ekipЭкология и промышленность РоссииEcology and Industry of Russia1816-03952413-6042ООО "Калвис"10.18412/1816-0395-2024-11-33-39ekip-2766Research ArticleНАУЧНЫЕ РАЗРАБОТКИSCIENTIFIC DEVELOPMENTSОценка углеродного следа производства конструкционных материалов, используемых в водородной энергетикеAssessment of the Carbon Footprint of Production of Construction Materials Used in Hydrogen EnergyМозжегороваЮ.В.MozzhegorovaYu.V.

канд. техн. наук, доцент

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor

podpiska@kalvis.ruИльиныхГ.В.IlinykhG.V.

канд. техн. наук, доцент

Cand. Sci. (Eng.), Associate Professor

podpiska@kalvis.ruКоротаевВ.Н.KorotaevV.N.

д-р техн- наук, профессор

Dr. Sci. (Eng.), Professor

podpiska@kalvis.ruПермский национальный исследовательский политехнический университетРоссияPerm National Research Polytechnic UniversityRussian Federation20240511202428113339Copyright © ООО "Калвис", 20242024ООО "Калвис"ООО "Калвис"https://www.ecology-kalvis.ru/jour/about/submissions#copyrightNoticehttps://www.ecology-kalvis.ru/jour/article/view/2766

Представлены результаты анализа производства конструкционных материалов, используемых для изготовления оборудования, обеспечивающего жизненный цикл водорода. Выявлены аспекты жизненного цикла основных конструкционных материалов (сталь, алюминий, никель, медь, титан, платина, углепластики), применяемых в водородной энергетике. Приведены результаты оценки углеродного следа при производстве данных материалов в зависимости от технологий производства, используемого источника энергии и вторичного сырья. Установлено, что при создании водородной газотурбинной установки (ГТУ) основной вклад в углеродный след оказывают титановые (50,9 %) и никелевые (37,6 %) сплавы, несмотря на то, что более чем на 50 % ГТУ состоит из стали. Определено, что при производстве твердополимерных топливных элементов основной вклад в углеродный след вносят наименьшие по содержанию конструкционные материалы – платина (78,1 %) и углепластики (15,7 %) ввиду того, что имеют наибольший углеродный след на кг производимого материала.

The results of the analysis of production of construction materials used for manufacturing hydrogen life cycle equipment are presented. The aspects of the life cycle of the main construction materials (steel, aluminum, nickel, copper, titanium, platinum, carbon plastics) used in hydrogen power engineering are identified. The results of the carbon footprint assessment for the production of these materials are presented depending on the production technologies, the energy source used and the secondary raw materials. It is established that in the development of a hydrogen gas turbine unit (GTU) the main contribution to carbon footprint is made by titanium (50,9 %) and nickel (37,6 %) alloys, in spite of the fact that more than 50 % of GTU consists of steel. It has been determined that in the production of solid-polymer fuel cells the main contribution to the carbon footprint is made by the smallest construction materials — platinum (78,1 %) and carbon plastics (15,7 %) due to the fact that they have the largest carbon footprint per kg of produced material.

углеродный следконструкционные материалыводородная энергетикаcarbon footprintconstruction materialshydrogen energyReferencesСоснина Е.Н., Маслеева О.В., Крюков Е.В., Эрдили Н.И. Экологическая оценка жизненного цикла мини-ТЭЦ с различными типами двигателей. Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 4. С. 206—214.Соснина Е.Н., Маслеева О.В., Крюков Е.В., Эрдили Н.И. Экологическая оценка жизненного цикла мини-ТЭЦ с различными типами двигателей. Известия ТулГУ. Технические науки. 2021. Вып. 4. С. 206—214.Gulienetti A. Towards hydrogen transportation in gas transmission pipelines. Tesi Di Laurea Magistrale in Energy Engineering – Ingegneria Energetica, 2020. 155 p. [Электронный ресурс]. URL: https://www.politesi.polimi.it/retrieve/cb117ce4-c6cb-4566-aa4e-58211dd6f58a/2021_12_Gulienetti.pdf (дата обращения 13.01.2024).Gulienetti A. Towards hydrogen transportation in gas transmission pipelines. Tesi Di Laurea Magistrale in Energy Engineering – Ingegneria Energetica, 2020. 155 p. [Электронный ресурс]. URL: https://www.politesi.polimi.it/retrieve/cb117ce4-c6cb-4566-aa4e-58211dd6f58a/2021_12_Gulienetti.pdf (дата обращения 13.01.2024).Mozzhegorova Y., Ilinykh G., Korotaev V. Life Cycle Assessment of a Gas Turbine Installation. Energies. 2024. Vol. 17. P. 345.Mozzhegorova Y., Ilinykh G., Korotaev V. Life Cycle Assessment of a Gas Turbine Installation. Energies. 2024. Vol. 17. P. 345.Alamiery A. Advancements in materials for hydrogen production. A review of cutting-edge technologies. ChemPhysMater. 2024. Vol. 3. P. 64—73.Alamiery A. Advancements in materials for hydrogen production. A review of cutting-edge technologies. ChemPhysMater. 2024. Vol. 3. P. 64—73.Baum Z.J., Diaz L.L., Konovalova T., Zhou Q.A. Materials Research Directions Toward a Green Hydrogen Economy. A Review. ACS Omega. 2022. Vol. 7. P. 32908—32935.Baum Z.J., Diaz L.L., Konovalova T., Zhou Q.A. Materials Research Directions Toward a Green Hydrogen Economy. A Review. ACS Omega. 2022. Vol. 7. P. 32908—32935.Quon W. A Compact and Efficient Steam Methane Reformer for Hydrogen Production. A Dissertation Presented to The Faculty of the Department of Chemical and Biomolecular, Engineering University of Houston. 2012. August. 432 p.Quon W. A Compact and Efficient Steam Methane Reformer for Hydrogen Production. A Dissertation Presented to The Faculty of the Department of Chemical and Biomolecular, Engineering University of Houston. 2012. August. 432 p.Kim M.-S., Lee T., Son Y., Park J., Kim M., Eun H., Park J.-W., Kim Y. Metallic Material Evaluation of Liquid Hydrogen Storage Tank for Marine Application Using a Tensile Cryostat for 20 K and Electrochemical Cell. Processes. 2022. Vol. 10. P. 2401.Kim M.-S., Lee T., Son Y., Park J., Kim M., Eun H., Park J.-W., Kim Y. Metallic Material Evaluation of Liquid Hydrogen Storage Tank for Marine Application Using a Tensile Cryostat for 20 K and Electrochemical Cell. Processes. 2022. Vol. 10. P. 2401.Sustainability Indicators 2023 report. [Электронный ресурс]. URL: https://worldsteel.org/steel-topics/sustainability/sustainability-indicators/ (дата обращения 19.01.2024).Sustainability Indicators 2023 report. [Электронный ресурс]. URL: https://worldsteel.org/steel-topics/sustainability/sustainability-indicators/ (дата обращения 19.01.2024).Greenhouse Gas Emissions – Aluminium Sector. [Электронный ресурс]. URL: https://international-aluminium.org/statistics/greenhouse-gas-emissions-aluminium-sector/ (дата обращения 27.09.2023).Greenhouse Gas Emissions – Aluminium Sector. [Электронный ресурс]. URL: https://international-aluminium.org/statistics/greenhouse-gas-emissions-aluminium-sector/ (дата обращения 27.09.2023).Wei W. Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions of Nickel Products. Energies. 2020. Vol. 13(21). P. 5664.Wei W. Energy Consumption and Greenhouse Gas Emissions of Nickel Products. Energies. 2020. Vol. 13(21). P. 5664.Энциклопедия технологий 2.0: Производство металлов. Гл. ред. Д. О. Скобелев. ФГАУ "НИИ "ЦЭПП". М., Спб., Реноме, 2022. 378 с.Энциклопедия технологий 2.0: Производство металлов. Гл. ред. Д. О. Скобелев. ФГАУ "НИИ "ЦЭПП". М., Спб., Реноме, 2022. 378 с.Nilsson A.E., Aragonés M.M., Arroyo F., Dunon V., Angel H., Komnitsas K., Willquist K. Review of the Carbon Footprint of Cu and Zn Production from Primary and Secondary Sources. Minerals. 2017. Vol. 7. P. 168.Nilsson A.E., Aragonés M.M., Arroyo F., Dunon V., Angel H., Komnitsas K., Willquist K. Review of the Carbon Footprint of Cu and Zn Production from Primary and Secondary Sources. Minerals. 2017. Vol. 7. P. 168.Lyons R., Newell A., Ghadimi P., Papakostas N. Environmental impacts of conventional and additive manufacturing for the production of Ti-6Al-4V knee implant: A life cycle approach. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 112 (2). P. 787—801.Lyons R., Newell A., Ghadimi P., Papakostas N. Environmental impacts of conventional and additive manufacturing for the production of Ti-6Al-4V knee implant: A life cycle approach. The International Journal of Advanced Manufacturing Technology. 2021. Vol. 112 (2). P. 787—801.Hwang H., Kweon T., Kang H., Hwang Y. Resource and Greenhouse Gas Reduction Effects through Recycling of Platinum Containing Waste. Sustainability. 2024. Vol. 16. P. 80.Hwang H., Kweon T., Kang H., Hwang Y. Resource and Greenhouse Gas Reduction Effects through Recycling of Platinum Containing Waste. Sustainability. 2024. Vol. 16. P. 80.Kanemasu M., Nishimura W., Yoshikawa A., Yamamori T., Kobayashi R. Reduction of Environmental Impact by Recycling Waste Composite Material for Aircraft. Mitsubishi Heavy Industries Technical Review. 2018. Vol. 55. No. 2. [Электронный ресурс]. URL: https://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/e552/e552040.pdf (дата обращения: 10.02.2024).Kanemasu M., Nishimura W., Yoshikawa A., Yamamori T., Kobayashi R. Reduction of Environmental Impact by Recycling Waste Composite Material for Aircraft. Mitsubishi Heavy Industries Technical Review. 2018. Vol. 55. No. 2. [Электронный ресурс]. URL: https://www.mhi.co.jp/technology/review/pdf/e552/e552040.pdf (дата обращения: 10.02.2024).

The authors declare that there are no conflicts of interest present.