POTENTIAL FOR THE USE OF TECHNOLOGICAL HYDROGEN EMISSIONS IN THE ENERGY AND CHEMICAL INDUSTRIES
Technological processes in which hydrogen is obtained as a by-product of plasma erosion and electrochemical coagulation purification of surface water for the needs of the energy industry and urban water supply, as well as the production of pure highly dispersed aluminium hydroxide for the chemical i...
Saved in:
| Date: | 2025 |
|---|---|
| Author Affiliations: |
|
| Keywords: | keywords |
| Main Authors: | , , , , |
| Format: | Article |
| Language: | Ukrainian |
| Published: |
Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine
2025
|
| Subjects: | |
| Online Access: | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/565 |
| Tags: |
Add Tag
No Tags, Be the first to tag this record!
|
| Journal Title: | Vidnovluvana energetika |
| Download file: |  |
Institution
Vidnovluvana energetika| _version_ | 1871104004243587072 |
|---|---|
| author | Shydlovska , N. Zakharchenko , S. Zaitsev, Ie. Zakharchenko , M. Kulida , M. |
| author_facet | Shydlovska , N. Zakharchenko , S. Zaitsev, Ie. Zakharchenko , M. Kulida , M. |
| author_institution_txt_mv | [
{
"author": "N. Shydlovska ",
"institution": "Institute of Electrodynamics of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "S. Zakharchenko ",
"institution": "Institute of Electrodynamics of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": " Ie. Zaitsev",
"institution": "Institute of Electrodynamics of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "M. Zakharchenko ",
"institution": "V. I. Vernadsky Institute of General and Inorganic Chemistry of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
},
{
"author": "M. Kulida ",
"institution": "National University of Life and Environmental Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine"
}
] |
| author_sort | Shydlovska , N. |
| baseUrl_str | https://ve.org.ua/index.php/journal/oai |
| collection | OJS |
| datestamp_date | 2026-07-18T06:32:23Z |
| description | Technological processes in which hydrogen is obtained as a by-product of plasma erosion and electrochemical coagulation purification of surface water for the needs of the energy industry and urban water supply, as well as the production of pure highly dispersed aluminium hydroxide for the chemical industry, are considered. It is proposed to expand the accepted classification of hydrogen types by technology, raw material, and type of energy used to produce it by introducing a new conditional "color" category - Silver Hydrogen. The technological map of a typical water treatment cycle of thermal units of a CHP is described and the shortcomings of the reagent chemical coagulation operation in its composition are analyzed. Alternative operations of electrochemical and plasma erosion coagulation purification of surface natural waters are described and a comparative analysis of their energy indicators is provided. The energy released during the combustion of hydrogen, which is released as a by-product in these processes, was calculated and a possible increase in their energy efficiency was analyzed under the conditions of using various coagulant-forming metals. The energy potential of using hydrogen emissions in the process of producing aluminium hydroxide at a chemical industry production plant has been determined. References 45, figures 2, tables 2.  |
| doi_str_mv | 10.36296/1819-8058.2025.3(82).204-217 |
| first_indexed | 2025-10-01T01:30:55Z |
| format | Article |
| fulltext |
204
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
УДК 620.92: 621.3.014.14: 621.317.38: 628.16.08 https://doi.org/10.36296/1819-8058.2025.3(82).204-217
ПОТЕНЦІАЛ ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ВИКИДІВ ВОДНЮ
В ЕНЕРГЕТИЦІ ТА ХІМІЧНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ
Отримано 23 лип. 2025 р.; рекомендовано до публікації 22 вер. 2025 р.
Доступно онлайн 30 вер. 2025 р.
Шидловська Н. А.1, Захарченко С. М.2,
Зайцев Є. О.3, Захарченко М. Ф.4, Куліда М. А.5
Автор для кореспонденції: Захарченко Сергій,
e-mail: snzakhar@ukr.net
Анотація. Розглянуто технологічні процеси, в яких
водень отримують як супутній продукт плазмоеро-
зійного й електрохімічного коагуляційного очищення
поверхневих вод для потреб енергетики та міських
водогонів, а також виробництва чистого високодис-
персного гідроксиду алюмінію для хімічної промисло-
вості. Запропоновано розширити прийняту класифі-
кацію видів водню за технологією, сировиною та
видом енергії отримання введенням нової умовної
«кольорової» категорії – сріблястий водень (Silver
Hydrogen). Описано технологічну карту типового ци-
клу водопідготовки теплових агрегатів ТЕЦ та проаналізовано недоліки операції реагентної хімічної
коагуляції в її складі. Описано альтернативні їй операції електрохімічного та плазмоерозійного коагу-
ляційного очищення поверхневих природних вод і наведено порівняльний аналіз їх енергетичних показни-
ків. Розраховано енергію, яка генерується під час спалювання водню, що виділяється як супутній про-
дукт у цих процесах, та проаналізовано можливе підвищення їх енергоефективності за умов
використання різних металів, що утворюють коагулянт. Визначено енергетичний потенціал викорис-
тання викидів водню в процесі отримання гідроксиду алюмінію на виробничому комбінаті хімічної про-
мисловості. Бібл. 45, рис. 2, табл. 2.
Ключові слова: водень, енергетика, електричні станції, енергоефективність, водопідготовка, елект-
рохімічна коагуляція, плазмоерозійна коагуляція, гідроксид алюмінію.
POTENTIAL FOR THE USE OF TECHNOLOGICAL HYDROGEN EMISSIONS
IN THE ENERGY AND CHEMICAL INDUSTRIES
Received Jul. 23, 2025; accepted Sept. 22, 2025
Available online Sept. 30, 2025
Shydlovska N.1, Zakharchenko S.2,
Zaitsev Ie.3, Zakharchenko M.4, Kulida M.5
Author for correspondence: Zakharchenko Serhii,
e-mail: snzakhar@ukr.net
Abstract. Technological processes in which hydrogen is ob-
tained as a by-product of plasma erosion and electrochem-
ical coagulation purification of surface water for the needs
of the energy industry and urban water supply, as well as
the production of pure highly dispersed aluminium hydrox-
ide for the chemical industry, are considered. It is proposed
to expand the accepted classification of hydrogen types by
1 чл.-кор. НАН України, д-р. техн. наук, професор
http://orcid.org/0000-0002-9907-7416
2 д-р. техн. наук, ст. наук. співроб.
http://orcid.org/0000-0002-8597-8045
3д-р. техн. наук, ст. наук. співроб.
https://orcid.org/0000-0003-3303-471Х
4 канд. хім. наук
https://orcid.org/0000-0001-9408-6850
5 канд. вет. наук
https://orcid.org/0000-0001-8937-1972
1, 2, 3 Інститут електродинаміки НАН України,
м. Київ, Україна
4 Інститут загальної та неорганічної хімії
ім. В. І. Вернадського НАН України, м. Київ, Україна
5 Національний університет біоресурсів та
природокористування України, м. Київ, Україна
1 Сorresponding member of NAS of Ukraine,
Dr. of Techn. Science, Prof.
http://orcid.org/0000-0002-9907-7416
2 Dr. of Science (Techn.)
http://orcid.org/0000-0002-8597-8045
3 Dr. of Science (Techn.)
https://orcid.org/0000-0003-3303-471Х
4 Cand. of Science (Chemical)
https://orcid.org/0000-0001-9408-6850
5 Cand. of Science (Veterinary)
https://orcid.org/0000-0001-8937-1972
1, 2, 3 Institute of Electrodynamics of the NAS of
Ukraine, Kyiv, Ukraine
205
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
technology, raw material, and type of energy used to pro-
duce it by introducing a new conditional "color" category -
Silver Hydrogen. The technological map of a typical water
treatment cycle of thermal units of a CHP is described and
the shortcomings of the reagent chemical coagulation op-
eration in its composition are analyzed. Alternative operations of electrochemical and plasma erosion coagulation
purification of surface natural waters are described and a comparative analysis of their energy indicators is pro-
vided. The energy released during the combustion of hydrogen, which is released as a by-product in these pro-
cesses, was calculated and a possible increase in their energy efficiency was analyzed under the conditions of using
various coagulant-forming metals. The energy potential of using hydrogen emissions in the process of producing
aluminium hydroxide at a chemical industry production plant has been determined. References 45, figures 2, ta-
bles 2.
Keywords: hydrogen, energy, power plants, energy efficiency, water treatment, electrochemical coagulation,
plasma-erosion coagulation, aluminium hydroxide.
Вступ. У відповідності до Європейської зеленої угоди,
Європейського кліматичного пакту, Стратегії адаптації
до змін клімату, Водневої стратегії Європейського Союзу
та інших документів [1–4], частина з яких наразі імпле-
ментується в Україні [5], одним зі шляхів боротьби з не-
гативними наслідками глобального потепління є декар-
бонізація енергетики [6, 7] та інших енергоємних
галузей економіки [8–10]. Як одна з альтернатив вугле-
водневим викопним джерелам енергії пропонується
збільшення частки використання водню та відновлюва-
них джерел енергії, а також їх поєднання [3, 4, 11, 12].
Залежно від технології виробництва або видобутку во-
дню та джерел енергії, які при цьому використовуються,
розрізняють його види за умовними «кольорами» [13–
15], класифікацію яких наведено в табл. 1.
Докладно описані у науковій літературі технології вироб-
ництва водню [16–18], які класифіковані за умовними
«кольорами» [13, 14], не охоплюють усіх можливих про-
цесів його отримання. Зокрема, існують технологічні про-
цеси, в яких водень є супутнім продуктом основного ви-
робництва. Одним з багатьох прикладів таких процесів є
операція освітлення поверхневих природних вод мето-
дом плазмоерозійної коагуляції, що застосовується в тех-
нологічному циклі водопідготовки для підживлення теп-
лових агрегатів атомних (АЕС), теплових (ТЕС)
електричних станцій і теплових енергетичних централей
(ТЕЦ). У зв’язку з цим доцільним є введення додаткового
виду водню до існуючої класифікації, а саме сріблястого
водню, що дозволяє відобразити його походження як су-
путнього продукту технологічних процесів отримання гі-
дроксидів металів в результаті хімічної взаємодії води і
чистих металів під дією електричної енергії (табл. 1).
Постановка завдання. Метою роботи є визначення та
порівняльний аналіз енергетичного потенціалу викори-
стання технологічних викидів водню на деяких опера-
ціях підприємств енергетики і хімічної промисловості та
підвищення їхньої енергоефективності.
Задачі дослідження. 1. Обґрунтування введення нового
умовного «кольору» водню, який отримують як техно-
логічні викиди на операціях виробництва гідроксидів
металів з них або їхніх сполук та води при використанні
електричної енергії. 2. Порівняльний аналіз особливос-
тей, переваг і недоліків традиційних та перспективних
технологій водопідготовки для підживлення теплових
агрегатів ТЕЦ, ТЕС і АЕС з огляду на можливість викори-
стання викидів водню. 3. Порівняльний аналіз питомих
витрат енергії в процесах електрохімічної та плазмое-
розійної коагуляції. 4. Порівняльний аналіз енергетич-
ної ефективності використання технологічних викидів
водню на операціях підприємств енергетики і хімічної
промисловості.
Виклад основного матеріалу. Сьогодні найпоширені-
шою технологією водопідготовки поверхневих природ-
них вод для потреб теплових агрегатів ТЕС, ТЕЦ і АЕС є
реагентна хімічна обробка [19, 20]. Технологічна карта
типової реагентної хімічної водопідготовки (рис. 1) мі-
стить перелік наступних основних операцій: 1) механі-
чна фільтрація від крупнодисперсних домішок; 2) освіт-
лення з видаленням дрібнодисперсних домішок;
3) відстоювання та зберігання; 4) фільтрація через меха-
нічні фільтри з антрацитовою крихтою; 5) деіонізація на
катіонітних фільтрах І щабля; 6) деіонізація на аніоніт-
них фільтрах І щабля; 7) дегазація та десорбція вуглеки-
слого газу CO2 у декарбонізаторі; 8) деіонізація на катіо-
нітних фільтрах ІІ щабля; 9) деіонізація на аніонітних
фільтрах ІІ щабля; 10) фільтрація через фільтри сумісної
дії та подача води на котли.
На першій операції (рис. 1) сира вода зі ставка-охоло-
джувача або іншого джерела води подається на фільтри
грубого механічного очищення, на яких з неї вилуча-
ються крупнодисперсні сторонні предмети. Типові хімі-
чні показники якості поверхневої природної води в рай-
оні міста Києва після цієї операції такі: середня загальна
жорсткість ЖСР = 3,0 мг·екв/кг, загальна лужність ЛЗАГ =
2,4 мг·екв/кг, вміст солей ВС = 215 мг/кг, концентрація
основних катіонів та аніонів: Fe2+ = 0,49 мг/кг; SiO3
2– =
7,6 мг/кг; SO4
2– = 17,8 мг/кг, окиснюваність (хімічне пог-
линання кисню) Ок = 6,7 мг/кг.
На другій та третій операціях – коагуляційного освіт-
лення та відстоювання, – з води вилучається більшість
4 V. I. Vernadsky Institute of General and Inorganic
Chemistry of the NAS of Ukraine, Kyiv, Ukraine
5 National University of Life and Environmental
Sciences of Ukraine, Kyiv, Ukraine
206
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
аніонів та катіонів солей жорсткості й важких металів,
органічних і неорганічних забруднень, дисперсних до-
мішок, водоростей та інших мікроорганізмів. Хімічні по-
казники якості води після третьої операції (рис. 1) такі:
середня загальна жорсткість ЖСР = 1,0 мг·екв/кг, зага-
льна лужність ЛЗАГ = 0,9 мг·екв/кг, окиснюваність Ок =
3,5 мг/кг, концентрація катіонів та аніонів: Fe2+ =
0,25 мг/кг, SiO3
2– = 4,0 мг/кг.
Як коагулянт на другій операції використовуються гідро-
ксиди алюмінію Al(OH)3 або тривалентного заліза
Fe(OH)3. Для освітлення поверхневих вод у районі міста
Києва їх концентрація n зазвичай становить від 0,05 до
0,15 моль/м3 [20], яка залежить від пори року, темпера-
тури води, виду і концентрації в ній розчинених та дис-
персних домішок і мікроорганізмів. Гідроксиди цих ме-
талів утворюються внаслідок взаємодії води, що
оброблюється, та допоміжних реагентів з такими дію-
чими речовинами: сірчанокислими алюмінієм Al2(SO4)3
чи тривалентним залізом Fe2(SO4)3 або хлоридом трива-
лентного заліза FeCl3.
Таблиця 1. Умовні «кольори» водню
Table 1. Conventional “colors” of hydrogen
«Колір» за термінологією Технологія отримання Сировина та джерело енергії
Білий Видобуток з надр Природній викопний водень
Чорний
Газифікація вугілля
Чорне вугілля
Коричневий (бурий) Буре вугілля
Сірий Парова конверсія метану
Метан з водяною парою
Блакитний
Парова конверсія метану з утилі-
зацією вуглецю
Бірюзовий
Піроліз метану з утилізацією вуг-
лецю
Метан
Смарагдовий Термоплазмовий електроліз Біометан, природній газ і вода
Зелений
Електроліз води
Вода та енергія сонячних, вітрових та гідро-
електростанцій
Помаранчевий (Жовтий)
Вода та енергія атомних (та інших – жов-
тий) електростанцій
Рожевий
Вода та енергія атомних електростанцій
безпосередньо на них Червоний
Хімічне розкладення води за ви-
соких температур у присутності
каталізаторів
Пурпурний Піроліз води
Вода та енергія термоядерних електро-
станцій
Золотий Ферментизація олії мікробами Олія виснажених нафтових свердловин
Сріблястий
Супутній продукт технологічних
процесів
Вода і метали або їх сполуки та електрична,
хімічна, теплова енергія
Оскільки зазначені вище речовини гігроскопічні, то у
зневодненому стані їх можна отримати після спеціаль-
них операцій та зберігати лише за спеціальних умов.
Тому в такому стані вони доступні лише у невеликих
партіях для застосування в аналітичній хімії. У партіях
промислових масштабів всі вони мають гідратні оболо-
нки, а їхні хімічні формули мають вигляд:
Al2(SO4)318H2O, Fe2(SO4)39H2O та FeCl36H2O [21–23].
Хоча гідратна оболонка не впливає на сутність хімічних
реакцій з цими речовинами, її необхідно враховувати в
процесі розрахунку кількості речовин, необхідних для
коректного протікання реакцій.
Теоретично в певних умовах існує ймовірність проті-
кання хімічних реакцій взаємодії зазначених вище
діючих речовин з водою без допоміжних речовин з
утворенням гідроксидів металів, наприклад [24]:
Al2(SO4)3 + 6H2O = 2Al(OH)3↓ + 3H2SO4. (1)
Fe2(SO4)3 + 6H2O = 2Fe(OH)3↓ + 3H2SO4. (2)
FeCl3 + 3H2O = Fe(OH)3↓ + 3HCl. (3)
Як випливає з (1) – (3), разом з гідроксидами металів у та-
ких реакціях утворюються ще й кислоти: сірчана в (1) і (2)
та соляна в (3), що шкодить показникам якості води, яка
очищується. На додачу до цього на практиці без допоміж-
них речовин реакція (1) може протікати взагалі без утво-
рення коагулянту Al(OH)3 згідно з такими рівняннями [25]:
Al2(SO4)3 + 2H2O = 2AlOHSO4 + H2SO4. (4)
207
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
Al2(SO4)3 + 4H2O = [Al(OH)2]2SO4+2H2SO4. (5)
Реакція (2) без допоміжних речовин на практиці може
протікати згідно з рівняннями [25]:
Fe2(SO4)3 + 2H2O = 2FeOHSO4 + H2SO4. (6)
Fe2(SO4)3 + 4H2O = [Fe(OH)2]2SO4 + 2H2SO4. (7)
Реакція (3) без допоміжних речовин на практиці може
протікати згідно з рівняннями [25]:
FeCl3 + H2O = FeOHCl2 + HCl. (8)
FeCl3 + 2H2O = [Fe(OH)2]Cl + 2HCl. (9)
Щоб не протікали реакції без утворення коагулянтів (4) –
(9), до зазначених вище реагентів на практиці додають
луги, найчастіше NaOH або Ca(OH)2. У разі додавання по-
мірної кількості NaOH до Al2(SO4)3 протікає реакція [25]:
Al2(SO4)3 + 6NaOH = 2Al(OH)3↓ + 3Na2SO4. (10)
У разі додавання надлишку NaOH до Al2(SO4)3 протікає
небажана реакція без утворення коагулянту [25]:
Al2(SO4)3 + 8NaOHконц. = 2Na[Al(OH)4] + 3Na2SO4. (11)
Рис. 1. Технологічна карта водопідготовки теплових агрегатів ТЕЦ
Fig. 1. Technological map of water treatment of thermal units of CHP
Внаслідок взаємодії NaOH з Fe2(SO4)3 протікає реакція з
утворенням коагулянту [25]:
Fe2(SO4)3 + 6NaOH = 2Fe(OH)3↓ + 3Na2SO4. (12)
Внаслідок взаємодії Fe2(SO4)3 з помірною кількістю
NaOH протікає реакція з утворенням коагулянту [25]:
FeCl3 + 3NaOH = Fe(OH)3↓ + 3NaCl. (13)
Навіть з додаванням допоміжних лугів до зазначених
вище реагентів у реакціях (10) – (13) крім потрібних гідро-
ксидів металів, які утворюють коагулянт, утворюються ще
й солі лужних металів, що погіршує якість очищення води
типовою реагентною хімічною коагуляцією. Отже, недо-
ліками типової реагентної хімічної коагуляції є: 1) забруд-
нення води, яка очищується, сірчаною чи соляною кисло-
тами або їхніми солями лужних металів, 2) необхідність
точного дозування реагентів залежно від параметрів вхі-
дної води для запобігання утворенню небажаних речо-
вин (11), а також 3) екологічні ризики, пов’язані із засто-
суванням, зберіганням і транспортуванням небезпечних
реагентів, як-от гідроксид натрію.
На четвертій операції – фільтрації через механічні філь-
три з антрацитовою крихтою (див. рис. 1) найдрібніші
флокули коагулянту, а також інші забруднення видаля-
3. Відстоювання та зберігання освітленої води
Показники: ЖСР = 1,0 мг·екв/кг; ЛЗАГ = 0,9 мг·екв/кг; Fe2+ = 0,25 мг/кг; SiO3
2– = 4,0 мг/кг; Ок. = 3,5 мг/кг
4. Фільтрація через механічні фільтри з антрацитовою крихтою
5. Деіонізація в H+-катіонітних фільтрах І щабля
Показники: Кисл. = 1,4–1,6 мг·екв/кг; Na+ < 0,4 мг/кг. Реагенти: катіоніт КУ-2-8
7. Десорбція CO2 в декарбонізаторі
Показники: CO2 < 5 мг/кг
8. Деіонізація в H+-катіонітних фільтрах ІІ щабля
Показники: ЖСР = 0,002 – 0,005 мг·екв/кг; Кисл. < 0,2 мг·екв/кг; Na+ < 0,1 мг/кг. Реагенти: катіоніт КУ-2-8 або сульфагель
2. Освітлення реагентною хімічною коагуляцією
Показники: ЖСР = 1,0 мг·екв/кг; ЛЗАГ = 0,9 мг·екв/кг; Fe2+ = 0,25 мг/кг; SiO3
2– = 4,0 мг/кг; Ок. = 3,5 мг/кг
Реагенти: Fe2(SO4)39H2O: n = 0,025–0,075 моль/м3; Ca(OH)2; NaOH; H2SO4
10. Фільтрація через фільтри сумісної дії та подача води на котли
Показники: ЖСР = 0,002 мг·екв/кг; ЛЗАГ = 0,02 мг·екв/кг; Кисл. < 0,2 мг·екв/кг; Na+ < 0,01 мг/кг; SiO3
2– = 0,002 мг/кг; Ок. = 0,25 мг/кг;
ϰ=3 мкСм/см. Реагенти: катіоніт КУ-2-8 та аніоніт АB-17-8
6. Деіонізація в аніонітних фільтрах І щабля
Показники: ЛЗАГ = 0,02 мг·екв/кг; Cl– < 5 мг/кг. Реагенти: аніоніт АН-31
9. Деіонізація в аніонітних фільтрах ІІ щабля
Показники: ЛЗАГ = 0,02 мг·екв/кг; SiO3
2– < 0,3 мг/кг; ϰ=3 мкСм/см. Реагенти: аніоніт АB-17-8
1. Механічна фільтрація сирої води зі ставка-охолоджувача
Показники: ЖСР = 3,0 мг·екв/кг; ЛЗАГ = 2,4 мг·екв/кг; ВС=215 мг/кг; Fe2+ = 0,49 мг/кг; SiO3
2– = 7,6 мг/кг; SO4
2– = 17,8 мг/кг; Ок. = 6,7 мг/кг
208
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
ються з води. Така вода може бути задіяна в теплових
агрегатах з низькими вимогами до якості води, напри-
клад, для водогрійних котлів. Тоді вода після четвертої
операції подається в їх систему підживлення. Для паро-
вих котлів ТЕС, ТЕЦ і АЕС вимоги до якості води вищі,
тому в цьому випадку використовуються додаткові тех-
нологічні операції. Подальша демінералізація може
бути досягнута за допомогою фільтрів іонного обміну.
На п’ятій операції (див. рис. 1) вода проходить через ка-
тіонітні фільтри I щабля, в яких використовується катіо-
ніт КУ-2-8. Кислотність (Кисл. на рис. 1) води після цієї
операції знижується до 1,4–1,6 мг·екв/кг, а концентра-
ція іонів натрію Na+ в ній – до 0,4 мг/кг і нижче. На шос-
тій операції вода проходить через аніонітні фільтри I ща-
блю, в яких використовується аніоніт АН-31. Загальна
лужність ЛЗАГ води після цієї операції знижується до
0,02 мг·екв/кг, а концентрація іонів хлору Cl– в ній – до
5 мг/кг і нижче.
На сьомій операції відбувається видалення з води вуг-
лекислого газу в декарбонізаторі. Його концентрація
зменшується до 5 мг/кг. В ході цього процесу забезпе-
чується усунення карбонатної складової жорсткості
води. На восьмій операції вода пропускається через ка-
тіонітні фільтри II щабля з катіонітом КУ-2-8 або сульфа-
гелем. Середня жорсткість води знижується до ЖСР =
0,002–0,005 мг·екв/кг, кислотність до Кисл. <
0,2 мг·екв/кг, концентрація іонів натрію до Na+ <
0,1 мг/кг. На дев’ятій операції вода проходить через ані-
онітні фільтри II щабля, в яких використовується аніоніт
АB-17-8. Загальна лужність води після цієї операції ста-
новить ЛЗАГ = 0,02 мг·екв/кг, концентрація іонів SiO3
2– <
0,3 мг/кг, а питома електропровідність становить ϰ =
3 мкСм/см.
Останньою операцією (див. рис. 1) перед подачею води
на парові котли є фільтрація через іонообмінні фільтри
сумісної дії з катіонітом КУ-2-8 та аніонітом АB-17-8. Пі-
сля цієї операції показники води такі: середня жорст-
кість ЖСР = 0,002 мг·екв/кг, загальна лужність ЛЗАГ =
0,02 мг·екв/кг, кислотність Кисл. < 0,2 мг·екв/кг, конце-
нтрація іонів натрію Na+ < 0,01 мг/кг, SiO3
2– =
0,002 мг/кг, окиснюваність Ок. = 0,25 мг/кг, питома еле-
ктропровідність ϰ = 3 мкСм/см.
Альтернативами реагентній хімічній коагуляції, яка ви-
користовується на другій операції технологічного циклу
водопідготовки (див. рис. 1), можуть бути електрохімі-
чна [19], іскроерозійна [20] та її більш сучасна версія з
покращеними характеристиками – плазмоерозійна коа-
гуляція [19]. Ці методи не потребують залучення хіміч-
них реагентів у вигляді солей, лугів та кислот, частина з
яких є небезпечними, а лише металів, що утворюють ко-
агулянт, електричної енергії та води, яка оброблюється.
Вони дозволяють позбутися описаних вище трьох недо-
ліків типової реагентної хімічної коагуляції. Крім того, у
цих процесах, на відміну від описаних вище, виділяється
водень [19], який з технологічних відходів може стати
джерелом енергії.
Незважаючи на те, що технологічні викиди водню не є
прямим способом його виробництва, процеси, що ле-
жать в основі його отримання, багато в чому збігаються
з тими, що застосовуються під час електролізу води. Це
є певними передумовами визначення «кольору» во-
дню, який отримують у таких процесах як жовтий у зага-
льному випадку або помаранчевий чи рожевий, якщо
процеси відбуваються з використанням енергії АЕС та
безпосередньо на них [13]. Але з огляду на те, що у роз-
глянутих процесах водень є супутнім продуктом і в цих
процесах може використовуватися енергія з різних дже-
рел, а не тільки енергія АЕС, вважаємо, що більш корек-
тно визначити його умовний «колір» як сріблястий.
Фізико-хімічні особливості та енергетичні параметри
електрохімічної коагуляції. У процесі електрохімічної
коагуляції під дією електричного струму анод, виготов-
лений з металу, що утворює коагулянт (Al або Fe), роз-
чиняється у воді, яка оброблюється [26]. Іони розчине-
ного металу (Al або Fe) зі ступенем окислення +3 (Me3+)
вступають у хімічний зв'язок з гідроксилами (OH–), які
утворюються в процесі дисоціації молекул води, та утво-
рюють гідроксид металу Me(OH)3. Обидва розглянуті
метали, що утворюють коагулянт, Al та Fe, мають
від’ємне значення стандартного електродного потенці-
алу і в разі ідеального стану їх поверхні повинні взаємо-
діяти з водою без залучення сторонніх джерел енергії
згідно з хімічною реакцією [24]:
2Me + 6H2O = 2Me(OH)3 + 3H2↑. (14)
Проте на практиці на поверхні металів завжди присутні
оксидні або гідроксидні пасивуючі плівки, які суттєво га-
льмують або роблять взагалі неможливим протікання
реакції (14) без залучення сторонніх джерел енергії.
Щоб забезпечити протікання реакції (14), необхідно ви-
тратити енергію, яка дорівнює вільній енергії Ґіббза
утворення цих сполук ΔG0
298. Якщо на місці зруйнованої
плівки одразу ж утворюється нова, то щоб отримати чи-
стий метал, плівку необхідно руйнувати щоразу. Теоре-
тичне значення питомої енергії відновлення 1 кг металу
внаслідок руйнування молекули його оксиду або гідро-
ксиду, яка містить NMe атомів металу Me з молярною ма-
сою MMe (одиниця виміру якої кг/моль), розраховується
за формулою:
wet = – ΔG0
298/(NMe·MMe). (15)
На поверхні алюмінієвих електродів майже завжди
утворюється оксидна плівка Al2O3. Енергія Ґіббза утво-
рення цієї сполуки становить –1582,3 кДж/моль, а тео-
ретичне значення питомої енергії відновлення металу з
неї, згідно з (15), wetAl = 8,14 кВт·год/кг [19]. Серед усіх
сполук заліза, які можуть утворитися на поверхні заліз-
них електродів у таких умовах, найбільшу енергію руй-
нування має його гідроксид Fe(OH)3. Теоретичне зна-
чення питомої енергії відновлення металу з цієї сполуки
становить wetFe = 3,47 кВт·год/кг [19].
Найбільш енергоефективні, так звані щілинні (з відс-
танню між електродами менше 15 мм і великою пло-
щею їхньої поверхні) [27], електрокоагулятори в
209
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
лабораторних умовах під час обробки води, близької за
параметрами до «сирої», забезпечують практичне зна-
чення питомої енергії, що витрачається на електрохімі-
чне розчинення 1 кг алюмінію близько wepAl =
15 кВт·год/кг, а 1 кг заліза wepFe = 7,2 кВт·год/кг [19].
Зважаючи на те, що у формулі хімічної реакції окис-
лення металу (14) бере участь NMe = 2 його атомів, а на-
томість утворюється NH2 = 3 молекул водню з молярною
масою MH2, питомі як теоретичні, так і практичні витрати
енергії на утворення 1 кг водню знайдемо через питомі
витрати на відновлення металу з наступним його елект-
рохімічним розчиненням:
weH2 = weMe·NMe·MMe/(NH2·MH2). (16)
Оскільки молярна маса водню становить
MH2 = 0,002 кг/моль, алюмінію – MAl = 0,027 кг/моль, а
заліза – MFe = 0,056 кг/моль, то згідно з (16) теоретичні
питомі витрати енергії на отримання 1 кг водню в про-
цесі виробництва електролізом гідроксиду алюмінію
становлять wetH2Al = 73,26 кВт·год/кг, а в процесі вироб-
ництва гідроксиду заліза – wetH2Fe = 64,77 кВт·год/кг. Ві-
дповідні практичні питомі витрати енергії становити-
муть wepH2Al = 135 кВт·год/кг у процесі виробництва
гідроксиду алюмінію і wepH2Fe = 134,4 кВт·год/кг у про-
цесі виробництва гідроксиду заліза. Тобто теоретичні
питомі витрати на отримання 1 кг водню в процесі ви-
робництва електролізом гідроксиду алюмінію лише на
12 % вище, ніж у процесі виробництва електролізом гід-
роксиду заліза, а практичні питомі витрати в цих проце-
сах майже збігаються і в 1,84 раза перевищують відпові-
дні теоретичні у випадку алюмінію та у 2,08 разів у
випадку заліза.
Нижча питома теплота згоряння водню згідно з [28] ста-
новить wH = 119,7 МДж/кг або wH2 = 33,25 кВт·год/кг.
Тоді в разі спалювання без втрат технологічних викидів
водню, отриманих у процесі виробництва гідроксиду
алюмінію у відносних величинах теоретично можливо
повернути 100 %·wH2/wetH2Al = 100 %·33,25 / 73,26 = 45 %
енергії, а в разі виробництва гідроксиду заліза
100 %·wH2/wetH2Fe = 100 %·33,25 / 64,77 = 51 %. Відсоток
енергії від практичних витрат, яку можна повернути та-
ким чином у процесі виробництва як гідроксиду алюмі-
нію, так і гідроксиду заліза, становить приблизно
100 %·wH2/wepH2Al = 100 %·33,25 / 135 = 25 %.
Через технологічні та аварійні втрати води, яка викори-
стовується як теплоносій у теплових мережах ТЕС, ТЕЦ і
АЕС, необхідне постійне їх підживлення. Для кожної ста-
нції значення продуктивності підживлення QH2O, яка ви-
мірюється в м3/год індивідуальне і залежить від її поту-
жності, протяжності теплових мереж, їх технічного стану
і стану іншого теплового обладнання, особливостей те-
хнологічних процесів тощо [20]. Для Дарницької ТЕЦ-4
м. Києва (ТОВ «Євро-Реконструкція») зі встановленою
тепловою потужністю 1080 Гкал/год. (1256 МВт) цей
показник перебуває на рівні Q = 300 м3/год.
Продуктивність отримання водню в таких умовах, вра-
ховуючи (14), знайдемо за формулою:
QH2 = 3·QH2O·n·MH2/2. (17)
Якщо в процесі очищення води необхідно забезпечу-
вати концентрацію гідроксиду Al або Fe на рівні
n = 0,15 моль/м3, то за продуктивності очищення
QH2O = 300 м3/год продуктивність отримання водню ста-
новитиме QH2 = 0,135 кг/год. Цього замало, щоб гово-
рити про промислові масштаби з погляду енергетики,
але його утилізація дозволить не тільки повернути бли-
зько 25 % енергії, яка витрачається на виробництво гід-
роксиду, а й зменшити пожежну та вибухову небезпеку
виробництва. Можливо, в інших, більш продуктивних
процесах, технологічні викиди водню становитимуть бі-
льший промисловий інтерес.
Гідроксид алюмінію використовується не тільки як коа-
гулянт на операції освітлення поверхневих природних
вод у циклах водопідготовки як для теплових агрегатів
ТЕС, ТЕЦ і АЕС, так і на станціях очищення води міських
водогонів [29]. Також він широко використовується у
фармацевтичній [30] та хімічній промисловості, напри-
клад, для виробництва високоактивних каталізаторів на
базі гама-фази оксиду алюмінію (γ–Al2O3), яка з усіх ві-
домих його фаз має найбільше відношення площі пове-
рхні до маси частинок однакових розмірів [31, 32].
Однією з технологій виробництва ультрадисперсного хі-
мічно чистого (білого) γ–Al2O3 [33] є термічна дегідрата-
ція чистого гідроксиду алюмінію [32], згідно з реакцією:
OHOAlOHAl
CT
232
575
3 3)(2 +→
. (18)
Потужність такого виробництва в масштабах одного
комбінату може сягати порядку 20 000 т/рік [34], тобто
порядку 2000 кг/год. Для досягнення зазначеної проду-
ктивності з виробництва оксиду алюмінію, відповідно
до рівняння (18) та з урахуванням атомних мас елемен-
тів, необхідно забезпечити подачу гідроксиду алюмінію
в кількості 3056 кг/год як сировини. Якщо гідроксид
алюмінію підвищеної чистоти та дисперсності отриму-
вати з металу і води згідно з реакцією (14), то з ураху-
ванням атомних мас елементів, які до неї входять, буде
виділятися приблизно 117,6 кг/год водню, що вже
може становити промисловий інтерес. Один з промис-
лових генераторів розрядних імпульсів, який викорис-
товується в технологічному процесі отримання гідрок-
сиду алюмінію іскроерозійним диспергуванням шарів
його гранул у воді описано в [35].
Принцип іскро- і плазмоерозійної коагуляції та їх ене-
ргетичні аспекти. Ще одними технологіями, які можуть
становити альтернативу реагентній хімічній коагуляції
на операції освітлення поверхневих природних вод у
циклі їх підготовки для потреб теплових агрегатів ТЕС,
ТЕЦ і АЕС (рис. 1) можуть бути іскроерозійна [20] та її
більш сучасна версія з покращеними характеристи-
ками – плазмоерозійна коагуляції [19]. Як електрохімі-
чна, так і іскро- та плазмоерозійна коагуляції базуються
на хімічній реакції (14). Однак, на відміну від електрохі-
мічної коагуляції, в останніх двох видах коагуляції в хімі-
чну реакцію з водою вступають не масивні електроди з
210
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
Al та Fe, а їхні дисперсні частинки, які утворюються в
процесі розплавлення і випаровування металу гранул
внаслідок дії на них іскрових та стримерно-лідерних ка-
налів.
Спрощену функціональну схему технологічного облад-
нання, яке реалізує іскро- або плазмоерозійне коагуля-
ційне очищення води, представлено на рис. 2. Облад-
нання функціонує в такий спосіб. Сира вода з високим
вмістом домішок через вхідний електромагнітний кла-
пан (поз. 1 на рис. 2) та механічний фільтр грубого очи-
щення (поз. 2 на рис. 2) подається до верхнього баку
(поз. 3). У разі заміни типової реагентної хімічної коагу-
ляції на іскро- або плазмоерозійну як фільтр (поз. 2 на
рис. 2) може бути використаний уже наявний фільтр гру-
бого механічного очищення.
З верхнього баку через вентиль регулювання протоку
(поз. 4) та ротаметр (поз. 5) вода подається до розряд-
ної камери (РК) (поз. 6), де відбувається активна фаза її
обробки. В РК розташовано занурений у воду, що обро-
блюється, шар гранул металу, що утворює коагулянт (Al
або Fe). До нього через електроди від спеціального ге-
нератора розрядних імпульсів (ГРІ на рис. 2) підводять
короткі (тривалістю τ від 0,5 до 200 мкс, залежно від те-
хнологічного режиму) імпульси електричної енергії W
(від 0,2 до 10 Дж, залежно від потужності обладнання
та режимів його роботи). Керування режимами роботи
ГРІ здійснюється за допомогою його блока керування,
який на рис. 2 позначений БК.
Напруги електричних імпульсів (з амплітудою Um від 100
до 600 В, залежно від параметрів обладнання і техноло-
гічних режимів) достатньо для електричного пробою па-
сивуючих окисних плівок на поверхні гранул та води, що
їх оточує, за одним з описаних у [36] механізмів та фор-
мування багатьох одночасно існуючих каналів проті-
кання електричного струму в усьому шарі гранул від од-
ного електрода до іншого [37]. Залежно від
еквівалентного електричного опору кожного конкрет-
ного каналу протікання електричного струму між пове-
рхнями сусідніх гранул металу та інших умов у ньому
[36, 37] канал може бути омічним (без іонізації молекул
води, пару і газу та атомів металу) або плазмовим, в
якому така іонізація відбувається.
У процесі формування плазмових каналів спершу вини-
кають стримерні, а потім лідерні канали, частина з яких
еволюціонує в іскрові [36, 38]. Після виникнення плаз-
мового каналу між поверхнями сусідніх металічних гра-
нул, струм який протікає в ньому, нагріває плазму, під-
вищуючи ступінь її іонізації та розширюючи діаметр
каналу [39]. Внаслідок цього еквівалентний електрич-
ний опір каналу знижується, що призводить до збіль-
шення струму, який в ньому протікає, тобто відбувається
додатний зворотний зв’язок за струмом, який призво-
дить до лавиноподібного розширення каналу. У підсу-
мку зростаюча кінетична енергія іонів та електронів пла-
зми призводить до таких високих швидкостей
розширення каналу, за яких обмежена електрична
енергія, яка підводиться у канал, не дозволяє підтриму-
вати ступінь іонізації плазми в ньому.
Рис. 2. Функціональна схема обладнання плазмоерозій-
ного коагуляційного очищення води
Fig. 2. Functional diagram of plasma erosion coagulation
water purification equipment
Через деякий час внаслідок розльоту іонів, атомів та мо-
лекул речовин, які перебувають у плазмовому каналі,
тиск і температура в ньому падають. Це призводить до
зниження ступеня іонізації плазми, збільшення її еквіва-
лентного електричного опору і, як наслідок, зменшення
струму, що в ньому протікає й енергії, яка в ньому виді-
ляється. Тобто знову спостерігається додатній зворот-
ний зв’язок за струмом, який на цій стадії призводить до
швидкого колапсу каналу. На цій стадії еволюції каналу
тиск у ньому падає нижче атмосферного, що спричиняє
закипання й вихлюпування розплавленого металу з ді-
лянок гранул, які безпосередньо прилягають до нього,
внаслідок чого вони нагріваються до температури плав-
лення металу, а в окремих випадках і до температури
його випаровування [40].
Метал в газоподібному стані потрапляє в плазмовий ка-
нал, конденсується у парогазовій хмарі, яка його оточує
та утворює ультрадисперсну (розмірами до 1 мкм) фра-
кцію ерозійних частинок [36]. Розплавлений метал под-
рібнюється ударною хвилею, яка виникає внаслідок ко-
лапсу плазмового каналу [41], швидко охолоджується в
парогазовій хмарі, переходить у твердий стан та утво-
рює дисперсну фракцію з розмірами частинок від 1 до
30 мкм [42]. Ультрадисперсні та найменші з дисперсних
частинок металів, що утворюють коагулянт, не встига-
ють покритися пасивуючими окисними плівками і всту-
пають у хімічну взаємодію з водою, яка оброблюється,
згідно з рівнянням реакції (14).
211
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
Що менше розмір ерозійних частинок металів, то шви-
дше протікає реакція (14) і то менше металу лишається
в ядрах крупних частинок, які не встигають вступити в
реакцію (14) за час, відведений на операцію освітлення
води, що становить до 2 год. Для підвищення матері-
ало- та енергоефективності коагуляції необхідно збіль-
шувати частку ультрадисперсних частинок металів у за-
гальній масі ерозійних частинок. Одним зі способів це
зробити є істотне зменшення енергії окремих плазмо-
вих каналів внаслідок обмеження їхньої еволюції перед
іскровою стадією лідера або стримера [36].
Одним із методів обмеження еволюції плазмових кана-
лів є скорочення тривалості розрядних імпульсів до суб-
мікросекундних значень, за яких більша частина плаз-
мових каналів не встигає еволюціонувати до іскрової
стадії [36]. Для реалізації цієї концепції найкраще підхо-
дять генератори розрядних імпульсів, у вихідних колах
яких використовуються повністю керовані швидкодіючі
транзисторні силові ключі – insulated gate bipolar
transistor (IGBT) [35] або metal-oxide-semiconductor field-
effect transistor (MOSFET) [36].
Іншим методом обмеження еволюції плазмових кана-
лів, який частіше застосовується в разі використання ти-
ристорних генераторів розрядних імпульсів з неповні-
стю керованими ключами [35], є застосування
примусової механічної активації шарів металічних гра-
нул малої висоти під час їх плазмоерозійного диспергу-
вання [35, 43]. Така активація приводить до перемі-
щення та вібрації гранул в їхньому шарі з частотами
порядку 100 Гц, залежно від їхньої маси, внаслідок чого
шар гранул «розпушується». Це призводить до виник-
нення таких ефектів:
1) механічне руйнування частини окисних плівок на по-
верхні металічних гранул, що дозволяє знизити на-
пругу виникнення плазмових каналів у їхньому шарі
до десятків вольт;
2) збільшення середніх відстаней між гранулами внаслі-
док їхніх коливальних рухів, що призводить до збіль-
шення довжини плазмових каналів між їхніми повер-
хнями, збільшення їх еквівалентного електричного
опру та до зменшення значень розрядного струму й
енергії, яка виділяється в них;
3) збільшення швидкості міграції плазмових каналів по
поверхні металевих гранул та зменшення тривалості
існування окремих плазмових каналів.
Енергія, яка виділяється в окремому плазмовому каналі
може бути розрахована за формулою
( ) ( )dttituW =
1
0
1
, (19)
де u(t) – залежність від часу t миттєвих значень напруги
на плазмовому каналі;
i(t) – залежність миттєвих значень струму в каналі від
часу;
τ1 – тривалість існування плазмового каналу.
Очевидно, що зменшення кожної зі складових (19) при-
водить до зменшення енергії, яка виділяється в окремо
взятому плазмовому каналі протягом часу його існу-
вання, а значить, і до зменшення маси металу, що ви-
плавляється та випаровується з розташованих поруч із
плазмовим каналом ділянок гранул і, як наслідок, зме-
ншення розмірів ерозійних частинок металу. Механічна
активація шару металевих гранул дозволяє одночасно
зменшити значення всіх трьох складових (19) і є ефекти-
вною для зменшення розмірів ерозійних частинок мета-
лів [43].
В обладнанні на рис. 2 примусова механічна активація
шару гранул під час їх плазмоерозійного диспергування
здійснюється за допомогою вібраційного стола
(поз. 12), на який встановлена РК (поз. 6). Керування ві-
браційним столом здійснюється за допомогою блока
керування вібраційним столом, який на рис. 2 позна-
чено БКВС. Недоліком механічної активації є додаткові
затрати енергії, які залежать від маси гранул у розрядній
камері, та вібраційні навантаження на деякі вузли тех-
нологічного обладнання.
На відміну від електрохімічної коагуляції, в разі викори-
стання іскро- та плазмоерозійної коагуляції основна ча-
стина електричної енергії витрачається не на руйну-
вання окисних плівок на поверхні гранул, а на
розплавлення та випаровування їх металу. У разі нехту-
вання нагрівом всієї маси гранул та води, яка обробля-
ється, теоретичні питомі витрати енергії на ці процеси
обчислюються за формулою:
( ) ( ) vmvlmmsv TTcTTcw +−++−= 0 , (20)
де cS – середнє значення питомої теплоємності металу у
твердому стані;
T0 – температура навколишнього середовища;
Tm – температура плавлення металу;
λm – питома теплота плавлення металу;
cl – питома теплоємність металу в рідкому стані;
Tν – температура випаровування металу;
λν – питома теплота випаровування металу.
Теоретичні значення питомої енергії на розігрів, розп-
лавлення і випаровування (20) алюмінію становлять wνAl
= 3,93 кВтгод/кг, а заліза – wνFe = 2,51 кВтгод/кг [19],
що менше, ніж наведені вище витрати енергії на руйну-
вання окисних плівок на поверхні гранул відповідних
металів у процесі електрохімічної коагуляції. З урахуван-
ням (16) теоретичні питомі витрати енергії на отримання
1 кг водню в процесі виробництва плазмоерозійних ча-
стинок алюмінію становлять wνH2Al = 35,37 кВт·год/кг, а
в процесі виробництва плазмоерозійних частинок за-
ліза wνH2Fe = 46,85 кВт·год/кг.
У разі спалювання без втрат технологічних викидів во-
дню, отриманих у процесі виробництва гідроксиду алю-
мінію у відносних величинах, теоретично можливо по-
вернути 100 %·wH2/wνH2Al = 100 %·33,25 / 35,37 = 94 %
енергії, а в разі виробництва гідроксиду заліза –
100 %·wH2/wetH2Fe = 100 %·33,25 / 46,85 = 71 %.
212
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
На практиці енергія розрядних імпульсів витрачається
також і на розігрів металевих гранул і води, що оброб-
ляється, її електрохімічне розкладання, створення удар-
них хвиль та на електромагнітне випромінювання в ши-
рокому діапазоні частот: від радіо- до ультрафіоле-
тового випромінювання [43, 44]. У разі коректного ви-
бору параметрів технологічних режимів ці витрати ене-
ргії становлять незначну частку загальної енергії елект-
ричних імпульсів [36].
Як встановлено в [19], на практиці в лабораторних умовах
питомі витрати енергії на отримання 1 кг ультрадиспрес-
них плазмоерозійних частинок алюмінію становлять wpAl =
5,45 кВтгод/кг, а частинок заліза – wpFe = 3,2 кВтгод/кг. З
урахуванням (16) на практиці питомі витрати енергії на
отримання 1 кг водню в процесі виробництва плазмое-
розійних частинок алюмінію становлять wpH2Al =
49,05 кВт·год/кг, а в процесі виробництва плазмоерозій-
них частинок заліза – wpH2Fe = 59,73 кВт·год/кг. На практиці
в процесах плазмоерозійної коагуляції питомі витрати ене-
ргії на отримання водню в разі використання алюмінію ни-
жчі, ніж у разі використання заліза, тоді як у процесах еле-
ктрохімічної коагуляції – навпаки. На практиці питомі
витрати енергії на отримання водню в процесі плазмоеро-
зійної коагуляції нижчі, ніж в процесі електрохімічної коа-
гуляції в разі використання алюмінію, у 2,75 раза, а за ви-
користання заліза – у 2,25 раза. У разі використання енергії
водню, який утворюється в процесі плазмоерозійної коагу-
ляції, можливо повернути wH2/wpH2Al = 100 %·33,25 / 49,05 =
68 % енергії, яка витрачається на цей процес у разі викори-
стання алюмінію та wH2/wpH2Fe = 100%·33,25 / 59,73 = 56 % –
у разі використання заліза.
Як супутній продукт у РК виникають високоактивні хімі-
чні радикали: іони водню (H+), гідроксонію (H3O+), гідро-
ксилу (OH–), перекис водню (H2O2), озон (O3) та інші. Ра-
зом з високотемпературною мікроплазмою,
ультрафіолетовим випромінюванням та гідравлічними
ударами вони сприяють деструкції високомолекуляр-
них органічних забруднень у воді та зменшенню хіміч-
ного поглинання кисню розчином [19]. Після такої обро-
бки більшість розчинених органічних забруднень
переходять у нерозчинний стан та видаляються з води в
наступній фазі цього процесу.
Деякі з описаних вище супутніх явищ мають антимікро-
бний ефект [44], а їхнє поєднання може привести до си-
нергетичних ефектів, що виникають, наприклад, внаслі-
док спільної дії ультрафіолетового випромінювання та
активного радикала гідроксилу OH–. Таким чином, іс-
кро- та плазмоерозійна коагуляції забезпечують кращі
умови знезараження, зберігання і консервації води, ніж
типова реагентна хімічна. Додатково для боротьби з ці-
анобактеріями можна до гранул алюмінію додавати не-
велику кількість гранул міді, що забезпечить утворення
наночастинок міді у воді, які є джерелом іонів Cu2+, що
пригнічують розвиток і розмноження ціанобактерій та
іншої небажаної мікрофлори [43].
Після активної фази оброблення в розрядній камері
вода поступає до седиментаційного баку-освітлювача
(поз. 7 на рис. 2), де відбувається пасивна фаза процесу:
подальше протікання реакції (14), утворення коагуля-
нту, його визрівання, захоплення флокулами дрібноди-
сперсних домішок та іонів, їх флотація або седиментація
в донні колектори седиментаційного баку (поз. 7) та ви-
лучення з води через спеціальні вентилі (поз. 11) з на-
ступним відправленням на переробку.
Об’єм седиментаційного бака розраховано таким чи-
ном, щоб час утримання оброблюваного об’єму води
становив не менше двох годин, що є необхідною умо-
вою для забезпечення проходження повного процесу
осадження продуктів коагуляції. Для підвищення ефек-
тивності седиментаційного процесу в конструкції бака
передбачено використання лабіринтно-гравітаційних
пасток, які сприяють осадженню коагулянту. У разі за-
міни типової реагентної хімічної коагуляції на іскро- або
плазмоерозійну, можна використати наявні седимента-
ційні баки. Після операції електроерозійного коагуля-
ційного очищення вода через фільтр тонкого очищення
(поз. 8) за допомогою відцентрового насосу (поз. 9), що
приводиться в дію електродвигуном (поз. 10), спрямо-
вується на подальші операції, або в систему піджив-
лення теплових агрегатів. У разі заміни типової реагент-
ної хімічної коагуляції на іскро- або плазмоерозійну
можна використати наявні механічні фільтри з антраци-
товою крихтою.
Контроль рівня води в баках (поз. 7, 6, 7) здійснюється
за допомогою сенсорів рівня, які на рис. 2 позначені L.
Керування протоком води в автоматичному та мануаль-
ному режимах здійснюється блоком керування прото-
ком, який на рис. 2 позначено БКП. Оператор через па-
нель керування (ПК) визначає режим функціонування
БКП та задає значення технологічних параметрів.
Порівняльний аналіз питомих витрат енергії в про-
цесах електрохімічної та плазмоерозійної коагуля-
ції. Для досягнення верхньої межі необхідної для опе-
рації освітлення поверхневих вод концентрації
коагулянту Al(OH)3 або Fe(OH)3 n = 0,15 моль/м3 згідно
з його хімічною формулою та молярною масою ме-
талу, що утворює коагулянт [45], необхідна концент-
рація 4,05 г/м3 алюмінію або 8,4 г/м3 заліза. З ураху-
ванням наведених вище витрат електричної енергії на
їх розчинення в разі електрохімічної коагуляції теоре-
тичні питомі витрати енергії на освітлення води wtH2O
становитимуть 0,033 кВт·год/м3 з алюмінієвими еле-
ктродами та 0,029 кВт·год/м3 – із залізними. На прак-
тиці ці витрати wpH2O становитимуть приблизно
0,061 кВт·год/м3 як у разі використання алюмінію,
так і заліза. У разі застосування плазмоерозійної коа-
гуляції теоретичні питомі витрати енергії становити-
муть приблизно 0,016 кВт·год/м3 з алюмінієвими
гранулами та 0,021 кВт·год./м3 – із залізними. На
практиці їхні значення будуть 0,022 кВт·год/м3 та
0,027 кВт·год/м3,відповідно. Отримані енергетичні
показники електрохімічної та плазмоерозійної коагу-
ляцій узагальнимо в табл. 2.
213
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
Таблиця 2. Енергетичні показники електрохімічної та плазмоерозійної коагуляцій
Table 2. Energy indicators of electrochemical and plasma-erosion coagulation
Енергетичний показник \ вид коагуляції
Електрохімічна з Плазмоерозійна з
Al Fe Al Fe
Теоретична питома енергія на розчинення металу wtMe, кВт·год/кг 8,14 3,47 3,93 2,51
Практична питома енергія на розчинення металу wpMe, кВт·год/кг 15 7,2 5,45 3,2
Теоретична питома енергія на освітлення води wtH2O, кВт·год/м3 0,033 0,029 0,016 0,021
Практична питома енергія на освітлення води wpH2O, кВт·год/м3 0,061 0,061 0,022 0,027
Теоретична питома енергія на утворення водню wtH2, кВт·год/кг 73,26 64,77 35,37 46,85
Практична питома енергія на утворення водню wpH2, кВт·год/кг 135 135 49,05 59,73
Теоретичний відсоток повернення енергії wH2/wtMe, % 45 51 94 71
Практичний відсоток повернення енергії wH2/wpMe, % 25 25 68 56
Як випливає з табл. 2, за всіма наведеними енергетич-
ними показниками як у разі використання Al, так і Fe,
плазмоерозійна коагуляція ефективніша за електрохімі-
чну, особливо це відчутно в разі використання Al. Вико-
ристання гранул алюмінію в процесі плазмоерозійної
коагуляції забезпечує кращі значення 6 з 8 енергетичних
показників табл. 2, ніж використання гранул заліза. У
процесі електрохімічної коагуляції використання заліз-
них електродів забезпечує вищі значення 5 з 8 енерге-
тичних показників, ніж використання алюмінієвих елек-
тродів. Тобто з погляду енергоефективності
плазмоерозійна коагуляція з використанням алюмініє-
вих гранул є найкращою з усіх розглянутих.
Узагальнення та висновки. 1. Обґрунтовано введення
сріблястого умовного «кольору» водню, який отриму-
ють як технологічні викиди на операціях виробництва гі-
дроксидів металів з них або їхніх сполук та води при ви-
користанні електричної енергії. Наведено приклади
таких операцій в енергетиці та в хімічній промисловості.
Запропоновано використовувати такий водень для під-
вищення енергоефективності технологічних процесів.
2. Вперше розраховано енергетичну ефективність вико-
ристання технологічних викидів водню на операціях
електрохімічного та плазмоерозійного коагуляційного
освітлення поверхневих природних вод у циклі водопі-
дготовки для теплових агрегатів ТЕЦ, ТЕС і АЕС, а також
у процесі виробництва гідроксиду алюмінію в хімічній
промисловості.
3. Теоретичні розрахунки та результати експериментів
показали, що плазмоерозійна коагуляція у порівнянні з
електрохімічною є більш енергоефективною. Викорис-
тання гранул алюмінію у порівнянні з гранулами заліза
в процесі плазмоерозійної коагуляції і залізних електро-
дів у порівнянні з алюмінієвими в процесі електрохіміч-
ної коагуляції забезпечує кращі значення більшості ене-
ргетичних показників.
4. Використання енергії водню, який утворюється в про-
цесі електрохімічної коагуляції, дозволяє повернути від
25 % на практиці до 51 % в теорії енергії, яка витрачається
на цей процес. У разі плазмоерозійної коагуляції на прак-
тиці цей показник може становити від 56 до 68 %.
5. Вперше визначено та виконано порівняльний аналіз
енергетичного потенціалу використання викидів водню
на зазначених вище операціях.
6. Потужність виробництва чистого гідроксиду алюмі-
нію для подальшого отримання з нього ультрадисперс-
ного хімічно чистого (білого) гама-оксиду алюмінію для
каталізатора з високим співвідношенням площі повер-
хні до маси в масштабах одного комбінату може стано-
вити 2000 кг/год. Якщо для цього використовується
один з наведених вище методів, то супутні виділення
водню становлять 117,6 кг/год.
Фінансування. Роботу виконано за рахунок бюджетної
теми «Розробити нові математичні моделі та методи
дослідження електрофізичних процесів і полів в елект-
ротехнічному обладнанні для вирішення задач його на-
дійної експлуатації та діагностування» (шифр «Ком-
плекс-5»). Державний реєстраційний номер
0121U107443, КПКВК 6541030.
ПОСИЛАННЯ
1. Мітрясова О. П., Смирнов В. М., Марійчук Р. Т., Чвир В.
А. Європейські зелені виміри: навч. посібник / за ре-
дакцією проф. Олени Мітрясової. Миколаїв: ЧНУ імені
Петра Могили, 2024. 471 с.
2. Bonciu F. The European Union Hydrogen Strategy as a
significant step towards a circular economy. Romanian
Journal of European Affairs. 2020. Vol. 20. No. 2. Pp. 36–
48.
3. Рєпкін О. О. Аспекти розвитку водневої енергетики Ук-
раїни за рахунок використання енергії від відновлю-
ваних джерел. Відновлювана енергетика. 2023. № 3.
С. 101–105. DOI: https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2023.3(74)101-105
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.3(74)101-105
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.3(74)101-105
214
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
4. Кудря С. О., Яценко Л. В., Шинкаренко Л. Я., Ткале-
нко М. Д. Електролітичне виробництво водню для віт-
роводневих станцій. Відновлювана енергетика.
2023. № 3. С. 92–100. DOI:
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.3(74)92-100
5. Рибальченко В. А. Вітоенергетика та опріснення води.
Відновлювана енергетика. 2024. № 3. С. 92–109. DOI:
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78)92-109
6. Tian X., An Ch., Chen Zh. The role of clean energy in
achieving decarbonisation of electricity generation,
transportation, and heating sectors by 2050: A meta-
analysis review. Renewable and Sustainable Energy
Reviews. 2023. Vol. 182. Pp. 113404. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113404
7. Papadis E., Tsatsaronis G. Challenges in the decarboniza-
tion of the energy sector. Energy. 2020. Vol. 205.
Pp. 118025-1–118025-15. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118025
8. Morte I. B., Araújo O. F., Morgado C. V., Medeiros J. L.
Electrification and decarbonization: a critical review of in-
terconnected sectors, policies, and sustainable develop-
ment goals. Energy Storage and Saving. 2023. No 2.
Pp. 615–630. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.enss.2023.08.004
9. Beccarello M., Foggia G. Review and Perspectives of Key
Decarbonization Drivers to 2030. Energies. 2023. Vol. 16.
Pp. 1345-1–1345-13. DOI:
https://doi.org/10.3390/en16031345
10. Superchi F., Mati A., Carcasci C., Bianchini A. Techno-eco-
nomic analysis of wind-powered green hydrogen produc-
tion to facilitate the decarbonization of hard-to-abate
sectors: A case study on steelmaking. Applied Energy.
2023. Vol. 342. Pp. 121198-1–121198-26. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121198
11. Шрам О. А., Качан Ю. Г. Щодо можливостей викорис-
тання систем водневого накопичення енергії в межах
промислових підприємств з власними відновлюва-
ними джерелами енергії. Відновлювана енергетика.
2024. № 2. С. 117–122. DOI:
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.2(77)117-122
12. Будько В. І., Карпчук Г. Л., Козачук О. В., Будько М. О.,
Коханєвич В. В. Особливості реалізації сонячно-водне-
вої автономної заправної станції електромобілів. Від-
новлювана енергетика. 2024. № 3. С. 26–33. DOI:
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78)26-33
13. Cheng W., Lee S. How Green Are the National Hydrogen
Strategies? Sustainability. 2022. Vol. 14. Pp. 1930-1–
1930-33. DOI: https://doi.org/10.3390/su14031930
14. Arcos J. M., Santos D. M. The Hydrogen Color Spectrum:
Techno-Economic Analysis of the Available Technologies
for Hydrogen Production. Gases. 2023. No 3. Pp. 25–46.
DOI: https://doi.org/10.3390/gases3010002
15. Кудря С. О., Толкунов А. А. Світовий досвід та перспе-
ктиви підземного зберігання водню в надрах України.
Відновлювана енергетика. 2024. № 3. С. 82–88. DOI:
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.4(79)82-88
16. Holladay J. D., Hu J., King D. L., Wang Y. An overview of
hydrogen production technologies. Catalysis Today.
2009. Vol. 139. Pp. 244–260.
17. El-Shafie M., Kambara S., Hayakawa Yu. Hydrogen Pro-
duction Technologies Overview. Journal of Power and En-
ergy Engineering. 2019. No. 7. Pp. 107–154. DOI:
https://doi.org/10.4236/jpee.2019.71007
18. Nikolaidis P., Poullikkas A. A comparative overview of hy-
drogen production processes. Renewable and Sustaina-
ble Energy Reviews. 2017. Vol. 67. Pp. 597–611.
19. Шидловська Н. А., Захарченко С. М., Захарче-
нко М. Ф., Мазуренко І. Л., Куліда М. А. Фізичні і тех-
ніко-економічні аспекти сучасних методів підготовки
води для теплової та атомної енергетики. Технічна
електродинаміка. 2022. № 4. С. 69–77. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2022.04.069
20. Шидловский А. К., Щерба А. А., Захарченко С. Н. Перс-
пективы применения искроэрозионной коагуляции в
системах водоподготовки тепловых сетей. Энерге-
тика и электрификация. 2002. № 12. С. 34–40.
21. Baskan M. B., Pala A. A statistical experiment design ap-
proach for arsenic removal by coagulation process using
aluminum sulfate. Desalination. 2010. Vol. 254. Pp. 42–
48. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2009.12.016
22. Ackermann S., Lazic B., Armbruster T., Doyle S.,
Grevel K.-D., Majzlan J. Thermodynamic and crystallo-
graphic properties of kornelite [Fe2(SO4)3·~7.75H2O] and
paracoquimbite [Fe2(SO4)3·9H2O]. American Mineralo-
gist. 2009. Vol. 94. Pp. 1620–1628. DOI:
https://doi.org/10.2138/am.2009.3179
23. Mu W., Cheng H., Xu J., Luo Sh., Zhai Yu., Xu Qi. Extrac-
tion of valuable metals from low-grade nickel matte by
FeCl3·6H2O roasting and water leaching process with
studies on phase evolution and kinetics analysis of chlo-
rination process. Hydrometallurgy. 2021. Vol. 202.
Pp. 105614-1–105614-11. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105614
24. Chemical Equations online! Available at:
https://chemequations.com/en/ (Accessed 22 June 2025).
25. Acetyl. Available at: https://acetyl.ru (Accessed 22 June
2025).
26. Natarajan R., Fazari F., Saadi A. Municipal waste water
treatment by natural coagulant assisted electrochemical
technique – Parametric effects. Environmental Technol-
ogy & Innovation. 2018. Vol. 10. Pp. 71–77. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.eti.2018.01.011
27. Hashim K. S., Kot P., Zubaidi S. L., Alwash R., Khaddar R.,
Shaw A., Jumeily D., Aljefery M. H. Energy efficient elec-
trocoagulation using baffle-plates electrodes for efficient
Escherichia coli removal from wastewater. Journal of Wa-
ter Process Engineering. 2020. Vol. 33. Pp. 101079-1–
101079-7. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.101079
28. White C. M., Steeper R. R., Lutz A. E. The hydrogen-
fueled internal combustion engine: a technical review.
International Journal of Hydrogen Energy. 2006. Vol. 31.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.3(74)92-100
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78)92-109
https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113404
https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118025
https://doi.org/10.1016/j.enss.2023.08.004
https://doi.org/10.3390/en16031345
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121198
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.2(77)117-122
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78)26-33
https://doi.org/10.3390/su14031930
https://doi.org/10.3390/gases3010002
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.4(79)82-88
https://doi.org/10.4236/jpee.2019.71007
https://doi.org/10.15407/techned2022.04.069
https://doi.org/10.1016/j.desal.2009.12.016
https://doi.org/10.2138/am.2009.3179
https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105614
https://chemequations.com/en/
https://acetyl.ru/
https://doi.org/10.1016/j.eti.2018.01.011
https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.101079
215
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
Pp. 1292–1305. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2005.12.001
29. Tahraoui H., Toumi S., Boudoukhani M., Touzout N.,
Sid A., Amrane A., Belhadj A., Hadjadj M., Laichi Y., Abou-
mustapha M., Kebir M., Bouguettoucha A., Chebli D., As-
sadi A., Zhang J. Evaluating the Effectiveness of Coagula-
tion–Flocculation Treatment Using Aluminum Sulfate on
a Polluted Surface Water Source: A Year-Long Study. Wa-
ter. 2024, Vol. 16, Issue 3. Pp. 400-1–400-39. DOI:
https://doi.org/10.3390/w16030400
30. Cheng Yu.-J., Huang Ch.-Yi., Ho H.-M., Huang M.-H. Mor-
phology and protein adsorption of aluminum phosphate
and aluminum hydroxide and their potential catalytic
function in the synthesis of polymeric emulsifiers. Col-
loids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering
Aspects. 2021. Vol. 608. Pp. 125564-1–125564-6. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125564
31. Prins R. On the structure of γ-Al2O3. Journal of Catalysis.
2020. Vol. 392. Pp. 336–346. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.10.010
32. Kovarik L., Bowden M., Szanyi J. High temperature transi-
tion aluminas in δ-Al2O3/θ-Al2O3 stability range: Review.
Journal of Catalysis. 2021. Vol. 393. Pp. 357–368. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.10.009
33. Lv H., Xie M., Shi L., Zhao H., Wu Z., Li L., Li R., Liu F. A
novel green process for the synthesis of high-whiteness
and ultrafine aluminum hydroxide powder from second-
ary aluminum dross. Ceramics International.
2022. Vol. 48. Issue 1. Pp. 953–962. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.09.180
34. Knyazev A.V., Lavrov B.A. Current Technologies of Alumi-
num Hydroxide Raw Materials Production for Support of
the Catalysts. News of the Saint Petersburg State Techno-
logical Institute (Technical University). 2021. No. 59(84).
Pp. 37–46. DOI: https://doi.org/10.36807/1998-9849-
2021-59-85-37-46
35. Шидловська Н. А., Захарченко С. М. Розвиток напівп-
ровідникових розрядно-імпульсних систем обробки
гранульованих струмопровідних середовищ. Технічна
електродинаміка. 2020. № 3. С. 69–78. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2020.03.069
36. Захарченко С. Н. Повышение эффективности получе-
ния ультрадисперсных частиц металлов объемным
электроэрозионным диспергированием их гранул в
жидкости. Технічна електродинаміка. 2013. № 1.
С. 16–23.
37. Шидловська Н. А., Захарченко С. М., Черкаський О. П.
Фізичні передумови побудови математичних моде-
лей електричного опору плазмоерозійних наванта-
жень. Технічна електродинаміка. 2017. № 2. С. 5–12.
DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.02.005
38. Raizer Yu. P. Gas Discharge Physics. Berlin, Springer,
1991. 449 p.
39. Berkowitz A. E., Hansen M. F., Parker F. T., Vecchio K. S.,
Spada F. E., Lavernia E. J., Rodriguez R. Amorphous soft
magnetic particles produced by spark erosion. Journal of
Magnetism and Magnetic Materials. 2003. Vol. 254–
255. Pp. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1016/S0304-
8853(02)00932-0.
40. Кучерявая И.Н. Мультифизические процессы при
электроискровой обработке токопроводящих гранул.
Технічна електродинаміка. 2017. № 5. С. 32–38. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2017.05.032.
41. Шидловська Н. А., Захарченко С. М., Черкаський О.П.
Параметрична модель опору плазмоерозійного нава-
нтаження, адекватна в широкому діапазоні змін при-
кладеної напруги. Технічна електродинаміка. 2017.
№ 3. С. 3–12. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2017.03.003
42. Шидловська Н. А., Захарченко С. М., Перекос А. О.
Особливості розподілів за діаметрами отриманих за
субмілісекундній тривалості розрядних імпульсів іс-
кроерозійних частинок алюмінію і лунок на поверхні
його гранул. Технічна електродинаміка. 2021. № 1.
С. 10–22. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2021.01.010
43. Захарченко С. Н., Шидловская Н. А, Перекос А. Е., Ло-
патько К. Г., Савлук О. С. Особенности получения пла-
змоэрозионных нанодисперсных гидрозолей сере-
бра, их бактерицидные и фунгицидные свойства.
Металлофизика и новейшие технологии. 2020. Т. 42.
№ 6. С. 829–851. DOI:
https://doi.org/10.15407/mfint.42.06.0829
44. Goncharuk V. V., Shcherba A. A., Zakharchenko S. N.,
Savluk O. S., Potapchenko N. G., Kosinova V. N. Disinfecting
Action of a Space Spark Discharge in Water. Journal of Water
Chemistry and Technology. 1999. Vol. 21 No 6. Pp. 45–52.
45. Prohaska T., Irrgeher J., Benefield J., Böhlke J.K., Ches-
son L.A., Coplen T.B., Ding T., Dunn P.J., Gröning M.,
Holden N.E., Meijer H.A., Moossen H., Possolo A.,
Takahashi Y., Vogl J., Walczyk T., Wang J., Wieser M.E.,
Yoneda Sh., Zhu X.-K., Meija J. Standard atomic weights
of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and
Applied Chemistry. 2022. Vol. 94. No 5. Pp. 573–600. DOI:
https://doi.org/10.1515/pac-2019-0603
REFERENCES
1. Mitryasova O., Smyrnov V., Mariychuk R., Chvyr V. Euro-
pean Green Dimensions: textbook / edited by prof. Olena
Mitryasova. Mykolaiv: PMBSNU, 2024. 471 p.
2. Bonciu F. The European Union Hydrogen Strategy as a sig-
nificant step towards a circular economy. Romanian Jour-
nal of European Affairs. 2020. Vol. 20. No. 2. Pp. 36–48.
3. Repkin O. Aspects of the Development of Hydrogen En-
ergy in Ukraine by Using Energy from Renewable
Sources. Vidnovluvana Energetika. 2023. No 3. Pp. 101–
105. DOI: https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2023.3(74)101-105
4. Kudrya S., Yatsenko L., Shynkarenko L., Tkalenko M.
Electrolytic Production of Hydrogen for Wind Hydrogen
Stations. Vidnovluvana Energetika. 2023. No 3. Pp. 92–
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2005.12.001
https://doi.org/10.3390/w16030400
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125564
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.10.010
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.10.009
https://doi.org/10.36807/1998-9849-2021-59-85-37-46
https://doi.org/10.36807/1998-9849-2021-59-85-37-46
https://doi.org/10.15407/techned2020.03.069
https://doi.org/10.15407/techned2017.02.005
https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)00932-0
https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)00932-0
https://doi.org/10.15407/techned2017.05.032
https://doi.org/10.15407/techned2017.03.003
https://doi.org/10.15407/techned2021.01.010
https://doi.org/10.15407/mfint.42.06.0829
https://doi.org/10.1515/pac-2019-0603
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.3(74)101-105
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.3(74)101-105
216
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
100. DOI: https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2023.3(74)92-100
5. Rybalchenko V. A. Wind Energy and Water Desalination.
Vidnovluvana Energetika. 2024. No 3. Pp. 92–109. DOI:
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78)92-109
6. Tian X., An Ch., Chen Zh. The role of clean energy in
achieving decarbonisation of electricity generation,
transportation, and heating sectors by 2050: A meta-
analysis review. Renewable and Sustainable Energy Re-
views. 2023. Vol. 182. Pp. 113404. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113404
7. Papadis E., Tsatsaronis G. Challenges in the decarboniza-
tion of the energy sector. Energy. 2020. Vol. 205.
Pp. 118025-1–118025-15. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118025
8. Morte I. B., Araújo O. F., Morgado C. V., Medeiros J. L.
Electrification and decarbonization: a critical review of in-
terconnected sectors, policies, and sustainable develop-
ment goals. Energy Storage and Saving. 2023. No 2.
Pp. 615–630. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.enss.2023.08.004
9. Beccarello M., Foggia G. Review and Perspectives of Key
Decarbonization Drivers to 2030. Energies. 2023. Vol. 16.
Pp. 1345-1–1345-13. DOI:
https://doi.org/10.3390/en16031345
10. Superchi F., Mati A., Carcasci C., Bianchini A. Techno-eco-
nomic analysis of wind-powered green hydrogen produc-
tion to facilitate the decarbonization of hard-to-abate
sectors: A case study on steelmaking. Applied Energy.
2023. Vol. 342. Pp. 121198-1–121198-26. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121198
11. Shram O., Kachan Yu. On the Possibilities of Using Hy-
drogen Electricity Storage Systems in the Power Grids of
Industrial Enterprises with Their Own Renewable Energy
Sources. Vidnovluvana Energetika. 2024. No 2. Pp. 117–
122. DOI: https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2024.2(77)117-122
12. Budko V., Karpchuk H., Kozachuk O., Budko M., Kocha-
nievich V. V. Features of the Implementation of a Solar-
Hydrogen Autonomous Gas Station for Electric Vehicles.
Vidnovluvana Energetika. 2024. No 3. Pp. 26–33. DOI:
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78)26-33
13. Cheng W., Lee S. How Green Are the National Hydrogen
Strategies? Sustainability. 2022. Vol. 14. Pp. 1930-1–
1930-33. DOI: https://doi.org/10.3390/su14031930
14. Arcos J.M., Santos D.M. The Hydrogen Color Spectrum:
Techno-Economic Analysis of the Available Technologies
for Hydrogen Production. Gases. 2023. No 3. Pp. 25–46.
DOI: https://doi.org/10.3390/gases3010002
15. Kudrya S., Tolkunov A. The Global Experience and Pro-
spects of Underground Hydrogen Storage in the Subsoil
of Ukraine. Vidnovluvana Energetika. 2024. No 3.
Pp. 82–88. DOI: https://doi.org/10.36296/1819-
8058.2024.4(79)82-88
16. Holladay J. D., Hu J., King D. L., Wang Y. An overview of
hydrogen production technologies. Catalysis Today.
2009. Vol. 139. Pp. 244–260.
17. El-Shafie M., Kambara S., Hayakawa Yu. Hydrogen Pro-
duction Technologies Overview. Journal of Power and En-
ergy Engineering. 2019. No. 7. Pp. 107–154. DOI:
https://doi.org/10.4236/jpee.2019.71007
18. Nikolaidis P., Poullikkas A. A comparative overview of hy-
drogen production processes. Renewable and Sustaina-
ble Energy Reviews. 2017. Vol. 67. Pp. 597–611.
19. Shydlovska N. A., Zakharchenko S. M., Zakharchenko M.
F., Mazurenko I. L., Kulida M. A. Physical and Technical-
economic Aspects of Modern Methods of Water Treat-
ment for Thermal and Nuclear Power Engineering. Tech-
nical Electrodynamics. 2022. No 4. Pp. 69–77. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2022.04.069
20. Shidlovskyi A. K., Shcherba A. A., Zakharchenko S. N. Pro-
spects for the use of spark erosion coagulation in water
treatment systems of heat networks. Energetika i el-
ektrifikatsiya. 2002. No. 12. Pp. 34–40.
21. Baskan M. B., Pala A. A statistical experiment design ap-
proach for arsenic removal by coagulation process using
aluminum sulfate. Desalination. 2010. Vol. 254. Pp. 42–
48. DOI: https://doi.org/10.1016/j.desal.2009.12.016
22. Ackermann S., Lazic B., Armbruster T., Doyle S.,
Grevel K.-D., Majzlan J. Thermodynamic and crystallo-
graphic properties of kornelite [Fe2(SO4)3·~7.75H2O] and
paracoquimbite [Fe2(SO4)3·9H2O]. American Mineralo-
gist. 2009. Vol. 94. Pp. 1620–1628. DOI:
https://doi.org/10.2138/am.2009.3179
23. Mu W., Cheng H., Xu J., Luo Sh., Zhai Yu., Xu Qi. Extrac-
tion of valuable metals from low-grade nickel matte by
FeCl3·6H2O roasting and water leaching process with
studies on phase evolution and kinetics analysis of chlo-
rination process. Hydrometallurgy. 2021. Vol. 202.
Pp. 105614-1–105614-11. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105614
24. Chemical Equations online! Available at:
https://chemequations.com/en/ (Accessed 22 June 2025).
25. Acetyl. Available at: https://acetyl.ru (Accessed 22 June
2025).
26. Natarajan R., Fazari F., Saadi A. Municipal waste water
treatment by natural coagulant assisted electrochemical
technique – Parametric effects. Environmental Technol-
ogy & Innovation. 2018. Vol. 10. Pp. 71–77. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.eti.2018.01.011
27. Hashim K.S., Kot P., Zubaidi S.L., Alwash R., Khaddar R.,
Shaw A., Jumeily D., Aljefery M.H. Energy efficient elec-
trocoagulation using baffle-plates electrodes for effi-
cient Escherichia coli removal from wastewater. Journal
of Water Process Engineering. 2020. Vol. 33.
Pp. 101079-1–101079-7. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.101079
28. White C. M., Steeper R. R., Lutz A. E. The hydrogen-
fueled internal combustion engine: a technical review.
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.3(74)92-100
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2023.3(74)92-100
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78)92-109
https://doi.org/10.1016/j.rser.2023.113404
https://doi.org/10.1016/j.energy.2020.118025
https://doi.org/10.1016/j.enss.2023.08.004
https://doi.org/10.3390/en16031345
https://doi.org/10.1016/j.apenergy.2023.121198
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.2(77)117-122
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.2(77)117-122
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.3(78)26-33
https://doi.org/10.3390/su14031930
https://doi.org/10.3390/gases3010002
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.4(79)82-88
https://doi.org/10.36296/1819-8058.2024.4(79)82-88
https://doi.org/10.4236/jpee.2019.71007
https://doi.org/10.15407/techned2022.04.069
https://doi.org/10.1016/j.desal.2009.12.016
https://doi.org/10.2138/am.2009.3179
https://doi.org/10.1016/j.hydromet.2021.105614
https://chemequations.com/en/
https://acetyl.ru/
https://doi.org/10.1016/j.eti.2018.01.011
https://doi.org/10.1016/j.jwpe.2019.101079
217
Відновлювана енергетика. № 3/2025 | Гідро-воднева енергетика
International Journal of Hydrogen Energy. 2006. Vol. 31.
Pp. 1292–1305. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2005.12.001
29. Tahraoui H., Toumi S., Boudoukhani M., Touzout N.,
Sid A., Amrane A., Belhadj A., Hadjadj M., Laichi Y., Abou-
mustapha M., Kebir M., Bouguettoucha A., Chebli D., As-
sadi A., Zhang J. Evaluating the Effectiveness of Coagula-
tion–Flocculation Treatment Using Aluminum Sulfate on
a Polluted Surface Water Source: A Year-Long Study. Wa-
ter. 2024, Vol. 16. Issue 3. Pp. 400-1–400-39. DOI:
https://doi.org/10.3390/w16030400
30. Cheng Yu.-J., Huang Ch.-Yi., Ho H.-M., Huang M.-H. Mor-
phology and protein adsorption of aluminum phosphate
and aluminum hydroxide and their potential catalytic
function in the synthesis of polymeric emulsifiers. Col-
loids and Surfaces A: Physicochemical and Engineering
Aspects. 2021. Vol. 608. Pp. 125564-1–125564-6. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125564
31. Prins R. On the structure of γ-Al2O3. Journal of Catalysis.
2020. Vol. 392. Pp. 336–346. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.10.010
32. Kovarik L., Bowden M., Szanyi J. High temperature transi-
tion aluminas in δ-Al2O3/θ-Al2O3 stability range: Review.
Journal of Catalysis. 2021. Vol. 393. Pp. 357–368. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.10.009
33. Lv H., Xie M., Shi L., Zhao H., Wu Z., Li L., Li R., Liu F. A
novel green process for the synthesis of high-whiteness
and ultrafine aluminum hydroxide powder from second-
ary aluminum dross. Ceramics International.
2022. Vol. 48. Issue 1. Pp. 953–962. DOI:
https://doi.org/10.1016/j.ceramint.2021.09.180
34. Knyazev A. V., Lavrov B. A. Current Technologies of Alu-
minum Hydroxide Raw Materials Production for Support
of the Catalysts. News of the Saint Petersburg State Tech-
nological Institute (Technical University). 2021.
No 59(84). Pp. 37–46. DOI:
https://doi.org/10.36807/1998-9849-2021-59-85-37-46
35. Shydlovska N. A., Zakharchenko S. M. Progress of semi-
conductor discharge-pulse systems for processing granu-
lar conductive media. Technical Electrodynamics. 2020.
No 3. Pp. 69–78. DOI: https://doi.org/10.15407/tech-
ned2020.03.069
36. Zakharchenko S. M. Increase of Efficiency of Obtaining of
Ultradispersive Metals Particles by Volume Electroero-
sive Dispersion their Granules in a Liquid. Technical Elec-
trodynamics. 2013. No. 1. Pp. 16–23.
37. Shydlovska N. A., Zakharchenko S. M., Cherkaskyi O. P.
Physical Prerequisites of Construction of Mathematical
Models of Electric Resistance of Plasma-erosive Loads.
Technical Electrodynamics. 2017. No 2. Pp. 5–12. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2017.02.005
38. Raizer Yu. P. Gas Discharge Physics. Berlin, Springer,
1991. 449 p.
39. Berkowitz A. E., Hansen M. F., Parker F. T., Vecchio K. S.,
Spada F. E., Lavernia E. J., Rodriguez R. Amorphous soft
magnetic particles produced by spark erosion. Journal of
Magnetism and Magnetic Materials. 2003. Vol. 254–
255. Pp. 1–6. DOI: https://doi.org/10.1016/S0304-
8853(02)00932-0.
40. Kucheriava I. M. Multiphysics processes at spark erosion
treatment of conducting granules. Technical Electrody-
namics. 2017. No. 5. Pp. 32–38. DOI:
https://doi.org/10.15407/techned2017.05.032.
41. Shydlovska N. A., Zakharchenko S. M., Cherkaskyi O. P.
Parametric Model of Resistance of Plasma-erosive Load,
Adequate in the Wide Range of Change of Applied Volt-
age. Technical Electrodynamics. 2017. No 3. Pp. 3–12.
DOI: https://doi.org/10.15407/techned2017.03.003
42. Shydlovska N. A., Zakharchenko S. M., Perekos A. O. Pe-
culiarities of the diameter distributions obtained at sub-
milisecond duration of discharge pulses spark-erosive
aluminum particles and caverns on the surface of its
granules. Technical Electrodynamics. 2021. No. 1. Pp. 10–
22. DOI: https://doi.org/10.15407/techned2021.01.010
43. Zakharchenko S. M., Shydlovska N. A., Perekos A. O.,
Lopatko K. G., Savluk O. S. Features of Obtaining of
Plasma-Erosion Nanodispersed Silver Hydrosols and
Their Bactericidal and Fungicidal Properties.
Metallofizika i Noveishie Tekhnologii. 2020. Vol. 42.
No. 6. Pp. 829–851. DOI:
https://doi.org/10.15407/mfint.42.06.0829
44. Goncharuk V. V., Shcherba A. A., Zakharchenko S. N.,
Savluk O. S., Potapchenko N. G., Kosinova V. N. Disinfecting
Action of a Space Spark Discharge in Water. Journal of Water
Chemistry and Technology. 1999. Vol. 21 No. 6. Pp. 45–52.
45. Prohaska T., Irrgeher J., Benefield J., Böhlke J. K., Ches-
son L. A., Coplen T. B., Ding T., Dunn P. J., Gröning M.,
Holden N. E., Meijer H. A., Moossen H., Possolo A.,
Takahashi Y., Vogl J., Walczyk T., Wang J., Wieser M. E.,
Yoneda Sh., Zhu X.-K., Meija J. Standard atomic weights
of the elements 2021 (IUPAC Technical Report). Pure and
Applied Chemistry. 2022. Vol. 94. No 5. Pp. 573–600. DOI:
https://doi.org/10.1515/pac-2019-0603
https://doi.org/10.1016/j.ijhydene.2005.12.001
https://doi.org/10.3390/w16030400
https://doi.org/10.1016/j.colsurfa.2020.125564
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.10.010
https://doi.org/10.1016/j.jcat.2020.10.009
https://doi.org/10.36807/1998-9849-2021-59-85-37-46
https://doi.org/10.15407/techned2020.03.069
https://doi.org/10.15407/techned2020.03.069
https://doi.org/10.15407/techned2017.02.005
https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)00932-0
https://doi.org/10.1016/S0304-8853(02)00932-0
https://doi.org/10.15407/techned2017.05.032
https://doi.org/10.15407/techned2017.03.003
https://doi.org/10.15407/techned2021.01.010
https://doi.org/10.15407/mfint.42.06.0829
https://doi.org/10.1515/pac-2019-0603
|
| id | veorgua-article-565 |
| institution | Vidnovluvana energetika |
| keywords_txt_mv | keywords |
| language | Ukrainian |
| last_indexed | 2026-07-19T01:17:12Z |
| publishDate | 2025 |
| publisher | Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine |
| record_format | ojs |
| resource_txt_mv | veorgua/6a/6002307aeff47f824a52a3c8f21ef66a.pdf |
| spelling | veorgua-article-5652026-07-18T06:32:23Z POTENTIAL FOR THE USE OF TECHNOLOGICAL HYDROGEN EMISSIONS IN THE ENERGY AND CHEMICAL INDUSTRIES ПОТЕНЦІАЛ ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ВИКИДІВ ВОДНЮ В ЕНЕРГЕТИЦІ ТА ХІМІЧНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ Shydlovska , N. Zakharchenko , S. Zaitsev, Ie. Zakharchenko , M. Kulida , M. hydrogen, energy, power plants, energy efficiency, water treatment, electrochemical coagulation, plasma-erosion coagulation, aluminium hydroxide. водень, енергетика, електричні станції, енергоефективність, водопідготовка, електрохімічна коагуляція, плазмоерозійна коагуляція, гідроксид алюмінію. Technological processes in which hydrogen is obtained as a by-product of plasma erosion and electrochemical coagulation purification of surface water for the needs of the energy industry and urban water supply, as well as the production of pure highly dispersed aluminium hydroxide for the chemical industry, are considered. It is proposed to expand the accepted classification of hydrogen types by technology, raw material, and type of energy used to produce it by introducing a new conditional "color" category - Silver Hydrogen. The technological map of a typical water treatment cycle of thermal units of a CHP is described and the shortcomings of the reagent chemical coagulation operation in its composition are analyzed. Alternative operations of electrochemical and plasma erosion coagulation purification of surface natural waters are described and a comparative analysis of their energy indicators is provided. The energy released during the combustion of hydrogen, which is released as a by-product in these processes, was calculated and a possible increase in their energy efficiency was analyzed under the conditions of using various coagulant-forming metals. The energy potential of using hydrogen emissions in the process of producing aluminium hydroxide at a chemical industry production plant has been determined. References 45, figures 2, tables 2.&nbsp; Розглянуто технологічні процеси, в яких водень отримують як супутній продукт плазмоерозійного й електрохімічного коагуляційного очищення поверхневих вод для потреб енергетики та міських водогонів, а також виробництва чистого високодисперсного гідроксиду алюмінію для хімічної промисловості. Запропоновано розширити прийняту класифікацію видів водню за технологією, сировиною та видом енергії отримання введенням нової умовної «кольорової» категорії – сріблястий водень (Silver Hydrogen). Описано технологічну карту типового циклу водопідготовки теплових агрегатів ТЕЦ та проаналізовано недоліки операції реагентної хімічної коагуляції в її складі. Описано альтернативні їй операції електрохімічного та плазмоерозійного коагуляційного очищення поверхневих природних вод і наведено порівняльний аналіз їх енергетичних показників. Розраховано енергію, яка генерується під час спалювання водню, що виділяється як супутній продукт у цих процесах, та проаналізовано можливе підвищення їх енергоефективності за умов використання різних металів, що утворюють коагулянт. Визначено енергетичний потенціал використання викидів водню в процесі отримання гідроксиду алюмінію на виробничому комбінаті хімічної промисловості. Бібл. 45, рис. 2, табл. 2.&nbsp; Institute of Renewable Energy National Academy of Sciences of Ukraine 2025-09-28 Article Article application/pdf https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/565 10.36296/1819-8058.2025.3(82).204-217 Vidnovluvana energetika ; No. 3(82) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 204-217 Возобновляемая энергетика; ##issue.no## 3(82) (2025): Scientific and applied Journal renewable energy ; 204-217 Відновлювана енергетика; № 3(82) (2025): Науково-прикладний журнал Відновлювана енергетика; 204-217 2664-8172 1819-8058 10.36296/1819-8058.2025.3(82) uk https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/565/476 Copyright (c) 2025 N. Shydlovska , S. Zakharchenko , Ie. Zaitsev, M. Zakharchenko , M. Kulida https://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/4.0 |
| spellingShingle | hydrogen energy power plants energy efficiency water treatment electrochemical coagulation plasma-erosion coagulation aluminium hydroxide. Shydlovska , N. Zakharchenko , S. Zaitsev, Ie. Zakharchenko , M. Kulida , M. POTENTIAL FOR THE USE OF TECHNOLOGICAL HYDROGEN EMISSIONS IN THE ENERGY AND CHEMICAL INDUSTRIES |
| title | POTENTIAL FOR THE USE OF TECHNOLOGICAL HYDROGEN EMISSIONS IN THE ENERGY AND CHEMICAL INDUSTRIES |
| title_alt | ПОТЕНЦІАЛ ВИКОРИСТАННЯ ТЕХНОЛОГІЧНИХ ВИКИДІВ ВОДНЮ В ЕНЕРГЕТИЦІ ТА ХІМІЧНІЙ ПРОМИСЛОВОСТІ |
| title_full | POTENTIAL FOR THE USE OF TECHNOLOGICAL HYDROGEN EMISSIONS IN THE ENERGY AND CHEMICAL INDUSTRIES |
| title_fullStr | POTENTIAL FOR THE USE OF TECHNOLOGICAL HYDROGEN EMISSIONS IN THE ENERGY AND CHEMICAL INDUSTRIES |
| title_full_unstemmed | POTENTIAL FOR THE USE OF TECHNOLOGICAL HYDROGEN EMISSIONS IN THE ENERGY AND CHEMICAL INDUSTRIES |
| title_short | POTENTIAL FOR THE USE OF TECHNOLOGICAL HYDROGEN EMISSIONS IN THE ENERGY AND CHEMICAL INDUSTRIES |
| title_sort | potential for the use of technological hydrogen emissions in the energy and chemical industries |
| topic | hydrogen energy power plants energy efficiency water treatment electrochemical coagulation plasma-erosion coagulation aluminium hydroxide. |
| topic_facet | hydrogen energy power plants energy efficiency water treatment electrochemical coagulation plasma-erosion coagulation aluminium hydroxide. водень енергетика електричні станції енергоефективність водопідготовка електрохімічна коагуляція плазмоерозійна коагуляція гідроксид алюмінію. |
| url | https://ve.org.ua/index.php/journal/article/view/565 |
| work_keys_str_mv | AT shydlovskan potentialfortheuseoftechnologicalhydrogenemissionsintheenergyandchemicalindustries AT zakharchenkos potentialfortheuseoftechnologicalhydrogenemissionsintheenergyandchemicalindustries AT zaitsevie potentialfortheuseoftechnologicalhydrogenemissionsintheenergyandchemicalindustries AT zakharchenkom potentialfortheuseoftechnologicalhydrogenemissionsintheenergyandchemicalindustries AT kulidam potentialfortheuseoftechnologicalhydrogenemissionsintheenergyandchemicalindustries AT shydlovskan potencíalvikoristannâtehnologíčnihvikidívvodnûvenergeticítahímíčníjpromislovostí AT zakharchenkos potencíalvikoristannâtehnologíčnihvikidívvodnûvenergeticítahímíčníjpromislovostí AT zaitsevie potencíalvikoristannâtehnologíčnihvikidívvodnûvenergeticítahímíčníjpromislovostí AT zakharchenkom potencíalvikoristannâtehnologíčnihvikidívvodnûvenergeticítahímíčníjpromislovostí AT kulidam potencíalvikoristannâtehnologíčnihvikidívvodnûvenergeticítahímíčníjpromislovostí |