«НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г.

Ж У Р Н А Л

НИКЕЛЬ

ЖУРНАЛ ПОСВЯЩЁН НИКЕЛЮ И ЕГО ПРИМЕНЕНИЮ «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 ИНДИЙСКАЯ АССОЦИАЦИИ РАЗВИТИЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ ISSDA

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

нержавеющей стали марки 2205 (UNS

2022 г., была корпорация Brihanmumbai

S32205), поставленной компанией Jindal

Municipal Corporation (BMC).

Stainless. Эта марка была выбрана

Цель проекта — возведение нового моста, который смог бы десятилетиями выдерживать экстремальные условия, Местонахождение: районный центр Ошивара, Мумбаи (Бомбей) Автор проекта: корпорация Brihanmumbai

создаваемые сочетанием погодных катаклизмов, морской воды и текущих

Municipal Corporation (BMC)

под ним сточных вод. Новый мост

Поставщик: компания Jindal Stainless

потребовал использования материала,

Вес нержавеющей стали: 450 метрических тонн Марка: дуплексная 2205 (UNS S32205)

обладающего высокими показателями коррозиестойкости и прочности. Для такой сложной задачи идеально подошла нержавеющая сталь.

«НИКЕЛЬ», т.т. 38, 38, № № 2, 2, 2023 2023 г.г.

22 || «НИКЕЛЬ»,

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

Все фермы и конструкционные

общей сложности 450 метрических тонн

детали произведены из дуплексной

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 практические рекомендации, как корректнее использовать новейшие технологии для выбора

ЧИСЛО МОТОРИЗОВАННЫХ ДВУХКОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ НА 1 ТЫС. ГОРОДСКОГО НАСЕЛЕНИЯ ИНДИИ 264

2050

223

2035 205

2030 187

2025 169

2020 149 137

100 АКРОВ АККУМУЛЯТОРНЫЙ ЗАВОД

40 АКРОВ РАСШИРЕНИЕ ФАБРИКИ ПО ПРОИЗВОДСТВУ ДВУХКОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ

100

239

2040

2010

120

253

2045

2015

ОБЩЕЕ ЧИСЛО МОТОРИЗОВАННЫХ ДВУХКОЛЁСНЫХ ТРАНСПОРТНЫХ СРЕДСТВ ГОРОДСКОГО НАСЕЛЕНИЯ ИНДИИ

80 Миллионы

ОРГАНИЗАЦИЯ ЭКОНОМИЧЕСКОГО СОТРУДНИЧЕСТВА И РАЗВИТИЯ (OECD)

материалов.

60 40 20 0

2010 2015 2020 2025 2030 2035 2040 2045 2050

Выбор подходящих материалов для правильного выполнения работы — важнейший

Компания Ola, ведущий индийский

принцип достижения устойчивого развития транспортных систем. В этом выпуске

производитель моторизованных самокатов,

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

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

инфраструктуры, содействуя её более долгому сроку службы, и экономит драгоценные

даст дополнительный импульс

ресурсы. В этом номере мы также показываем, как никель расширяет функциональные

преобразованиям, призванным

возможности устройств и материалов, имеющих отношение к сфере транспорта, таких

противостоять изменениям климата.

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»

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г. | 3

КОМПАНИЯ OLA ELECTRIC

ответами к ИИ, прочтите нашу статью на стр. 14 «Спроси эксперта». В ней вы найдёте

02

Пример из практики № 28 Мост над Уолберт Налла

03

Колонка редактора Никель в движении

04 06

НИКЕЛЬ

ЗАНИМАТЕЛЬНЫЕ ФАКТЫ

СОДЕРЖАНИЕ

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

1

Никелевые сплавы 100 лет сплавам семейства «В»

14 15 15

Новый виток

Технические вопросы и ответы

3

2

1

Разжиженный концентрат 1 (загрузка)

Почему никель?

Органические соединения (челнок)

Выдержки из Универсальной системы обозначений метал-

Разжиженный концентрат 2 (акцептор)

лов и сплавов

16

2

a

Электросамокат Ola

b

c

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

4 | «НИКЕЛЬ», т.т. 3388, № 2, 2 , 22002 3 гг..

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.

ИНСТИТУТ ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ НАУК (INSTITUTE FOR BASIC SCIENCE)

Mission electric, Индия

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, име-

Пятый слой

ющихся в изобилии в земной коре, он позволяет отказаться от извлечения огромного количества породы из земных недр ради получения небольшого объёма редкозе-

Группа исследователей Австралийского

мельных металлов. Благодаря добавлению фосфора на производство тетратенита

национального университета (Australian

уходят буквально секунды». Это могло бы сыграть важную роль в низкоуглеродных технологиях, таких как производство высокоэффективных постоянных магнитов, используемых в электромобилях.

АВСТРАЛИЙСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ УНИВЕРСИТЕТ (AUSTRALIAN NATIONAL UNIVERSITY)

Блистательная находка

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

ВИКИМЕДИЯ КОММОНС (WIKIMEDIA COMMONS)

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. НАСА (NASA)

«Создание этого нового сплава — значительный успех», — сообщил Дейл Хопкинс (Dale Hopkins), заместитель руководителя проекта НАСА «Качественно новые инструменты и технологии».

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г. | 5

ВПЕРЁД НА ПОЛНОЙ СКОРОСТИ НИКЕЛЬ В БЫСТРОРАСТУЩЕЙ ЖЕЛЕЗНОДОРОЖНОЙ СЕТИ ИНДИИ

Железные дороги 22 млн

пассажиров ежедневно

ИНДИЙСКИЕ ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ

,5 млн 3 тонн грузов ежедневно

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

6 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г.

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

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 тонн нержавеющей 8 стали марки 301LN на вагон

WIKI

других находится на завершающей стадии, а ещё два завода — на стадии проектирования. Благодаря этим заводам Индия может стать всемирным центром по производству вагонов метро.

тыс. действующих 3 вагонов метро из нержавеющей стали тыс. новых 3 вагонов метро из нержавеющей стали в течение следующих 3-5 лет 40 км действующих 8 линий метро 80 км строящихся 4 линий метро 75 км предлагаемых 3 линий метро 60 действующих 6 станций 28 строящихся 2 станций 13 запланированных 2 станций

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г. | 7

ЖЕЛЕЗНЫЕ ДОРОГИ Ni

60 тыс. действующих железнодорожных вагонов 7 тыс. железнодорожных вагонов в производстве 7800 новых железнодорожных вагонов в 2024 г.

8 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г.

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

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.

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г. | 9

ИСТОЧНИКИ: ПРЕСС-БЮРО МИНИСТЕРСТВА ЖЕЛЕЗНЫХ ДОРОГ ПРАВИТЕЛЬСТВА ИНДИИ; ИНДИЙСКАЯ АССОЦИАЦИЯ РАЗВИТИЯ НЕРЖАВЕЮЩЕЙ СТАЛИ

Начало массового производства

НИКЕЛЕВЫЕ КАТАЛИЗАТОРЫ МНОГИЕ СПОСОБЫ ДЕКАРБОНИЗАЦИИ ТРАНСПОРТА Катализаторы на основе никеля — ключ к энергообеспечению 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. Электролизёры Электролизёр с анионообменной мембраной (AEM) Водно-щелочной электролизёр (AWE) Полимерный электролитический мембранный электролизёр / электролизёр с протонообменной мембраной (PEM) Твёрдооксидный электролизёр (SOEC)

Электролизёры и топливные элементы

(AWE)), с анионообменной мембраной

Электролизёры расщепляют воду на кислород

твёрдооксидный электролизёр (solid-oxide

(anion exchange membrane (AEM)) и

и водород. Топливный элемент — это

electrolyser cell (SOEC)). Хотя электролизёры

электролизёр наоборот: он соединяет

PEM являются самыми эффективными, в

кислород и водород, образуя воду и производя

них в качестве электрокатализаторов

электричество. Водород, произведённый с

используются платина и иридий, тогда

применением возобновляемой энергетики,

как в остальных трёх технологиях

называется «зелёным». Международное

применяются электрокатализаторы на

энергетическое агентство (International Energy

основе никеля. Среди никельсодержащих

Agency) предсказывает активный рост спроса

типов катализаторов самыми передовыми

на такой водород в течение следующих 25 лет.

в коммерческом отношении являются

На сегодняшний день существует четыре типа электролизёров: полимерный

водно-щелочные электролизёры AWE. В них никель используется и в аноде, и в катоде, и в составляющих поля потока электролизёра.

электролитический мембранный (известный также как электролизёр с

Поле потока состоит из широкоячеистой

протонообменной мембраной (proton-

никелевой сетки, сквозь которую легко

exchange membrane, PEM)), водно-

проникают электролит и выделяющиеся

щелочной (alkaline water electrolyser

газы. Анод — это, как правило, особым

Сепаратор

Анод

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

Уплотнитель

10 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г.

Поле потока

АВТОРСКОЕ ПРАВО © 2016 INDUSTRIE DE NORA S.P.A.

Катод

образом спроектированная никелевая

нанесённые на углеродную бумагу, и

сетка из спечённых волокон, катодом же

сплавы NiCoSe (никель-кобальт-селен) поверх

является похожая никелевая волоконная сетка, покрытая катализатором. Состав этих катализаторов варьируется от поставщика к поставщику и защищён патентом, хотя

пеноникеля. Катодными катализаторами, как правило, являются ферроникелевые (NiFe) и никель-кобальтовые сплавы (NiCo)

обычно используется NiFeOx.

поверх никелевой сетки.

Разные катализаторы: аргументы за и против

высоких температурах (выше 600 °C). Они

Относительно низкие капитальные затраты

высокоэффективны, а их тепловые сбросы

на водно-щелочные электролизёры AWE привели к росту их использования, но для сведѐния к минимуму себестоимости

Электролизёры SOEC работают при очень

можно использовать в промышленном производстве. В этих электролизёрах

продукции и удовлетворения спроса на

электрокатализатор, которым зачастую

возобновляемое электричество вводятся

являются частички металлического

электролизёры с анионообменной

никеля, нанесён прямо на электролит,

мембраной AEM и твёрдооксидные SOEC.

представляющий собой оксид металла,

При использовании одинаковых материалов преимуществом AEM по сравнению с AWE является более высокий КПД по

который при высоких рабочих температурах приобретает способность проводить

электричеству, поэтому AEM часто

ионы.

считают промежуточными между AWE

Незаменимый никель

и электролизёрами с протонообменной мембраной PEM. В электролизёрах AEM так

Здесь приведены лишь некоторые

же, как и в AWE, используются никелевые

примеры той незаменимой роли, которую

сети для контроля потока и подвода

катализаторы и прочие использующие

тока; они тоже используют никелевые

никель компоненты будут играть в

В 2023 г. первый в Северной Америке

катализаторы. В отличие от относительно

безуглеродном будущем. Относительно

пассажирский поезд, работающий

низкая стоимость никеля, его инертность

на водороде, стал курсировать на

в AWE, конструкция катализаторов AEM, как правило, более сложна. Предлагаемые высокопроизводительные анодные

по отношению к едким веществам и особенность функционирования в электро-

катализаторы включают ферроникелевые

лизёрах делают его незаменимой частью

(NiFe) слоистые двойные гидроксиды,

этих нарождающихся технологий.

трассе между канадскими городами Квебек-Сити — Бэ-Сен-Поль.

АВТОРСКОЕ ПРАВО © ALSTOM SA 2023

простых катализаторов, применяемых

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г. | 11

КУРС НА РАЗВИТИЕ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНЫХ ВИДОВ СУДОВОГО ТОПЛИВА 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

Аммиак

Водород можно использовать как топливо

Аммиак вызывает сейчас огромный

при сгорании или при генерировании

интерес. Хотя он и является высокотоксич-

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

ным веществом, имеется давно наработанный опыт обращения с ним при производстве азотных удобрений. Проекты японской компании NYK and Viking Energy, планирующие использование аммиака

Никельсодержащие нержавеющие стали

которых больше, чем потребовалось бы

являются неотъемлемой частью производства

для метанола и аммиака. Использование

экологически безопасного судового топлива.

водорода в качестве топлива могло бы

внутреннего сгорания на действующих

стать практически реализуемым, если бы

грузовых буксирных судах обеспечения

было можно построить специализирован-

морских платформ на топливные эле-

ные морские танкеры, в которых перево-

менты, работающие на аммиаке. Промыш-

зимый как груз водород можно было бы

ленное получение аммиака

использовать и в качестве топлива для

осуществляется с помощью процесса

самого судна. В настоящее время водород производится

Водород

металлического катализатора при высоких

водяным паром (паровой реформинг).

температурах и давлении. Никельсодержа-

Чтобы такое производство было углерод-

щая нержавеющая сталь незаменима на

необходимо проводить электролиз воды, используя возобновляемую или атомную

Метанол Метанол в настоящее время применяется

реформинг, включив в производствен-

в качестве судового топлива, но он

ный цикл улавливание углерода.

относится к углеродным видам топлива, углеродно-нейтральный метанол можно

материалам. Например, никельсодер-

получать из биомассы, существуют и тех-

жащая нержавеющая сталь устойчива к

нологии производства метанола с помощью

водородной инфильтрации и происходя-

синтеза углекислого газа и водорода.

щему в результате этого постепенному

H = водород

О = кислород N = азот

12 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г.

производимым из природного газа. Хотя

предъявляют высокие требования к

ухудшению свойств материала, а для

C = углерод

нескольких этапах этого процесса.

энергию, либо же применять паровой

Специфические свойства водорода

Метанол

Габера-Боша, в котором атмосферный азот связывается с водородом в присутствии

путём конверсии природного газа

но-нейтральным или безуглеродным,

Аммиак

вместо СПГ, включают замену двигателей

хранения водорода при температуре 253 °C необходима изломостойкость,

Разработки продолжаются, при этом никельсодержащие нержавеющие стали остаются неотъемлемой частью произ-

которой обладает никельсодержащая

водства экологичного судового топлива,

нержавеющая сталь при экстремальных

призванного снизить выбросы парнико-

криогенных температурах.

вых газов.

СТОЛЕТНИЙ ЮБИЛЕЙ НИКЕЛЕВЫХ СПЛАВОВ СЕМЕЙСТВА «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

1970-х годах, был модификацией

исключительной устойчивостью к

первоначальной композиции сплава «В».

воздействию восстанавливающих кислот,

В нём снижено содержание кремния и

таких как соляная, серная, уксусная

углерода для улучшения жаропрочности

и фосфорная. К сожалению, сплавы

и повышения стойкости к образованию

этого семейства характеризует плохая

карбидов по границам зёрен. Такое

коррозиестойкость в окислительной

улучшение коррозиестойкости имело

среде. Поэтому их не рекомендуется

особую практическую значимость для

применять в окислительной среде

зон теплового воздействия после сварки.

или в присутствии солей железа или

Более того, чтобы ещё больше улучшить

меди, которые могут вызвать быстрое

жаропрочность, технологические

преждевременное разрушение от

свойства и устойчивость к

коррозии. Эти соли образуются при

трещинообразованию от коррозии

контакте соляной кислоты с железом и

под напряжением, этот состав был

медью. До Второй мировой войны сплав «В» применялся в лопастях турбин центробежного нагнетателя в

Сплавы семейства «В» главным образом используются в солянокислых и сернокислых

оптимизирован, что привело к созданию

средах, а также в уксусной, фосфорной и

сплава «В-3».

муравьиной кислотах. Они применяются в

Коррозиестойкость к

клапанах, насосах и трубопроводах.

химических реакторах, теплообменниках,

восстанавливающим кислотам

самолётных двигателях для повышения их характеристик и увеличения

обеспечивается главным образом молибденом, но именно никелевая

мощности. Со временем в этой

основа обеспечивает сплав, который

аппаратуре он был заменён другими

можно легко формовать и сваривать в

суперсплавами.

процессе производства промышленного

Сплав «В-2», разработанный в

оборудования.

Typical composition of the B-family alloys Alloy

(UNS)

Introduction

Ni

Mo

Cr

Si max

Fe

C max

B

(N10001)

1923

бал.

28

1

1

5

0.05

B-2

(N10665)

1970s

бал.

28

1

0.10

2

0.02

B-3

(N10675)

1990s

бал.

28

2

0.10

2

0.01

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г. | 13

СПРОСИ ЭКСПЕРТА ПОПУЛЯРНЫЕ ВОПРОСЫ НА САЙТЕ ТЕХНИЧЕСКИХ РЕКОМЕНДАЦИЙ ИНСТИТУТА НИКЕЛЯ

В О

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

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,

ЖУРНАЛ

«НИКЕЛЬ»

О Н Л А Й Н

никелевые сплавы и никелирование

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

14 | «НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г.

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

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.

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

Почему никель?

около 80% никеля и 20% хрома. Во время работы проволока сильно нагревается — до

Никель в нихроме необходим для предотвращения охрупчивания проволоки

620 °C (1150 °F). Однако воздух вокруг хлеба

в результате многоразового нагревания и охлаждения. Сочетание никеля

прогревается только до температуры 150 °C

и хрома обеспечивает высокое удельное электрическое сопротивление,

(300 °F), хотя он всё-таки достаточно горяч,

необходимое для быстрого нагрева проволоки и поддержания тепла. Хром

чтобы обжечь вам пальцы.

способствует сопротивлению проволоки вступлению в реакцию с кислородом воздуха, чтобы она со временем не истоньшалась.

ХИМИЧЕСКИЙ СОСТАВ

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

UNS

C

Cr

Fe

Mn

Mo

N

Ni

P

S

Si

S30153 Стр 6

0.03 max

16.018.0

Бал.

2.00 max

-

0.070.20

6.08.0

0.045 max

0.030 max

1.00 max

S30400 Стр 7

0.08 max

18.020.0

Бал.

2.00 max

-

-

8.010.5

0.045 max

0.030 max

1.00 max

S31603 Стр 9

0.030 max

16.018.0

Бал.

2.00 max

2.003.00

-

10.014.0

0.045 max

0.030 max

1.00 max

S32205 Стр 2

0.030 max

22.023.0

Бал.

2.00 max

3.003.50

0.140.20

4.506.50

0.030 max

0.020 max

1.00 max

N06003 Стр 15

0.15 max

19.021.0

1.00 max

2.5 max

-

-

Бал.

-

0.01 max

0.751.6

«НИКЕЛЬ», т. 38, № 2, 2023 г. | 15

ИНДИЯ ПЕРЕХОДИТ НА ЭЛЕКТРИЧЕСКУЮ ТЯГУ КОМПАНИЯ OLA ELECTRIC

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,

Как говорят в компании, «Ola Electric

«аккумуляторная батарея — это сердце

посвятит себя воплощению миссии

электромобильной революции. Компания

создания мобильных транспортных

Ola Electric строит самый передовой в

средств для миллиарда человек». Она

мире исследовательский центр в области

назвала эту миссию ʻMission Electricʼ

аккумуляторных батарей, который

(Миссия — электрические транспортные

позволит нам быстрее расти, внедрять

средства). Компания намерена делать

технические новшества и быстро создать

всё возможное, чтобы после 2025 г.

самую передовую электромобильную

в Индии больше не продавалось ни

продукцию в мире».

одного самоката, работающего на

В июле 2022 г. компания Ola Electric

бензиновом двигателе. Массовый переход на электрические самокаты окажет значительное положительное влияние на решение климатического кризиса.

представила первую в Индии разработанную собственными силами литий-ионную аккумуляторную батарею NMC 2170. Раньше компании по производству электрических

16 «НИКЕЛЬ», | «НИКЕЛЬ»,т. т.38,38,№№2,2,2023 2023г. г.

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.