Libmonster ID: ID-983
Author(s) of the publication: Vladimir RUSANOV

by Acad. Vladimir RUSANOV, Director, Institute of Hydrogen Energetics and Plasma Technologies, Russian Research Center KURCHATOVSKY INSTITUTE

The traditional power engineering, based on diesel fuel, methane, gasoline, kerosene, etc. now has an alternative-hydrogen energetics. It is based on the process of oxidation of hydrogen by oxygen of the air. This is accompanied by the release of heat (about 3 kWt/h per m3 of H2 ) and the production of water at not so high temperatures. This kind of reaction is obviously "most acceptable" from the ecological point of view.

One of the leading trends in world science now includes studies, development and perfection of methods of H2 production (including that from water and natural carbohydrates). And it is no less important to learn to use this "product" effectively, such as in fuel elements, and improve and perfect methods of its storage, transportation and safe handling. This range of problems relates to the general subject of hydrogen energetics*.

Its "basis" is this lightest of gases (1 m3 weighs approximately 0.1 kg) with small size of molecule (about 0.76 A). It is easily permeable and mobile and enters into a large number of reactions: with carbon, producing a large number of carbohydrates, with metals, producing hydrites; with halogens, oxygen, sulfur and phosphorus; it can be liquefied at a low temperature (of the order of -252°C). And its most remarkable compound associated with oxygen is water. Its vast resources on our planet act as "accumulators" and prac-


See: V. Rusanov, "Hydrogen-Possibility of Technical Progress", Science in Russia, No. 4, 1998. - Ed.

Pages. 15


tically inexhaustible sources of bound (with other substances) hydrogen.

So it looks as if an alternative to the energy crisis has already been found. But the new fuel so far remains rather expensive, which means that problem number one on the agenda is launching large-scale production of inexpensive hydrogen. Our country alone can require for the solution of global economic problems no less than 10 - 20 mn tons of it per year!

The traditional method of H2 production consists in its extraction from water by means of electrolysis. This does not cause considerable increases of temperature and there is a guarantee that the "final product" will be free from admixtures because nitrogen is not oxidized in this reaction. And there are several "types" of electrolysis: classical water-alkaline (on the basis of alkali), hard-oxide (on the basis of zirconium-yttrium ceramics) for temperatures from 800 - 1,000°C), solid-polymer (electrolyte-polymer membrane, transferring protons, i.e. hydrogen ions). The most progressive and accessible of these is the latter one, effective even at increased pressure. It does not require considerable amounts of energy-some 4 kWt/h/m3 H2 , has specific productivity (current density, achieved in the reaction) 1.2 A/cm2 , with the purity of the hydrogen produced being 99.99 percent.

Another possibility of H2 production consists in its extraction from natural fuels-methane, gasoline, kerosene, coal etc. which is characterized, as compared with electrolysis, by still lower energy consumption and considerably (by 2 - 3 times) lower cost of the final product. Let us consider as an example steam conversion (special treatment) of methane. Produced as a result is a mixture of hydrogen with carbon oxide, which, in its turn, is again treated with steam for its transformation into carbon dioxide and hydrogen. Thus closing stage is the transformation of the latter into pure "commercial quality" product. Similar cycles-steam-oxide conversion and partial oxidation of methane (complex process with minimal participation of oxygen) - pass through the similar main stages.

These methods of hydrogen production from the aforesaid organic compounds are now predominant on the world market, supplying more than 90 percent of the output. But all of them, as we can see, have several stages and produced at the closing stage in many cases, together with the required substance, is carbon dioxide and that creates the problem of its utilization.

Pages. 16


In 1996 - 2004 researchers of our Institute studied the phenomenon of plasma catalysis of carbohydrates (intensification of their conversion due to special properties of the respective phase, accelerating the reaction). This method needs no traditional catalysts, which are indispensable in all of the aforesaid cases; apart from that, as compared with those other ones, it requires much lower amounts of electricity (up to 0.15 - 0.10 kWt/h/m3 H2 ), and possesses much higher specific productivity and "ecological correctness". Incidentally, systems based on this principle can become, among others, the prototypes of on-board hydrogen generators for cars.

As for energy supply for hydrogen-producing units, it can be arranged from the main power grids and from autonomous networks using, for example, hydrothermal, or hydro-power energy and solar and wind energy as well as that of tides.

A no less important trend in the field of energetics under consideration is the development of a power source of a new type - hydrogen fuel element. And what does it look like? Its cell consists of electrodes separated by a diffusion-dense cation-conducting membrane. Supplied upon them are oxygen (air) and hydrogen. Because of the electrochemical oxidation of the latter there is generated between the cathode and anode an electromotive force, which supports electric current in the outer chain (membrane has a layer of electrocatalysts boosting the process of oxidation). This kind of a power source can, for example, activate a car engine.

There is now a large set of respective fuel elements which differ by the composition of the electrolyte: water-alkaline, phosphorus-acidic, melt-carbonate, hard-oxide and polymer-membrane ones. The most "progressive" of them all is the last one and our Institute is one of its main "designers" in this country. Its basis is a cation-conducting membrane capable of carrying a hydrogen ion through a polymer and operating at 100°C. The efficiency of this kind of a power pack is about 70 percent - approximately two times higher than of an internal combustion engine. Low operating temperature rules out electrochemical oxidation of nitrogen by oxygen and provides for "clean" exhausts consisting of water vapors only. This makes such polymer-membrane fuel elements an optimal ecological choice for automobile transport and for autonomous power supply sources.

But there are still many problems on the way of the practical application of these ideas. Thus, for activating the process of electrochemical oxidation of hydrogen it is necessary to have catalysts (special films on polymer membrane) on the basis of metals of the platinum group (platinum, palladium), although in small amounts - 0.1 mg/cm2 , which makes such fuel elements somewhat more expensive. But the main cost component includes the production of cells-membrane-electrode blocks, and of the polymer membrane itself. As a result the initial price of these new power packs today is 2,000 - 3,000 US doll./kWt, and for large-scale commercial production it has to be reduced at least by ten times.

Intensive R&D work in this area of energetics is now in progress on a world scale. Test models of "hydrogen" automobiles have been developed in the United States, Germany and Japan and some firms, like the German Dymler-Crysler, are planning to launch commercial mass production of new automobiles by 2006.

Now, a look at the possibilities in this country. We can synthesize cation-conducting polymer which is as good as its foreign analogues. The potential of our defense industrial complex makes it possible to produce the necessary equipment of high parameters; the NORILSKY NIKEL* mining and metallurgical combine-the biggest producer of palladium in the world-can supply the strategic raw for the production of catalysts needed for the aforesaid processes. Consequently, Russia does have prospects of launching the production of transport equipment on the alternative types of propulsion. Incidentally, back in the early 1980s our specialists already developed and tested an automobile with hydrogen fuel elements**. Work in this area now continues at the OAO AvtoVAZ.

Summing it up, world progress puts into the forefront the problem of development of hydrogen energetics - the development of automobile transport and autonomous electric power plants on new fuel elements of this kind. This can be a major step forward for the whole of this country's national economy. And Russia does possess everything necessary for dealing with this objective.


See: Ya. Renkas, "On the Road of Innovations and Investments", Science in Russia, No. 3, 2004. - Ed.

** See: A. Eidelman, "New Engines on Display", Science in Russia, No. 3, 2004. - Ed.

 


© library.africa

Permanent link to this publication:

https://library.africa/m/articles/view/HYDROGEN-AND-HYDROGEN-POWER-ENGINEERING

Similar publications: LAfrica LWorld Y G


Publisher:

Africa OnlineContacts and other materials (articles, photo, files etc)

Author's official page at Libmonster: https://library.africa/Libmonster

Find other author's materials at: Libmonster (all the World)GoogleYandex

Permanent link for scientific papers (for citations):

Vladimir RUSANOV, HYDROGEN AND HYDROGEN POWER ENGINEERING // Abuja: Nigeria (LIBRARY.AFRICA). Updated: 26.10.2018. URL: https://library.africa/m/articles/view/HYDROGEN-AND-HYDROGEN-POWER-ENGINEERING (date of access: 09.03.2026).

Publication author(s) - Vladimir RUSANOV:

Vladimir RUSANOV → other publications, search: Libmonster AfricaLibmonster WorldGoogleYandex

Comments:



Reviews of professional authors
Order by: 
Per page: 
 
  • There are no comments yet
Related topics
Publisher
Africa Online
Abuja, Nigeria
717 views rating
26.10.2018 (2691 days ago)
0 subscribers
Rating
0 votes
Related Articles
تتناول هذه المقالة العمق التاريخي لحضارة إيران، وتعرض أدلة تدعم الاعتراف بها كإحدى أقدم أشكال السيادة المستمرة على سطح الأرض. استناداً إلى تحليل الاكتشافات الأثرية والسجلات التاريخية والتصنيفات الأخيرة من قبل المنظمات الدولية، تعيد المقالة بناء المسار اللافت لإيران من فترة ما قبل الإيلامية مروراً بصعود الإمبراطوريات المتعاقبة حتى يومنا هذا. يولي النص اهتماماً خاصاً بحضارة الإيلامية، وابتكارات الإمبراطورية الأخمينية، ومفهوم «السيادة المستمرة» الذي يميز إيران في التصنيفات العالمية لطول عمر الدول.
Catalog: География 
Yesterday · From Africa Online
تبحث هذه المقالة في الأثر الكبير والمتعدد الجوانب للنزاع العسكري في عام 2026 بين إيران والتحالف بقيادة الولايات المتحدة وإسرائيل على قطاع السياحة في دولة الإمارات العربية المتحدة. استناداً إلى تحليل تقارير إخبارية حديثة، ونشرات سفر رسمية، وبيانات صناعية من مطلع مارس 2026، تعيد المقالة بناء العواقب الفورية على صناعة السياحة في الإمارات، بما في ذلك تعطل حركة الطيران، وانهيار ثقة المسافرين، والتهديدات المادية للبنى التحتية، والخسائر المالية الناتجة عن ذلك. وتولي اهتماماً خاصاً للضعف الاستراتيجي للمنطقة، واستجابة السلطات الإماراتية، والتداعيات الطويلة الأجل لاستراتيجيات تنويع اقتصاد الخليج.
Catalog: Экономика 
2 days ago · From Africa Online
تبحث هذه المقالة في مضيق هرمز، وهو شريان بحري ضيق يربط الخليج الفارسي بمضيق عمان، وهو ذو أهمية حاسمة لإمدادات الطاقة العالمية. استناداً إلى تحليل الخصائص الجغرافية، والإحصاءات الاقتصادية، والأحداث الراهنة من فبراير-مارس 2026، يعيد المقال بناء الأهمية الشاملة للمضيق والتداعيات الناتجة عن حصاره. يُولى اهتمام خاص بالسياق الجيوسياسي للنزاع الجاري بين إيران والتحالف الذي تقوده الولايات المتحدة وإسرائيل، بالإضافة إلى التأثير المحتمل على أسواق النفط والغاز والمنتجات ذات الصلة على مستوى العالم.
Catalog: География 
2 days ago · From Africa Online
تتناول هذه المقالة مضيق هرمز، وهو شريان بحري ضيق يربط بين الخليج الفارسي وخليج عمان، والذي يحظى بأهمية حاسمة لإمدادات الطاقة العالمية. استناداً إلى تحليل الخصائص الجغرافية والإحصاءات الاقتصادية والأحداث الجارية من فبراير إلى مارس 2026، تعيد المقالة بناء الأهمية الشاملة للمضيق وتداعيات حصاره. يُولى اهتمام خاص بالسياق الجيوسياسي للنزاع المستمر بين إيران والتحالف الذي تقوده الولايات المتحدة وإسرائيل، فضلاً عن التأثير المحتمل على أسواق النفط والغاز والمنتجات المرتبطة على الصعيد العالمي.
Catalog: География 
3 days ago · From Africa Online
زعماء أجانب نسبت التصفيتهم إلى الولايات المتحدة
4 days ago · From Africa Online
أيّ قادة الدول قتلتهم الولايات المتحدة؟
4 days ago · From Africa Online
تتناول هذه المقالة ظاهرة تورط الولايات المتحدة في عمليات القضاء على قادة أجانب، والتي حظيت باهتمام متجدد في ضوء الأحداث الدرامية لعامي 2025–2026، من خلال اختطاف رئيس فنزويلا نيكولاس مادورو ووفاة المرشد الأعلى في إيران علي خامنئي في ضربة أميركية–إسرائيلية مشتركة. بناءً على تحليل الوثائق التاريخية وتقييمات الخبراء والمعايير القانونية الدولية، يتم إعادة بناء تطور نهج الولايات المتحدة في استخدام الأساليب القسرية لتغيير النظام. يُولى اهتمام خاص للتناقض بين الحظر الرسمي على الاغتيالات السياسية والممارسة المستمرة لتطبيقها تحت تبريرات قانونية جديدة.
5 days ago · From Africa Online
في هذه المقالة يتم استعراض ظاهرة مشاركة الولايات المتحدة في عمليات لإزاحة قادة أجانب، والتي بات لها صدى جديد بسبب الأحداث البارزة في عامي 2025–2026 — خطف رئيس فنزويلا نيكولاس مادورو ووفاة الزعيم الأعلى لإيران آية الله علي خامنئي نتيجة ضربة أميركية إسرائيلية. بناءً على تحليل الوثائق التاريخية وتقييمات الخبراء والأطر القانونية الدولية، تُعاد صياغة تطور مقاربات الولايات المتحدة في استخدام وسائل القوة لتغيير الأنظمة. ويُولى اهتمام خاص بالتناقض بين الحظر الرسمي على الاغتيالات السياسية والممارسة المستمرة لها تحت ذرائع قانونية جديدة.
6 days ago · From Africa Online
هذه المقالة تبحث في المسألة الاستراتيجية الحاسمة عما إذا كانت روسيا تمتلك القدرة على تدمير الولايات المتحدة بضربة نووية أولى مع منع ردّ انتقامي مدمّر بنجاح. بناءً على تحليل استخبارات المصادر المفتوحة ومواقف القوة الاستراتيجية والتصريحات الرسمية وتعليقات الخبراء، تقوم هذه الدراسة بتفكيك الأبعاد الفنية والتشغيلية والمنهجية لهذه المسألة. يُولى اهتمام خاص ببنية القوات الاستراتيجية الروسية، وبقدرات الثالوث النووي الأمريكي وأنظمة الإنذار المبكر، ودور أنظمة الرد التلقائي مثل «Perimeter»، والإطار الأساسي للاستقرار الاستراتيجي الذي حدد العلاقات الأمريكية-الروسية لعقود.
7 days ago · From Africa Online
هذا المقال يقدم فحصاً شاملاً لصاروخ توماهوك كروز، واحد من أكثر الأسلحة الدقيقة الموجَّهة تنوعاً واستخداماً على نطاق واسع في ترسانة الأسلحة العسكرية الحديثة. اعتماداً على تحليل مصادر الدفاع الرسمية، وسجلات القتال التاريخية، والمواصفات الفنية، يعيد المقال بناء تطور هذا النظام وتصميمه والدور الاستراتيجي له. ويُولِي المقال اهتماماً خاصاً لتقنية توجيهه، وتاريخه القتالي، والتحديث الحديث إلى طرازات من فئة Block V، والتداعيات الجيوسياسية لإمكانية نقله إلى أوكرانيا.
7 days ago · From Africa Online

New publications:

Popular with readers:

News from other countries:

LIBRARY.AFRICA - African Digital Library

Create your author's collection of articles, books, author's works, biographies, photographic documents, files. Save forever your author's legacy in digital form. Click here to register as an author.
Library Partners

HYDROGEN AND HYDROGEN POWER ENGINEERING
 

Editorial Contacts
Chat for Authors: AFRICA LIVE: We are in social networks:

About · News · For Advertisers

Digital Library of Africa ® All rights reserved.
2023-2026, LIBRARY.AFRICA is a part of Libmonster, international library network (open map)
Preserving Africa's heritage


LIBMONSTER NETWORK ONE WORLD - ONE LIBRARY

US-Great Britain Sweden Serbia
Russia Belarus Ukraine Kazakhstan Moldova Tajikistan Estonia Russia-2 Belarus-2

Create and store your author's collection at Libmonster: articles, books, studies. Libmonster will spread your heritage all over the world (through a network of affiliates, partner libraries, search engines, social networks). You will be able to share a link to your profile with colleagues, students, readers and other interested parties, in order to acquaint them with your copyright heritage. Once you register, you have more than 100 tools at your disposal to build your own author collection. It's free: it was, it is, and it always will be.

Download app for Android