вакуум. Трубы разделены друг от друга радиальными опорами, сделанными из материалов с очень низкой теплопроводностью. ТВИ с системой труб из нержавеющей стали с двойными стенками может быть предварительно собран в заводских условиях, что позволяет сэкономить время и деньги.

ТВИ могут использоваться для транспортировки жидкого водорода, аргона, азота, кислорода, гелия и СПГ

бы риск. Трубопровод с изоляцией из пеноматериалов не предоставляет такой возможности обеспечить безопасность, а требует использования бетонной траншеи безопасности, что увеличивает затраты. ТВИ с системой труб из нержавеющей стали с двойными стенками может быть предварительно собран в заводских условиях. Использование традиционной изоляции требует сборки трубопровода в местах прокладки и особой осторожности в обращении с изоляционным слоем во избежание его повреждения. Это объясняет в два раза бóльшую скорость прокладки ТВИ по сравнению с прокладкой трубопровода с традиционной изоляцией. И, наконец, срок службы изоляции из пеноматериала составляет всего лишь десять лет, тогда как ожидается, что трубопровод с вакуумной изоляцией из нержавеющей стали должен прослужить, по крайней мере, лет двадцать. ТВИ — существенная часть систем загрузки и перегрузки СПГ

Речь идёт о процессе доставки СПГ (с берега, с наливного судна или из автоцистерн) на судно для использования в качестве топлива или передаче СПГ из

наземного хранения на морские суда (пакетная перегрузка) или автоцистерны (стандартные контейнеры, принятые Международной организацией по стандартизации ISO) для последующего использования СПГ при производстве электричества или в промышленности. Как в инфраструктуре загрузки СПГ, так и в инфраструктуре его перегрузки, трубопровод с вакуумной изоляцией соединяет источник СПГ с местом его назначения. Эта технология также позволяет проводить регазификацию сжиженного газа во время его передачи благодаря высокой эффективности изоляции.

Никель делает использование ТВИ возможным. Таков холодный расчёт!

вакуумной

промежутком или

Термос из нержавеющей стали с вакуум-герметизированными двойными стенками Использование никельсодержащей нержавеющей стали для вакуумной изоляции не ограничено только промышленным назначением. В походных термосах для питьевой воды фактически применяется тот же самый принцип. Вакуум-герметизированные бутылки тоже имеют двойные стенки (при этом, наличие двойных стенок необязательно означает наличие вакуумной герметизации). Термос из нержавеющей стали, герметизированный при помощи вакуума, имеет двойные стенки с промежутком между ними, который в отсутствие в нём каких бы то ни было молекул не передаёт тепло. Промежуток шириной всего 1 мм может изолировать продукты или питьё в вашем контейнере с едой.

Внутренняя труба: нержавеющая сталь марки 304

Вакуумный промежуток

Внешняя стенка: нержавеющая сталь марки 304

СУПЕРСПЛАВЫ НА ОСНОВЕ НИКЕЛЯ ЭНЕРГИЯ ДВИЖКА

Термин «суперсплав» был впервые использован в сороковых годах прошлого века для описания группы сплавов, разработанных для высокотемпературного оборудования, такого, например, как турбонагнетатели и авиамоторы. Суперсплавы — это металлические материалы, которые могут выдерживать экстремальные температуры, поскольку обладают микроструктурной стабильностью, сопротивляемостью к высокотемпературному оксидированию и, что самое важное, сопротивляемостью к ползучести при высоких температурах (удлинение при высоких температурах). Эти сплавы нашли самое широкое применение во многих деталях, используемых в высокотемпературных условиях, таких как выхлопные клапаны автомобилей, конструктивные детали топок, оборудование для высокотемпературной обработки, компоненты атомных электростанций, ракетные двигатели и, что следует отметить особо, в тепловых узлах газовых и турбореактивных турбинных двигателей, используемых для выработки электроэнергии или для полёта самолётов.

Суперсплавы могут производиться на основе железа, кобальта или никеля, но сплавы на основе никеля несравненно превалируют. Суперсплавы на основе никеля, как правило, состоят из более чем 50% никеля и около 20% хрома. Их прочность можно увеличить с помощью твёрдорастворного упрочнения, добавив такие химические элементы, как кобальт и молибден, или посредством дисперсионного твердения, при котором для производства сплавов с самым высоким сопротивлением ползучести добавляются алюминий и/или титан. Эти сплавы используются в критически важных деталях газовых турбин, таких как лопасти турбины и выхлопные сопла, где давление и тепло достигают экстремальных величин.

Эффективность турбинного топлива увеличена за счёт контролирования кристаллической структуры лопастей турбины, произведённых из суперсплава — сначала это достигается путём выращивания кристаллов в одном и том же продольном направлении, а затем с помощью изготовления лопасти единым кристаллом, что улучшает сопротивление ползучести, то есть сопротивление удлинению во время рабочего цикла. Кроме того, использование каналов охлаждения для снижения поверхностных температур металла и применение покрытий для снижения оксидации позволяет турбинам работать при ещё более высоких температурах.

Нас никогда не перестанет удивлять чудо полёта, ставшее возможным в том числе и благодаря прочности суперсплавов на никелевой основе.

Суперсплавы на основе никеля, как правило, состоят из более 50% никеля и около 20% хрома. Они используются там, где давление и тепло достигают экстремальных величин.

ЭНЕРГИЯ «ЗЕЛЁНОГО» ВОДОРОДА

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ НИКЕЛЬСОДЕРЖАЩЕЙ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ

СТАЛИ

Потенциал «зелёного» водорода как заменителя ископаемого топлива

почти бесконечен. Он будет вносить существенный вклад в достижение углеродной нейтральности. Никельсодержащая нержавеющая сталь является его устойчивым компаньоном на пути к будущему, в котором человек не будет воздействовать на климат.

Водород в 14 раз легче воздуха. Он не токсичен, не обладает цветом и запахом и сгорает полностью без остатка в бесцветном пламени. Он находится в газообразном состоянии при плюсовых температурах и при минусовых, вплоть до – 253 °C , но ниже этой температуры он превращается в жидкость. Это химически очень высокоактивный элемент, поэтому встречается в природе только в связанной форме — например, в молекуле водорода, или в молекуле воды (он связан с кислородом), или в метане (он связан с углеродом). Производство собственно водорода очень энергоёмко. Во всём мире ежегодно производится 30 млн тонн «серого» водорода из ископаемых видов топлива, таких как природный газ или нефть, в основном

при помощи парового реформинга. Это процесс конвертации воды и метана в водород и углекислый газ (CO2). С каждой тонной водорода вырабатывается 10 тонн CO2

ВОЗОБНОВЛЯЕМОЕ ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

ЭЛЕКТРОЛИЗ ВОЗОБНОВЛЯЕМЫЙ

Переход на «зелёный» водород

Более благоприятной для климата альтернативой является «зелёный» водород, производимый «нейтрально», с точки зрения климатического воздействия, из возобновлямых на 100% видов энергии. Самым распространённым процессом производства «зелёного» водорода является электролиз воды, когда водород отделяется от кислорода. Водород является важным сырьём химический и нефтехимической промышленности и используется для производства основных химических веществ, таких как «зелёный» аммиак или «зелёный» метанол. Более половины всего производимого водорода перерабатывается в аммиак для производства удобрений. Водород может использоваться и напрямую для отопления зданий, в промышленных печах и в топливных элементах, приводящих в движение электромоторы на транспорте. Он так привлекателен тем, что его единственным продуктом выброса является вода.

Особые свойства водорода предъявляют самые высокие требования к материалам, используемым для его получения, криогенного хранения, транспортировки, а также применяемым в работающем с ним оборудовании — в электролизёрах, компрессорах высокого давления, цистернах, клапанах, трубах и фитингах. Высокая диффузионная подвижность водорода требует от всех деталей высокой газонепроницаемости во избежание потерь и для уменьшения взрывоопасности и пожароопасности из-за его утечек. Прочность

и сопротивляемость

Атомы водорода могут проникать сквозь многие металлы (проницаемость) и

значительно нарушить их механические свойства. Даже при всего лишь миллионной доле концентрации водорода может произойти ухудшение качественных характеристик подверженного его воздействию материала, что приводит к образованию трещин и хрупкого излома, создавая неприемлемый риск нарушения безопасности. С другой стороны, детали, произведённые из никельсодержащей нержавеющей стали, благодаря своей микроструктуре оказывают постоянное сопротивление как проницаемости, так и ухудшению характеристик материала. Таким образом, они предотвращают постепенную утечку газа и защищают детали от охрупчивания, постоянно поддерживая высокую прочность, вязкость и гомогенность.

В деталях, контактирующих с водородом, стандартно используется аустенитная нержавеющая сталь марок 316L (UNS S31603) и 304L (S30403). Марки 317LMN (S31726), 2205 (S32205) и 2507 (S32750) испытываются и проверяются на использование в особенно критически важных областях применения. Стремясь к экологически устойчивому будущему, компании всего мира ищут пути и способы расширения производства, использования и транспортировки «зелёного» водорода. Многие марки нержавеющей стали будут играть ключевую роль в течение всего этого процесса — от его начала и до конца.

По материалам статьи Урсулы Херрлинг-Туш (Ursula Herrling-Tusch) от имени компании Warenzeichenverband Edelstahl Rostfrei e.V., https://www.wzv-rostfrei.de/

Цветомаркировка водорода

Водород является элементом, который преимущественно существует в молекулярных формах, таких как вода и органические соединения. Водород в газообразной форме может производиться на основе различных сырьевых источников или процессов. Для определения этих различных источников или процессов водород кодируется с помощью цветомаркировки. Самыми значительными являются: «Зелёный» водород производится посредством электролиза воды, в рамках которого для расщепления воды на водород и газообразный кислород используется возобновляемое электричество. Причина, по которой он назван «зелёным», состоит в том, что в результате производственного процесса не происходит выбросов углекислого газа.

«Серый», «коричневый» и «чёрный» водород получают из ископаемого топлива — природного газа, бурого угля и каменного угля соответственно. Однако всё вышеперечисленное в той или иной степени сопровождается эмиссией углекислого газа.

«Синий» водород получают из природного газа. Однако при этом углекислый газ улавливается и отправляется в подземные хранилища (секвестрация углерода). Поскольку выбросов углекислого газа не происходит, процесс производства «синего» водорода относится к категории углероднонейтральных.

«Розовый», «лиловый» и «красный» водород. Гипотетически водород может производиться с применением атомной энергии. «Розовый» водород производится посредством электролиза воды с использованием электроэнергии, полученной от атомной электростанции. «Лиловый»

водород производится с использованием атомной энергии и тепла посредством комбинированного химико-термального электролитического расщепления воды. «Красный» водород производится посредством высокотемпературного каталитического расщепления воды, при котором в качестве источника энергии используется атомная теплоэлектростанция.

СПРОСИ ЭКСПЕРТА

ПОПУЛЯРНЫЕ ВОПРОСЫ

НА САЙТЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ

ИНСТИТУТА НИКЕЛЯ

В

Гир Мо (Geir Moe), лицензированный инженер, является координатором Службы технической консультации Института никеля. Наряду с другими специалистами-материаловедами, находящимися в разных странах мира, Гир Мо помогает конечным пользователям и спецификаторам никельсодержащих материалов, заинтересованным в получении технической помощи. Для того, чтобы пользователи с уверенностью применяли никель, эта команда всегда готова бесплатно предоставлять технические консультации по широкому ряду тем, таких, например, как нержавеющие стали, никелевые сплавы и никелирование

В.: Каков максимум рекомендуемой скорости потока для труб из нержавеющей стали, используемых для поставки воды?

WWW.NICKELINSTITUTE.ORG

ПОДПИШИТЕСЬ бесплатно на журнал «Никель». При появлении нового выпуска на сайте вы будете получать уведомление по электронной почте www.nickelinstitute.org

ЧИТАЙТЕ журнал «Никель» онлайн на нескольких языках www.nickelinstitute.org/library/

ИЩИТЕ ПРЕДЫДУЩИЕ НОМЕРА журнала «Никель» в архиве онлайн, начиная с июля 2009 г. www.nickelinstitute.org/library/ СЛЕДИТЕ ЗА НОВОСТЯМИ О НАС в Твиттере Twitter @NickelInstitute ПРИСОЕДИНЯЙТЕСЬ к нам на сайте LinkedIn (ЛинкдИн) — зайдите на страничку Института никеля СМОТРИТЕ видеоролики о никеле на канале Института никеля на YouTube www.youtube.com/user/NickelInstitute

О.: Для никельсодержащей нержавеющей стали не существует рекомендаций в отношении предела скорости потока. В Табл. 1 приведены коэффициенты потери металла для различных металлов при скоростях до 8,2 м/с (27 фут/с), что показывает, что при самой высокой скорости марка 316L (S31603) обладает самым низким коэффициентом потери металла. Фактически эта потеря металла меньше той, что дана в определении сопротивляемости коррозии, при которой коэффициент потери металла

металла для различных метал-

равен или ниже 0,1 мм/год. Мы также отмечаем положительный эффект от увеличения доли никеля в никельсодержащих металлах, не являющихся нержавеющими сталями. Однако, доля никеля в марке 316L ниже, чем в других никельсодержащих материалах, но ей на пользу идёт наличие коррозиестойкого пассивного слоя. На практике нержавеющие стали 300-й серии тестировались на скорость потока до 40 м/с (125 фут/с), при этом увеличение потери металла не наблюдалось. (Табл. 2)

Таблица 1: Потеря металла в морской воде при разных скоростях потока

Потеря металла в мм/год при разных скоростях потока

Ni% 0.3 м/с (1 фут/с) 8.2 м/с

сплав)

сплав)

2: Верхний предел скорости для медноникелевых сплавов и нержавеющих сталей серии 300 в морской и питьевой воде

скорости м/с (фут/с)

вода Питьевая вода

Cu/Ni (медноникелевый сплав)

«НИКЕЛЬ» ОНЛАЙН

НОВЫЕ ПУБЛИКАЦИИ

Достаточно ли на Земле никеля? Отвечая коротко: «Да»! Когда мы говорим о наличии никеля, мы используем такие термины, как «ресурсы» и «резервы». Термин «ресурсы» описывает потенциально вероятные месторождения никелевой руды, которые всё ещё необходимо разведать в будущем. «Резервы» — это разведанные и оценённые месторождения никелевой руды, добыча которых экономически эффективна. Нам известно, что на сегодняшний день существует 95 млн тонн никелевых резервов, а также 350 млн тонн никелевых ресурсов на суше и 300 млн тонн потенциальных ресурсов

морского шельфа. Как к ресурсам, так и к резервам постоянно добавляются новые месторождения. Прибавим к этому около 40 млн тонн никеля, который в настоящее время находится в использовании и в конце концов поступит в повторный оборот. Можно с уверенностью сказать, что при нынешнем уровне производства в 2,7 млн тонн в год никеля хватит на нынешнее и будущие поколения. Институт никеля дополнил фактологический бюллетень о никелевых ресурсах и резервах новейшими данными. Его можно загрузить с сайта www.nickelinstitute.org

Справочник по никелированию

Институт никеля опубликовал второе издание популярного «Справочника по никелированию». Это 104-страничное бесплатное всеобъемлющее руководство

по нанесению гальванических покрытий было пересмотрено и дополнено специалистом в области гальванического

производства д-ром Уильямом Ло (Dr William Lo).

В «Справочнике по никелированию»

представлен обзор существующей

практики промышленного никелирования на основе фундаментальных основ электрохимии. В нём освещены такие вопросы, как состав электролита, требования к декоративным и промышленным

покрытиям, процедуры технического

тестирования, выявление и устранение неисправностей, практические рекомендации, минимизация отходов, а также даны советы по вопросам охраны труда и санитарного состояния окружающей среды при никелировании. В этом издании приведена новая информация о здоровье и безопасности и введен раздел о предупреждении выделения никеля из никелированных и легированных никелем изделий. «Справочник по никелированию» — это высококачественное руководство по нанесению гальванических покрытий. В нём представлены практические сведения для работы и управления процессами никелирования. Его можно загрузить с сайта www.nickelinstitute.org

МЕРЦАНИЕ САДА ЗА СТЕНОЙ

Это поражающее воображение грандиозное произведение искусства собрано из нержавеющей стали длиной 900 погонных метров, неоднородная перфорация которой напоминает лиственный узор. По задумке автора в ней должны отражаться увитые плющом стены и зелёные насаждения площадей, окружающих Театр Харви при Бруклинской академии музыки (Brooklyn Academy of Musicʼs (BAM) Harvey Theater).

собственные отражения в мириадах лиственных переплетений».

Ленты «листвы» — сложная конструкция и выдающееся достижение инженерного искусства — вырезаны с помощью лазера из листа нержавеющей стали сплава 316L (UNS S31603) 11-го калибра (3 мм) и отполированы с использованием неориентированной финишной обработки задней стороны № 4 и зеркальной полировки лицевой стороны № 7.

Создатель этого произведения, названного Paradise Parados («Ленивый рай»), лауреат многих наград Тересита Фернандез (Teresita Fernández), сотрудничала с расположенной в Бруклине студией Camber Studio. Её выбор пал на отполированную до зеркального блеска нержавеющую сталь, изготовленную в виде разнообразных переплетающихся слоёв. Художница задумала создание целостной эмоциональной среды многонаправленного восприятия с эффектом погружения, когда зрители находятся в «окружении предмета искусства, прогуливаются под ним и видят

В Camber Studio на основе первоначальных набросков художницы была разработана подробная цифровая модель, систематизировавшая геометрию художественного произведения, чтобы ограничить количество уникальных деталей и при этом сохранить его органику. Студия сотрудничала с лицензированными инженерами «для анализа геометрии произведения при расчёте его прочностных характеристик и разработке узлов крепления — как для соединения внутри узора плетения, так и для крепления к каменным стенам».

С момента открытия в 2022 году инсталляция не только постоянно вызывает неослабевающий интерес, но и получила почётное признание, в том числе и награду Комиссии в области проектирования общественных зданий г. Нью-Йорка «За высокий уровень дизайна».