К вопросу использования водорода в газовых турбинах

В научном журнале Nature Materials опубликована статья коллектива авторов из Китая и Германии под названием «Вызванное водородом разрушение жаропрочных сплавов на основе никеля при повышенных температурах».

Водород рассматривается в качестве потенциальной замены ископаемого топлива в газовых и авиационных турбинах в рамках задач декарбонизации энергетики и авиации.

Хотя взаимодействие водорода с металлами при комнатной температуре основательно изучено, гораздо меньше исследовано, как водород влияет на никелевые суперсплавы, ключевой материал турбин, при повышенных температурах.

Рассматриваемая статья была призвана закрыть этот пробел.

Авторы исследовали, как водород влияет на никелевые суперсплавы в диапазоне температур от 400°C до 1000°C. Сочетая атомно-зондовую томографию и расчеты на основе теории функционала плотности, исследователи смогли показать, что механизмы деградации никелевых суперсплавов, подверженных воздействию водорода, принципиально меняются в зависимости от рабочих температур.

Результаты показывают, что вызванное водородом охрупчивание может быть как минимум в два раза сильнее при высоких температурах, что представляет собой серьезную проблему для компонентов, которые должны соответствовать самым высоким стандартам безопасности и надежности.

«Полученные нами результаты особенно важны для газовых и авиационных турбин, которые, в отличие от стационарных паровых турбин, часто включаются и выключаются и, следовательно, подвергаются более широкому диапазону температур и нагрузок, в которых могут возникать эффекты охрупчивания», — объясняет один из авторов статьи.

Не будем сильно вдаваться в химию, желающие могут прочитать статью, отметим в двух словах, что «слабым звеном» оказались карбиды (химические соединения углерода с металлами), которые играют важнейшую роль в никелевых суперсплавах, упрочняя их.

В будущем при проектировании сплавов будет предпринята попытка оптимизировать микроструктуру путем замены карбидов. В качестве альтернативы необходимо найти баланс между механической прочностью, обеспечиваемой карбидами, и устойчивостью к водородному охрупчиванию.

В декабре 2025 года в КНР была введена в эксплуатацию газовая турбина мощностью 30 МВт, работающая на 100% водороде.

Узнавайте первыми главные энергетические новости и актуальную информацию о важных событиях дня в России и мире.

Подписывайтесь на наш канал в МАX

"ГИС-Профи. Информационное сопровождение предприятий энергетической отрасли"