«НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г.

НИКЕЛЬ ЖУРНАЛ

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г.

Транспорт: никель в движении

Быстрое развитие железных дорог в Индии

Никелевые катализаторы в декарбонизации

Экологически безопасные виды судового топлива

ПРИМЕР ИЗ ПРАКТИКИ № 28 МОСТ НАД УОЛБЕРТ НАЛЛА

Более 440 мостов связывают узкий полуостров Мумбаи (Бомбея) с материком, облегчая взаимодействие 12,5 млн его жителей. Эстакада Мриналтай Гор — крупный проект развития инфраструктуры, целью которого является снижение перегруженности дорожного движения в самом густонаселённом городе Индии. Реализация проекта разбита на несколько этапов. Недавно была проведена достройка эстакады моста над Уолберт Налла в районном центре Ошивара, что должно удовлетворить долгосрочные потребности этого быстроразвивающегося предместья. Автором проекта, завершённого в 2022 г., была корпорация Brihanmumbai Municipal Corporation (BMC).

нержавеющей стали марки 2205 (UNS S32205), поставленной компанией Jindal Stainless. Эта марка была выбрана

Местонахождение: районный центр Ошивара, Мумбаи (Бомбей)

Автор проекта: корпорация Brihanmumbai Municipal Corporation (BMC)

Поставщик: компания Jindal Stainless Вес нержавеющей стали: 450 метрических тонн Марка: дуплексная 2205 (UNS S32205)

Цель проекта — возведение нового моста, который смог бы десятилетиями выдерживать экстремальные условия, создаваемые сочетанием погодных катаклизмов, морской воды и текущих под ним сточных вод. Новый мост потребовал использования материала, обладающего высокими показателями коррозиестойкости и прочности. Для такой сложной задачи идеально подошла нержавеющая сталь.

Все фермы и конструкционные детали произведены из дуплексной

из-за высокого показателя прочности и превосходной коррозиестойкости, обеспечиваемой наличием в её составе никеля и молибдена.

Выбор никельсодержащей нержавеющей стали позволяет добиться простоты технического обслуживания моста на протяжении всего срока его эксплуатации. Это гарантирует экономическую

эффективность и снижает общий объём его углеродного следа. В фермах и деталях конструкции моста использовано в общей сложности 450 метрических тонн нержавеющей стали.

КОЛОНКА РЕДАКТОРА: НИКЕЛЬ В ДВИЖЕНИИ

Искусственный интеллект, возможно, помог бы написать эту статью. Вероятно, такое применение ChatGPT, революционной технологии, ставшей несколько месяцев назад доступной широким массам населения, не представляет собой большого риска. Но насколько безошибочным будет совет искусственного интеллекта (ИИ), когда речь пойдёт о его использовании в критических ситуациях? Если вы только начинаете обращаться за ответами к ИИ, прочтите нашу статью на стр. 14 «Спроси эксперта». В ней вы найдёте практические рекомендации, как корректнее использовать новейшие технологии для выбора материалов.

40 АКРОВ

100 АКРОВ РАСШИРЕНИЕ ФАБРИКИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ДВУХКОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ АККУМУЛЯТОРНЫЙ ЗАВОД

Миллионы

120 100 80 60 40 20 0

ЧИСЛО МОТОРИЗОВАННЫХ ДВУХКОЛЁСНЫХ 264 253 239 223 205 187 169 149 137 2050 2045 2040 2035 2030 2025 2020 2015 2010

Выбор подходящих материалов для правильного выполнения работы — важнейший принцип достижения устойчивого развития транспортных систем. В этом выпуске журнала «Никель» мы рассматриваем многосторонний вклад нашего любимого металла в транспортные решения, мы показываем, как он помогает людям и товарам добираться из пункта А в пункт Б по возможности самым экологичным способом с наименьшими углеродными выбросами. Жизненно важная роль никеля не всегда очевидна. Тем не менее именно никель обеспечивает износостойкость и выносливость транспортной инфраструктуры, содействуя её более долгому сроку службы, и экономит драгоценные ресурсы. В этом номере мы также показываем, как никель расширяет функциональные возможности устройств и материалов, имеющих отношение к сфере транспорта, таких как аккумуляторные батареи для электрических транспортных средств и катализаторы, используемые в производстве возобновляемых видов топлива. Индия является великолепным примером региона, где никель обеспечивает бесперебойное движение. Читайте ниже о том, как никель в поездах, самокатах и мостах помогает мобильности колоссального населения этой огромной страны.

Хотя роль никеля в нашей повседневной жизни и многообразна, его часто не замечают. В новой серии «Почему никель?» наши эксперты рассказывают о том, что обеспечивает никель, и делают это так, чтобы люди, незнакомые с этим удивительным химическим элементом, нашли эту информацию легкодоступной. Поделитесь ею с окружающей вас молодёжью: это — результат работы неискусственного интеллекта! Клэр Ричардсон Редактор журнала «Никель»

Компания Ola, ведущий индийский производитель моторизованных самокатов, представила решение, которое поможет перевести самое популярное в этой стране транспортное средство с двигателя, работающего на бензине, на электрический. Читайте об аккумуляторной батарее NMC на стр. 16, а также о гигафабрике, которая даст дополнительный импульс преобразованиям, призванным противостоять изменениям климата.

02

Пример из практики № 28

Мост над Уолберт Налла

03

04

06

Колонка редактора

Никель в движении

Никель. Занимательные факты

Вперёд на полной скорости Быстрое развитие железных

дорог в Индии

10 Никелевые катализаторы

в декарбонизации

12 Экологически безопасное

судовое топливо Сила продвижения

13 Никелевые сплавы 100 лет сплавам семейства «В»

14 Технические вопросы и ответы

15 Почему никель?

15 Выдержки из Универсальной

системы обозначений металлов и сплавов

16 Электросамокат Ola Mission electric, Индия

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: Парул Чхабра (Parul Chhabra), Гари Коутс (Gary Coates), Стив Дойч (Steve Deutsch), Рохит Кумар (Rohit Kumar), Ричард Матесон (Richard Matheson),

Гир Мо (Geir Moe), Ким Оукс (Kim Oakes), Йюрг Швейцер (Juerg Schweizer), 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: iStock©Dinesh Hukmani

стр. 8. iStock©Dinesh Hukmani, стр. 12. iStock© tawatchaiprakobkit

стр. 12. iStock© Vectorian, стр. 13. iStock©RYiosha

виток

Разжиженный

концентрат 1 (загрузка)

Органические соединения (челнок)

Разжиженный

концентрат 2 (акцептор)

Исследовательская группа южнокорейского Института фундаментальных наук (Institute for Basic Science (IBS)) разработала новый метод возврата в эксплуатацию ценных металлов, таких как литий, никель и кобальт, из отработанных литий-ионных аккумуляторных батарей. Обработка сложных комбинаций металлов происходит в одной камере горизонтально вращающегося реактора. В отличие от других реакторов, использующих мембраны, в этом разные жидкости можно подвергнуть активному размешиванию, не образуя при этом единой смеси. С помощью данного процесса сепарация металлов происходит в течение нескольких минут. Исследование показало, что с помощью концентрического жидкостного реактора можно эффективнее извлекать ценные металлы из отработанных аккумуляторов, при этом применяя меньше экстрагирующих агентов, чем то требуется в рамках используемых сейчас методов. К тому же этот процесс годится для эксплуатации в более широком спектре условий.

Блистательная находка

Исследовательская группа из Кембриджского университета в Великобритании совместно с коллегами из Австрии обнаружила новую возможную замену магнитам из редкоземельных металлов: это — тетратенит, «космический магнит», на естественное образование которого в метеоритах уходят миллионы лет. Профессор Линдзи Грир (Lindsay Greer) объяснил: «Синтетический тетратенит обладает потенциалом постоянных магнитов, в составе которых нет редкоземельных металлов. Произведённый из таких химических элементов, как никель, железо и фосфор, имеющихся в изобилии в земной коре, он позволяет отказаться от извлечения огромного количества породы из земных недр ради получения небольшого объёма редкоземельных металлов. Благодаря добавлению фосфора на производство тетратенита уходят буквально секунды». Это могло бы сыграть важную роль в низкоуглеродных технологиях, таких как производство высокоэффективных постоянных магнитов, используемых в электромобилях.

Пятый слой

Группа исследователей Австралийского национального университета (Australian National University (ANU)) обнаружила свидетельство того, что у планеты Земля есть пятый слой — твёрдый шар из железоникелевого сплава во внутреннем ядре. Учёные нашли скрытое ядро, изучая сейсмические волны, которые до пяти раз проходят по диаметру Земли: в предыдущих исследованиях рассматривались только однократные отражения. Волны от землетрясений докатываются до земного ядра под такими углами, которые предполагают наличие глубоко в центре иной кристаллической структуры. Данные результатов исследований, опубликованные в журнале Nature Communications, говорят о том, что зондирование центра Земли критически важно для понимания формирования и эволюции планеты. Учёные Австралийского национального университета считают, что наличие плотного ядра, наиболее близкого к центру Земли, помогло бы объяснить формирование магнитного поля Земли.

Старт нового

сплава

Группа

рационализаторов из НАСА и Университета штата Огайо продемонстрировала качественный прорыв — новый сплав для объёмной печати в экстремальных условиях. Названный GRX-810, он состоит из никеля, кобальта и хрома. С его помощью можно создать более прочные и долговечные детали для самолётных и космических двигателей. GRX-810, нанодиапазонный дисперсноупрочнённый оксидами сплав, может выдержать температуры, превышающие 1,080 °C (2,000 °F). Мельчайшие частички, содержащие атомы кислорода, пронизывают весь сплав, увеличивая его прочность и способность выдерживать более суровые условия, пока не достигнута точка разлома. «Создание этого нового сплава — значительный успех», — сообщил Дейл Хопкинс (Dale Hopkins), заместитель руководителя проекта НАСА «Качественно новые инструменты и технологии».

ВПЕРЁД НА ПОЛНОЙ СКОРОСТИ

НИКЕЛЬ В БЫСТРОРАСТУЩЕЙ

ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СЕТИ ИНДИИ

Железные дороги

22 млн пассажиров ежедневно

3,5 млн тонн грузов ежедневно

Никельсодержащие нержавеющие стали обеспечивают несравненные преимущества в области прочности, долговечности, энергоэффективности и пониженных требований к эксплуатационному обслуживанию.

От метрополитена до магистральных железных дорог — Индийские железные дороги (Indian Railways (IR)) являются одной из самых крупных в мире железнодорожных сетей с единым центром управления Они ежедневно перевозят 22 млн пассажиров и около 3,5 млн тонн грузов. Это предприятие считается одним из самых больших в мире коммерческих работодателей с более 1,6 млн наёмных работников. Железнодорожный сектор Индии быстро развивается, стремясь соответствовать переменам, вызванным ростом населения, урбанизацией и индустриализацией. Его цель — создание эффективной и всеохватывающей железнодорожной сети с высокоскоростным транспортом. Амбициозные задачи, стоящие перед индийской железнодорожной инфраструктурой, требуют осмотрительного инвестирования, обеспечивающего её долговечность. Именно здесь никельсодержащие стали и играют жизненно важную роль. Модернизация индийской железнодорожной системы — как метрополитена, так и магистральных железных дорог — включает в себя многие аспекты. Это и увеличение скоростей транспортировки пассажиров и грузов, и электрификация всей сети, и быстрое разрастание железнодорожных путей в городах и между ними. Такой монументальный сдвиг требует использования инновационных технологий в области железнодорожного дела и беспрецедентного масштаба строительства новых станций и платформ.

В главных городах растут системы метрополитена Метрополитен, впервые в Индии открытый в Дели всего в 2002 г., теперь стал привычным явлением почти во всех главных городах страны В одних он уже эксплуатируется, в других пока ещё находится на разных этапах строительства. В системе метро широко используются неокрашенные

аустенитные нержавеющие стали, при этом почти 100% всех вагонов метро произведены из никельсодержащей нержавеющей стали. Вес конструкций из этих материалов облегчён, они прочны и исключительно долговечны и устойчивы к внешним воздействиям. На каждый вагон метро уходит почти 8 тонн нержавеющей стали марки 301LN (UNS S30153) Её характеристики устойчивости к деформации в холодном состоянии колеблются от 345 до 690 Мпа (от 50 до 100 кфунт/кв. дюйм). Среди её преимуществ — сниженный вес, повышенная энергоэффективность, отсутствие необходимости окраски и значительное сокращение эксплуатационных расходов

На данный момент в эксплуатации находится уже более 3 тыс. вагонов метро, а в ближайшие 3 — 5 лет к этому числу добавится ещё 3 тыс. вагонов. Для удовлетворения спроса на вагоны метро уже введены в строй три завода по их производству, строительство двух

других находится на завершающей стадии, а ещё два завода — на стадии проектирования. Благодаря этим заводам Индия может стать всемирным центром по производству вагонов метро. Нержавеющая сталь на каждой станции В настоящее время в сети индийского метрополитена функционирует 660 станций, 228 находятся на стадии строительства, а 213 — на этапе проектирования. В дополнение к этому в ближайшем

будущем планируется построить

ещё 500 станций. Учитывая тот факт, что системы метро интенсивно

загружены в дневное время, эксплуатационное обслуживание инфраструктуры, особенно станций,

становится дорогостоящей и сложной задачей. Для снижения потребности в техническом обслуживании и увеличения эксплуатационной надёжности и срока эксплуатации настоятельно рекомендуется использовать никельсодержащую нержавеющую сталь в рельсах, облицовке, перонных навесах, счётных механизмах, вывесках-указателях и многих других служебных приборах. В тендерах на все эти устройства оговаривается использование нержавеющей стали марки 304 (S30400).

На сегодняшний день для станций метро, завершённых или находящихся в процессе строительства, потребовалось 30 тыс. тонн нержавеющей стали.

Продолжающееся строительство новых систем метрополитена быстрыми темпами трансформирует более двадцати индийских городов. Сейчас они могут похвастаться действующей сетью линий метрополитена протяжённостью более 840 км., 480-ю километрами строящихся линий и одобренными планами на прокладку ещё 375 км метрополитена. Более того, уже рассматриваются планы будущего строительства маршрутов протяжённостью около 1060 км.

МЕТРО

8 тонн нержавеющей стали марки 301LN на вагон

3 тыс. действующих вагонов метро из нержавеющей стали

3 тыс. новых вагонов метро из нержавеющей стали в течение следующих 3-5 лет

840 км действующих линий метро

480 км строящихся линий метро 375 км предлагаемых линий метро

660 действующих станций

228 строящихся станций

213 запланированных станций

60 тыс. действующих

железнодорожных вагонов

7 тыс. железнодорожных

вагонов в производстве

7800 новых

железнодорожных вагонов

в 2024 г.

ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ

29 000 тонн

никельсодержащей

нержавеющей стали 304-й серии ежегодно

3 600 тонн

никельсодержащей стали серии 316L для производства внутривагонного оборудования

8 000 действующих

железнодорожных станций

100 железнодорожных

станций, уже проходящих реконструкцию

1 275 железнодорожных станций, планируемых к реконструкции

Ni

Начало массового производства поездов для магистральных железных дорог Магистральные поезда являются

критически важным сектором индийского железнодорожного

транспорта, осуществляющим перевозку пассажиров и грузов

между регионами В этой сети задействовано более 60 тыс.

железнодорожных вагонов

Начиная с 2018 г., для производства

всех железнодорожных вагонов

Индийских железных дорог, в том числе магистральных и

скорых поездов, применяется исключительно нержавеющая сталь. Все детали, подверженные

коррозии, такие как крыша, лотковый настил, внутренняя отделка туалетов, автоклавы биотуалетов, цистерны для хранения

воды и межвагонные переходы, производятся из никельсодержащих аустенитных марок нержавеющей

стали. В боковых и концевых панелях используются нержавеющие стали общего назначения, окрашенные в соответствии с требованиями категории вагона. Недавно предприятие «Индийские

железные дороги» анонсировало ежегодную программу производства вагонов, планируя рост спроса на нержавеющую сталь. В этом

году в производстве находится в общей сложности 7 тыс. вагонов.

На следующий год запланировано

7800. На это потребуется 29 тыс. тонн никельсодержащей нержавеющей

стали марки 304 Кроме того, на разное внутривагонное оборудование, такое как цистерны биореакторов, пойдёт 3600 тонн нержавеющей стали марки 316L (S31603).

Поскольку создаются новые проекты вагонов и государственные заказчики стали уделять внимание снижению их веса, рассматривается применение дрессированных никельсодержащих аустенитных нержавеющих сталей в боковых стенках вагонов. Это приведёт к росту доли именно этих вагонов на рынке в течение следующих двух лет.

Планы крупномасштабной реконструкции В Индии насчитывается около 8 тыс. железнодорожных станций, для которых был разработан план обширной приоритетной реконструкции. Около 100 станций реконструируются как самоокупающиеся коммерческие венчурные предприятия с инвестициями в недвижимость. Следует отметить, что главные железнодорожные станции в Дели, Ахмедабаде и Мумбаи (Бомбее) реконструируются на основе инвестиций на общую сумму свыше 1,25 млрд долларов США. Объёмные работы ведутся и на пяти других значимых станциях. В этих крупномасштабных государственных проектах никельсодержащие стали прописаны как предпочтительный материал для фасадов, рельсов и различных элементов гигиены из-за их коррозиестойкости, долговечности, простоты изготовления и низкой или минимальной потребности в ремонте и техническом обслуживании.

В начале этого года предприятие «Индийские железные дороги» обнародовало схему реконструкции железнодорожных станций Amrit Bharat Station Scheme. В ней перечислены 1275 станций страны, которым предстоит реконструкция с бюджетным финансированием в следующем фискальном году в размере 30 млрд долл. США. Ожидается, что никельсодержащая нержавеющая сталь будет играть ведущую роль в этом проекте Это гарантирует, что жизненно важная для Индии железнодорожная сеть будет и впредь предлагать экологически рациональные решения проблем, вызванных урбанизацией и индустриализацией самой многолюдной страны в мире. По мере развёртывания железнодорожной инфраструктуры Индии растёт значимость внедрения никельсодержащих материалов. Они обеспечивают долгосрочное устойчивое развитие и успех работы железнодорожной сети, поддерживают экономический рост страны и отвечают требованиям растущего населения.

Использование никеля в железнодорожном секторе Индии критически необходимо для его превращения в эффективную и безотказную сеть, которая будет обслуживать страну в течение многих десятилетий.

Электролизёры

Электролизёр с анионообменной мембраной (AEM)

Водно-щелочной электролизёр (AWE)

Полимерный электролитический мембранный электролизёр / электролизёр с протонообменной мембраной (PEM) Твёрдооксидный электролизёр (SOEC)

Катализаторы на основе никеля — ключ к энергообеспечени ю перевозки людей и товаров , будь то по суше, морю или воздуху. Они играют важную роль не только в производстве биодизельного топлива, возобновляемого дизельного топлива и экологичного авиационного топлива, но и используются в электролизёрах для разложения воды в процессе производства водорода. Затем водород можно напрямую сжигать это применяется в топливных элементах или в гидрировании прочих возобновляемых видов топлива, — либо преобразовывать в другое топливо, такое, например, как метанол или аммиак Водород можно также использовать для безуглеродного производства других химических веществ или для выплавки стали из железной руды.

Развёрнутый вид электролизёра AWE В электролизёрах AWE никель используется и в аноде, и в катоде, и в составляющих поля потока.

Электролизёры

и топливные элементы Электролизёры расщепляют воду на кислород и водород. Топливный элемент — это электролизёр наоборот: он соединяет кислород и водород, образуя воду и производя электричество. Водород, произведённый с применением возобновляемой энергетики, называется «зелёным». Международное энергетическое агентство (International Energy Agency) предсказывает активный рост спроса на такой водород в течение следующих 25 лет. На сегодняшний день существует четыре типа электролизёров: полимерный электролитический мембранный (известный также как электролизёр с протонообменной мембраной (protonexchange membrane, PEM)), воднощелочной (alkaline water electrolyser

(AWE)), с анионообменной мембраной (anion exchange membrane (AEM)) и

твёрдооксидный электролизёр (solid-oxide electrolyser cell (SOEC)). Хотя электролизёры PEM являются самыми эффективными, в них в качестве электрокатализаторов используются платина и иридий, тогда как в остальных трёх технологиях применяются электрокатализаторы на основе никеля. Среди никельсодержащих типов катализаторов самыми передовыми в коммерческом отношении являются водно-щелочные электролизёры AWE. В них никель используется и в аноде, и в катоде, и в составляющих поля потока электролизёра. Поле потока состоит из широкоячеистой никелевой сетки, сквозь которую легко проникают электролит и выделяющиеся газы. Анод — это, как правило, особым

Сепаратор Анод

НИКЕЛЕВЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ МНОГИЕ СПОСОБЫ ДЕКАРБОНИЗАЦИИ ТРАНСПОРТА

Катод

Уплотнитель Поле потока

образом

спроектированная никелевая

сетка из спечённых волокон, катодом же является похожая никелевая волоконная сетка, покрытая катализатором. Состав этих катализаторов варьируется от поставщика к поставщику и защищён патентом, хотя обычно используется NiFeOx. Разные катализаторы:

аргументы за и против

Относительно низкие капитальные затраты на водно-щелочные электролизёры AWE

привели к росту их использования, но

для сведѐния к минимуму себестоимости

продукции и удовлетворения спроса на возобновляемое электричество вводятся электролизёры с анионообменной

мембраной AEM и твёрдооксидные SOEC. При использовании одинаковых материалов преимуществом AEM по сравнению

с AWE является более высокий КПД по электричеству, поэтому AEM часто считают промежуточными между AWE и электролизёрами с протонообменной мембраной PEM. В электролизёрах AEM так же, как и в AWE, используются никелевые сети для контроля потока и подвода тока; они тоже используют никелевые катализаторы. В отличие от относительно простых катализаторов, применяемых в AWE, конструкция катализаторов AEM, как правило, более сложна. Предлагаемые высокопроизводительные анодные катализаторы включают ферроникелевые (NiFe) слоистые двойные гидроксиды,

нанесённые на углеродную бумагу, и сплавы NiCoSe (никель-кобальт-селен) поверх пеноникеля. Катодными катализаторами, как правило, являются ферроникелевые (NiFe) и никель-кобальт овые сплавы (NiCo) поверх никелевой сетки Электролизёры SOEC работают при очень высоких температурах (выше 600 °C). Они высокоэффективны, а их тепловые сбросы можно использовать в промышленном производстве. В этих электролизёрах электрокатализатор, которым зачастую являются частички металлического никеля, нанесён прямо на электролит, представляющий собой оксид металла, который при высоких рабочих температурах приобретает способность проводить ионы.

Незаменимый никель Здесь приведены лишь некоторые примеры той незаменимой роли, которую катализаторы и прочие использующие никель компоненты будут играть в безуглеродном будущем. Относительно низкая стоимость никеля, его инертность по отношению к едким веществам и особенность функционирования в электролизёрах делают его незаменимой частью этих нарождающихся технологий.

В 2023 г. первый в Северной Америке пассажирский поезд, работающий на водороде, стал курсировать на трассе между канадскими городами Квебек-Сити — Бэ-Сен-Поль.

КУРС НА РАЗВИТИЕ

ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ВИДОВ

СУДОВОГО ТОПЛИВА

Никельсодержащие нержавеющие стали являются неотъемлемой частью производства экологически безопасного судового топлива.

Водород

Аммиак Метанол

C = углерод О = кислород

H = водород N = азот

Целью Международной организации по мореплаванию (International Maritime Organization (IMO)) является снижение к 2050 г. общего количества выбросов парниковых газов по крайней мере на 50%, поэтому в выбираемых для этого технологиях никельсодержащие стали будут играть решающую роль. Чтобы достичь этой цели, судостроение и судоходство нуждаются в низкоуглеродных, углеродно-нейтральных и безуглеродных видах топлива. Тремя лучшими кандидатами являются водород, аммиак и метанол. Легче всего работать с метанолом, так как при комнатной температуре он является жидкостью, тогда как аммиак и водород переходят в жидкое состояние при температурах -33 °C и -253 °C соответственно. Водород Водород можно использовать как топливо при сгорании или при генерировании электричества с помощью топливного элемента. Однако хранение жидкого водорода при температуре -253 °C — задача сложная; его низкая удельная энергия на единицу объёма требует цистерн, объём которых больше, чем потребовалось бы для метанола и аммиака. Использование водорода в качестве топлива могло бы стать практически реализуемым, если бы было можно построить специализированные морские танкеры, в которых перевозимый как груз водород можно было бы использовать и в качестве топлива для самого судна.

В настоящее время водород производится путём конверсии природного газа водяным паром (паровой реформинг).

Чтобы такое производство было углеродно-нейтральным или безуглеродным, необходимо проводить электролиз воды, используя возобновляемую или атомную энергию, либо же применять паровой реформинг, включив в производственный цикл улавливание углерода. Специфические свойства водорода предъявляют высокие требования к материалам. Например, никельсодержащая нержавеющая сталь устойчива к водородной инфильтрации и происходящему в результате этого постепенному ухудшению свойств материала, а для хранения водорода при температуре253 °C необходима изломостойкость, которой обладает никельсодержащая нержавеющая сталь при экстремальных криогенных температурах.

Аммиак

Аммиак вызывает сейчас огромный интерес. Хотя он и является высокотоксичным веществом, имеется давно наработанный опыт обращения с ним при производстве азотных удобрений. Проекты японской компании NYK and Viking Energy, планирующие использование аммиака вместо СПГ, включают замену двигателей внутреннего сгорания на действующих грузовых буксирных судах обеспечения морских платформ на топливные элементы, работающие на аммиаке. Промышленное получение аммиака осуществляется с помощью процесса Габера-Боша, в котором атмосферный азот связывается с водородом в присутствии металлического катализатора при высоких температурах и давлении. Никельсодержащая нержавеющая сталь незаменима на нескольких этапах этого процесса. Метанол Метанол в настоящее время применяется в качестве судового топлива, но он относится к углеродным видам топлива, производимым из природного газа. Хотя углеродно-нейтральный метанол можно получать из биомассы, существуют и технологии производства метанола с помощью синтеза углекислого газа и водорода. Разработки продолжаются, при этом никельсодержащие нержавеющие стали остаются неотъемлемой частью производства экологичного судового топлива, призванного снизить выбросы парниковых газов.

«В» (NI-MO)

До повсеместного внедрения «рабочей лошадки»

никелевых сплавов семейства «С» (Ni-Cr-Mo) — в начале 1930-х годов велась активная работа над составами никельмолибденовых сплавов. В результате в 1921 г. был выдан патент на ряд композиций никельмолибденового сплава, что в конце концов привело в 1923 г. к появлению сплава «В» (Ni-Mo) с содержанием никеля в 60% и молибдена — около 30%.

Сплавы семейства «В» обладают исключительной устойчивостью к воздействию восстанавливающих кислот, таких как соляная, серная, уксусная и фосфорная. К сожалению, сплавы этого семейства характеризует плохая коррозиестойкость в окислительной

среде. Поэтому их не рекомендуется применять в окислительной среде или в присутствии солей железа или меди, которые могут вызвать быстрое преждевременное разрушение от коррозии. Эти соли образуются при контакте соляной кислоты с железом и медью.

До Второй мировой войны сплав «В» применялся в лопастях турбин центробежного нагнетателя в самолётных двигателях для повышения их характеристик и увеличения мощности. Со временем в этой аппаратуре он был заменён другими суперсплавами.

Сплав «В-2», разработанный в

of the B-family alloys

1970-х годах, был модификацией первоначальной композиции сплава «В». В нём снижено содержание кремния и углерода для улучшения жаропрочности и повышения стойкости к образованию карбидов по границам зёрен. Такое улучшение коррозиестойкости имело особую практическую значимость для зон теплового воздействия после сварки. Более того, чтобы ещё больше улучшить жаропрочность, технологические свойства и устойчивость к трещинообразованию от коррозии

под напряжением, этот состав был оптимизирован, что привело к созданию сплава «В-3»

Коррозиестойкость к восстанавливающим кислотам обеспечивается главным образом молибденом, но именно никелевая основа обеспечивает сплав, который можно легко формовать и сваривать в процессе производства промышленного оборудования

Сплавы семейства «В» главным образом используются в солянокислых и сернокислых средах, а также в уксусной, фосфорной и муравьиной кислотах. Они применяются в химических реакторах, теплообменниках, клапанах, насосах и трубопроводах.

СТОЛЕТНИЙ ЮБИЛЕЙ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ СЕМЕЙСТВА

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

СПРОСИ ЭКСПЕРТА

ПОПУЛЯРНЫЕ ВОПРОСЫ НА САЙТЕ ТЕХНИЧЕСКИХ

РЕКОМЕНДАЦИЙ ИНСТИТУТА НИКЕЛЯ

О В

В.: Можно ли с уверенностью доверять ответам о свойствах и правильном применении никельсодержащих материалов, сгенерированным искусственным интеллектом, таким как ChatGPT?

О.: ChatGPT представляет собой большую языковую модель (система искусственного интеллекта (ИИ), обученная распознавать и генерировать текст), разработанную компанией OpenAI. Она обучалась на базе нескольких массивов данных, большинство из которых находятся в интернете. Однако обучение искусственного интеллекта не проходит под наблюдением человека — обучение под человеческим наблюдением потребовало бы методической помощи специалистов профильных направлений, что было бы баснословно дорого и заняло бы много времени. ИИ генерирует свой ответ, предсказывая каждое последующее слово в предложении, основываясь на вероятности его появления. Поскольку результаты основаны только на вероятности, ИИ не может дать ссылку на источник информации в своём ответе. Таким образом в конечном

итоге качество ответа зависит от качества информации, полученной во время обучения.

Бесплатный доступ к бóльшей части

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

информации о никельсодержащих материалах ограничен. Огромные количества данных находятся в публикациях, не доступных в электронной форме, или известны только экспертам в соответствующей области. Публикации Института никеля существуют в электронном виде и, таким образом, допускают возможность автоматического поиска. Однако, насколько нам известно, в массивы данных, использовавшиеся для обучения ChatGPT, они включены не были. Эти публикации находятся в бесплатном доступе на нашем сайте: nickelinstitute.org.

Мы протестировали систему ChatGPT, используя серию простых вопросов, и некоторые её ответы нас впечатлили. Однако во всех случаях мы обнаружили ошибки. Даже сама компания OpenAI допускает, что ответы иногда могут вводить в заблуждение и быть неточными. Итак, ответы ИИ могут быть полезны и подсказать, на чём следует сосредоточить поиск информации, но на них нельзя полагаться как на истину в последней инстанции.

ЖУРНАЛ

«НИКЕЛЬ»

ОНЛАЙН

Никель можно обнаружить везде — от нанонитей до нержавеющих сталей.

Но каковы свойства никеля, которые делают его неотъемлемой частью предметов, использующихся в нашей каждодневной жизни?

ПОЧЕМУ НИКЕЛЬ?

НИКЕЛЬ В НАГРЕВАТЕЛЬНЫХ ЭЛЕМЕНТАХ ТОСТЕРА У ВАС НА СТОЛЕ

Обычный тостер

В странах, где хлеб является каждодневной

едой и буханки часто продают уже нарезанными ломтями, на кухнях большинства

семей можно обнаружить электрические тостеры. В тостере хлеб нагревается, образуя золотисто-коричневую хрустящую корочку, меняющую и его текстуру, и вкус. НО КАК ТОСТЕР РАБОТАЕТ?

Тепло поступает от проволоки небольшого диаметра, по которой бежит электрический ток. Её высокое сопротивление прохождению тока вызывает красное свечение, но само тепло вызвано инфракрасными волнами, которые мы воспринимаем как тепло, но которые мы не можем увидеть.

Эта проволока сделана из сплава, чаще всего называемого нихромом. Он содержит около 80% никеля и 20% хрома. Во время работы проволока сильно нагревается — до 620 °C (1150 °F). Однако воздух вокруг хлеба прогревается только до температуры 150 °C (300 °F), хотя он всё-таки достаточно горяч, чтобы обжечь вам пальцы.

Почему никель?

Никель в нихроме необходим для предотвращения охрупчивания проволоки в результате многоразового нагревания и охлаждения. Сочетание никеля и хрома обеспечивает высокое удельное электрическое сопротивление, необходимое для быстрого нагрева проволоки и поддержания тепла. Хром способствует сопротивлению проволоки вступлению в реакцию с кислородом воздуха, чтобы она со временем не истоньшалась.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ (весовой в %) сплавов и нержавеющих сталей, упомянутых в данном выпуске журнала «Никель»

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

ИНДИЯ ПЕРЕХОДИТ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ТЯГУ

Как говорят в компании, «Ola Electric посвятит себя воплощению миссии создания мобильных транспортных средств для миллиарда человек». Она назвала эту миссию ʻMission Electricʼ (Миссия — электрические транспортные средства). Компания намерена делать всё возможное, чтобы после 2025 г. в Индии больше не продавалось ни одного самоката, работающего на бензиновом двигателе. Массовый переход на электрические самокаты окажет значительное положительное влияние на решение климатического кризиса.

Это самый популярный и удобный способ личного передвижения в стране: на него приходится более 80% всех транспортных средств на дорогах. Правительственные субсидии стимулировали переход с ископаемых видов топлива на электричество, и теперь по загруженным дорогам Индии ездит более 1,3 млн двухколёсных транспортных средств на электрической тяге. Это составляет всего лишь 4,6% общего объёма транспортных средств при амбициозной цели в 80%, которую необходимо достичь в течение следующих семи лет. Целью одного из ведущих производителей электрических самокатов, компании Ola Electric, является экспоненциальный рост электросамокатов. Согласно Бхавешу Аггарвалу (Bhavesh Aggarwal), основателю и руководителю компании Ola Electric, «аккумуляторная батарея — это сердце электромобильной революции. Компания Ola Electric строит самый передовой в мире исследовательский

центр в области аккумуляторных батарей, который позволит нам быстрее расти, внедрять технические новшества и быстро создать самую передовую электромобильную продукцию в мире».

В июле 2022 г. компания Ola Electric представила первую в Индии разработанную собственными силами литий-ионную аккумуляторную батарею NMC 2170. Раньше компании по производству электрических

транспортных средств в Индии зависели от аккумуляторных батарей, производимых в Южной Корее, Китае, Японии и на Тайване.

Как сказал г-н Аггарвал, «в новейшей цилиндрической аккумуляторной батарее компании Ola с высоким содержанием никеля в качестве катода используется NMC, а в качестве анода — графит и силикон. Применение специального химического состава и материалов позволяет аккумуляторной батарее накапливать больше энергии в заданном объёме и к тому же увеличивает общий жизненный цикл аккумулятора. А это означает, что на одной зарядке можно дальше уехать».

Компания Ola приступит к массовому производству аккумуляторной батареи собственной конструкции NMC 217 после открытия своей гигафабрики к концу 2023 г.