Алексей Соловьев: в России пока нет высокотемпературных датчиков водорода

Среди проектов, поддержанных Технологическим акселератором НИЯУ МИФИ и «Росатома», имеется и высокотемпературный датчик водорода, разработанный в Лаборатории лазерного синтеза многофункциональных наноматериалов Института лазерных и плазменных технологий НИЯУ МИФИ. Об этом проекте мы беседуем с куратором команды разработчиков, старшим преподавателем Института ЛаПлаз Алексеем Соловьевым.

Интервью взято в рамках рубрики «Голос науки»

Разработка информационного модуля датчика водорода

Первый вопрос простой: зачем нужны такие датчики?

Высокотемпературные датчики водорода необходимы в различных технологических процессах, где температура значительно повышена. К числу таких процессов относятся, например, производство водорода, включая паровой риформинг метана и крекинг, а также функционирование атомных электростанций (АЭС). Несмотря на отсутствие водорода в процессе работы АЭС, при циркуляции воды при высоких температурах (до 300 °C) происходит диссоциация, в результате которой образуется водород. Скопление  пузырьков водорода может привести к детонации. Таким образом, контроль концентрации водорода в таких условиях представляет собой критически важную задачу.

Кроме того, водород играет ключевую роль в химической промышленности, особенно в процессе производства аммиака. Основная доля потребления водорода используется для синтеза аммиака, который, в свою очередь, применяется в производстве удобрений. В нефтепереработке также необходимо осуществлять контроль концентрации водорода. Таким образом, существует широкий спектр технологических процессов, в которых требуется использование специфических датчиков для измерения концентрации водорода при высоких температурах.

После анализа рынка стало очевидно, что в России отсутствуют датчики, способные функционировать при температурах свыше  150 °C.

Алексей Соловьев

Как устроены ваши датчики с точки зрения физики и технологий?

Датчики водорода имеют в своей основе подложку из  карбида кремния толщиной 0,1 мм, на которую наносится тонкая пленка оксида вольфрама. Этот материал обладает каталитической активностью и изменяет свои электрофизические свойства при взаимодействии с водородом. Измерение сопротивления структуры осуществляется в воздушно-водороднорой среде. При наличие водорода в среде происходит изменение сопротивления оксидо -водьфрамовой пленки. Данные косвенные измерения позволяют определить концентрацию водорода в окружающей среде. Данный тип датчиков работает в температурном диапазоне 150-450 °C

В рамках нашего проекта мы так же разрабатываем датчики, способные функционировать при температурах до 850 °C. Данный тип датчиков необходим для технологических процессов в  металлургии. Для работы при высоких температурах применяется альтернативная технология, использующая сапфировую подложку и несколько каталитически-активных областей, выполненных из золота, платины и оксида никеля. Такой метод позволяет осуществлять детекцию водорода на основе измерения разности потенциалов между указанными областями, которая возникает в следствии разной каталитической активности материаллов.   

Оба типа датчиков запатентованы?

Нет, только первый тип. Второй находится в процессе разработки и патентования.

Вы являетесь руководителем этого проекта?

Я являюсь главным куратором данного проекта, в котором участвуют как сотрудники, так и студенты. В настоящее время мы находимся на этапе разработки рабочего прототипа (MVP), который будет готов к коммерческому использованию.  Завершение работы над прототипом запланировано на середину мая, с учетом возможных задержек в процессе разработки.

Есть ли уже договоренности об испытаниях?

Да, мы планируем тестирование на полигоне заказчика. Однако тестирование водорода представляет собой сложную задачу из-за его взрывоопасности, поэтому первичное тестирование будет в нашей лаборатории, но с концентрациями ниже 4% от объема, которые считаются до взрывоопасными.

Беседовал Константин Фрумкин, пресс-слудба МИФИ