Получение пресной воды при использовании природных и искусственных топлив в энергетике

В литосфере планеты находится большое количество водорода, связанного с другими химическими элементами. При извлечении их с целью промышленного использования и при взаимодействии с кислородом атмосферного воздуха эти соединения образуют воду. Характерным примером таких веществ являются углеводородные соединения, широко используемые в современной энергетике в качестве топлива.

Образующиеся при этом пары воды являются дополнительным источником пресной воды, извлечено из геологических формаций. Однако отсутствие технологий улавливания этих паров в настоящее время приводит к дополнительному увлажнению атмосферы, что способствует развитию на планете парникового эффекта.

В работе на основании анализа стехиометрических уравнений реакций окисления в воздухе энергетических топлив (бензин, дизельное топливо, газовое топливо, древесина) и искусственных, преобразованных из биомассы и каменного угля топлив (этанол, метанол и пр.), а также водорода, выполнено сравнение удельного потребления воздуха и эмиссии паров воды в продуктах сгорания.

Для предельной температуры процесса, определяемой достигнутыми свойствами конструкционных материалов современного двигателестроения (1400 0С) определены коэффициенты избытка воздуха для различных видов топлив, реальные объемы потребления воздуха, топлива, эмиссии паров воды.

Теоретически показано высокое потребление атмосферного воздуха при использовании водорода и газового топлива, наименьшее у традиционных моторных топлив (бензин, дизель).

Обоснована целесообразность полезного использования продуктов окисления органических топлив и водорода для получения пресной воды – разработка технологий эффективного извлечения паров воды из газовых продуктов сгорания (окисления) энергетических топлив может способствовать созданию дополнительного крупного источника пресной воды, соизмеримого с другими природными источниками и будет способствовать повышению энергетической и экологической эффективности объектов традиционной энергетики.

Представленная в работе методика анализа является универсальной и может быть использована при анализе любых существующих и вновь создаваемых топливных композиций.

1. UNESCO, UN-Water, 2020: United Nations World Water Development Report 2020: Water and Climate Change. – Paris: UNESCO. – 219 p.

2. Данилов-Данильян В.И. Дефицит пресной воды и мировой рынок / Водные ресурсы. – 2005. – Т.32.– № 5. – С.625-633.

3. Лихачева А.Б. Проблема пресной воды как структурный фактор мировой экономики / Экономический журнал Высшей школы экономики. – 2013. – Т.17. – № 3. – С. 497-523.

4. Meixi Liu, Dawei Wu A new fresh water generation system under high vacuum degrees intensified by LNG cryogenic energy / Energy Procedia. – 2019. – Vol.158. – P.726-732.

5. Nadir Yilmaz, Sustainable alternative fuels in aviation / Energy. – 2017. – V.140. – Part 2. – P. 1378-1386.

6. Gerten D., Hoff H., Rockstrom J., Jagermeyr J., Kummu M., and Pastor A.V. Towards a revised planetary boundary for consumptive freshwater use: role of environmental flow requirements / Curr. Opin.Environ. Sustain. – 2013.v.5 – P.551–558.

7. Steffen W., Richardson K., Rockstrom J., Cornell S.E., Fetzer I., Bennett E.M., Biggs R., Carpenter S.R., de Vries W., de Wit C.A., et al. Planetary boundaries: guiding human development on a changing planet / Science. – 2015. – P.347, https://doi.org/10.1126/science.1259855.

8. Oki T., Kanae S. Global hydrological cycles and world water resources / Science. – 2006. – v.313. – P.1068–1072.

9. Gleeson T., Wang-Erlandsson L., Porkka M., Zipper S.C., Jaramillo F.,Gerten D., et al. Illuminating water cycle modifications and Earth System resilience in the Anthropocene. Water Resour. Res. – 2020. https://doi.org/10.1029/2019WR024957.

10. Rockstrom J., Steffen W., Noone K., Persson A., Chapin F.S., LambinE.F., Lenton T.M., SchefferM., Folke C., Schellnhuber H.J., et al. A safe operating space for humanity / Nature. – 2009. – v.461. – P.472–475.

11. T.Gleeson, L.Wang-Erlandsson, S.C. Zipper, M. Porkka, J. S. Famiglietti, et al. The Water Planetary Boundary: Interrogation and Revision / One Earth. – 2020. – v.2. – Is. 320. P. 223-234.

12. Молчанов В. И. Генерация водорода литогенезе /–Новосибирск: Наука. – 1981. – 142 с.

13. Y. Bicer, I. Dincer Life cycle environmental impact assessments and comparisons of alternative fuels for clean vehicles / Resources, Conservation and Recycling. 2018. – V. 132. - P.141-157.

14. Щеклеин С.Е., Дубинин А.М. Производство метанола на основе прямоточного газогенератора и ядерного реактора / Атомная энергия. – 2018. – Т.124. – № 2.– С.76-79.

15. Романова Е.Д., Романов И.Д., Васильев В.А., Чернышов Е.А. Развитие технологии получения синтетических и альтернативных моторных топлив / Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2011. – № 6. – С.81-83.

16. ВезироглуТ.Н., Сахин Ш. Энергетика 21-го века: водородная энергетика / Международный научный журнал Альтернативная энергетика и экология. – 2014. – № 2 (142). – С. 12-28.

17. Прогноз развития энергетики мира и России 2019 / под ред. А.А. Макарова, Т.А. Митровой, В.А. Кулагина; // ИНЭИ РАН–Московская школа управления Сколково – М.:–2019.–210 с.

18. Кульчицкий А.Р. Токсичность поршневых ДВС. Образование вредных веществ при горении топлив / Владимир:–Изд-во Владим. гос. ун-та. – 2010. – 80 с.

19. Baehr H. B. Thermodynamik/–Berlin /Heidelberg:– Springer-Verlag.–1988.

20. Померанцев В.В. и др. Основы практической теории горения: Учебное пособие для вузов / Под ред. Померанцева В.В .//–Л.: Энергоатомиздат. – 1986.– 312 с.

21. Льюис Б., Эльбе Г. Горение, пламя и взрывы в газах / Пер. с англ. под ред. К. И. Щелкина, А. А. Борисова. – М.: Мир. – 1968. – 492 с.

22. Стромберг А.Г., Семченко Д.П. Физическая химия./–М.: Высшая школа. – 2001. – 529 с.

23. Химия окружающей среды. Пер. с англ. под ред. Цыганков А.П./–М.: Химия. – 1982. – 672 с.