В работе главного редактора Международного научного журнала «Альтернативная энергетика и экология» проанализированы и представлены 10 работ ученых из Узбекистана, Азербайджана, России, Ирака, Китая, Турции, Евросоюза.

Дана характеристика переживаемому этапу в жизни современной цивилизации, связанного с внедрением нового комплексного подхода для решения проблем экологии и изменения климата на основе всестороннего внедрения альтернативной энергетики и экологии.

Исследование относится к тепловой и атомной энергетике, в частности, к разработке теплоаккумулирующих композиций, которые могут быть использованы для поддержания заданного интервала температур в технологических процессах. Дифференциальным термическим (ДТА), дифференциальным сканирующим калориметрическим (ДСК), термогравиметрическим (ТГ) и рентгенофазовым (РФА) методами физико-химического анализа изучена четырехкомпонентная взаимная система Li⁺, Na⁺ || F^-, Cl^-, SO₄^2- . Выбор данной системы для экспериментального исследования обусловлен тем, что в ее состав входит фториды и хлориды лития и натрия, обладающие высокими значениями энтальпии фазового перехода, что является одним из определяющих факторов при подборе теплонакопителей и теплоносителей, для устройств, аккумулирующих тепловую и солнечную энергию, а также сульфаты лития и натрия, обладающие рядом полиморфных переходов, позволяющих аккумулировать тепловую энергию и в твердой фазе, расширяющий диапазон температур аккумулирования.

В результате проведенных исследований сформированы древа фаз и кристаллизаций четырехкомпонентной взаимной системы Li⁺, Na⁺ || F^-, Cl^-, SO₄^2-. Установлено, что фазовое древо имеет разветвленную структуру и состоит из трех секущих квазитройных и четырех четырехкомпонентных систем. Образование разветвленной структуры фазового древа обусловлено наличием в одной из трехкомпонентных взаимных систем (Li⁺, Na⁺ || F^-, SO₄^2-) двух адиагональных сечений: Li₂SO₄ – Na₃FSO₄; LiF – Na₃FSO₄. Выявлен компонентный состав и энтальпии фазовых переходов в исследованных системах: в одной квазибинарной (LiF – Na₃FSO₄), с температурой плавления 590 ^оС, энтальпия плавления 640 Дж/г, в двух квазитройных: NaCl – Li₂SO₄ – LiF; LiF – NaCl – Na₃FSO₄, с температурами плавления 447 ^оС, _∆mH = 460 Дж/г и 554 ^оС, соответственно; трех четырехкомпонентных эвтектик с полиморфными превращениями NaF – LiF – NaCl – Na₃FSO₄; LiF – Li₂SO₄ – NaCl – Na₃FSO₄; LiF – LiF – Li₂SO₄ – NaCl – LiCl. Разработанные энергоемкие составы способны запасать и высвобождать средне- и высокопотенциальную тепловую энергию в жидкой и твердой фазе за счет теплоемкости, энтальпии плавления и полиморфных переходов в интервале температур 173-602 °С.

Поскольку электрическая энергия, производимая путем преобразования суммарной солнечной радиации на горизонтальной поверхности, состоящей из прямых и рассеянных компонентов элементов фотоэлектрических панелей, имеет низкую выходную мощность, необходимо определить области с высоким коэффициентом мощности для более эффективного производства электроэнергии. Однако, из-за низкого КПД ФЭ-панелей (14-18%) и низкой интенсивности суммарной солнечной радиации на горизонтальной поверхности для достижения определенного уровня мощности требуется большое пространство для установки. Из-за высокой стоимости установки солнечных электростанций для выбора наиболее подходящего места требуется комплексная систематическая оценка географических факторов региона. Причина, по которой мы выбрали Нахичевань в качестве района исследования, заключается в том, что уровень радиации высок по сравнению с другими регионами Азербайджана (1220-1699 кВт*ч/м²-год), и число часов солнечного сияния в год превышает 2500. Поскольку создание солнечных электростанций в регионах с высокими значениями суммарной радиации на горизонтальной поверхности зависит от технических, экономических и экологических критерий, для определения оптимальных площадей используются описательные критерии. Модель аналитической иерархии процессов, основанная на методах многокритериального принятия решений, была использована для определения подходящего места установки солнечных электростанций. На первом этапе исследования были проанализированы семь критериев определения подходящих мест: значение суммарной солнечной радиации на горизонтальную поверхность, уклон, землепользование, буферное расстояние от районов с высоким годовым потенциалом солнечной энергии до жилых районов, близость к подстанциям, автомагистралям и линиям электропередач. На втором этапе уровень доступности-пригодности областей в рамках определенных критерий в географических информационных системах определялся с помощью инструмента «Взвешенное оверлей». На втором этапе с помощью инструмента взвешенное наложение в ГИС определялся уровень пригодности территорий по определенным критериям. В результате исследования был сделан вывод, что 9.5% (510 км²) земли Нахичевани имеют высокую пригодность, 12% (645 км²) - среднюю пригодность и 24% (1290 км²) - низкую пригодность для размещения солнечных электростанций. Остальные области 54.5% (2930 км²) относятся к территориям, которые не подходят для использования из-за низкой радиации, высокого уклона, наличия охраняемой территории, населенных пунктов, сельскохозяйственных территорий и слабо развитой инфраструктуры. Оптимальные места охватывают в основном южную и восточную части региона, и на карте пригодности показана в форме многоугольника.

Энергетика и уровень развития ее отраслей определяет технологический уровень развития человечества. Однако, чем выше энерготехнологический уровень, тем выше и антропогенное воздействие на внешнюю среду, шире ареал, находящийся под управлением человека. В XXI веке возник целый ряд мировых энергетических и, связанных с ними, экологических проблем, подлежащих немедленному решению уже в ближайшие 10-20 лет для предотвращения глобальных и необратимых изменений в планетарном масштабе, ожидающих человечество в недалеком будущем. В частности, особенно в последние 10 лет, большинством средств массовой информации активно обсуждается проблема глобального потепления, которая, по мнению ряда экспертов, вызвана изменением состава атмосферы и разрушением озонового слоя, и которая может привести к повышению температуры на планете с последующим таянием ледников на полюсах и затоплением ряда территорий, и даже стран. Тем не менее, настоящая статья дает альтернативный взгляд на эту проблему с приведением аналитических доказательств того, что данная проблема не только не имеет ничего общего с антропогенным воздействием на окружающую среду и влиянием на климат планеты в частности, но и в будущем не сможет оказать серьезного влияния в связи с чрезвычайно быстрым истощением ресурсов. Ограничение природных ресурсов, ожидаемое в ближайшие 30-50 лет, может оказать значительное влияние на развитие цивилизации в целом, поскольку с катастрофически молниеносным по отношению к истории человечества истощением основных ископаемых видов топлива потребуется достаточно быстрый, наукоемкий и дорогостоящий переход к возобновляемым источникам энергии, к чему человечество, как показывают приведенные расчеты, не готово ни сейчас, не будет готово и через 20-30 лет, когда полезные ископаемые истощатся практически полностью. Следовательно, для предотвращения (или смягчения) энергетического коллапса в будущем, интенсивное развитие возобновляемой энергетики, в том числе со значительной государственной поддержкой, требуется уже сейчас. Однако в статье поясняется, что у человечества нет шансов преодолеть полный и своевременный переход от углеводородной энергетики к альтернативной в связи с нехваткой ресурсов, точка невозврата уже пройдена.

Цель обеспечения высокой эффективности использования природного газа, повышение надежности и качества энергоснабжения обусловливает внедрение альтернативных источников энергии и электрических аккумуляторов в классические схемы энергогенерации ГТУ. В связи с этим, объектом исследования является комбинированный автономный источник на базе газотурбинной установки, ветроэнергетической установки (ВЭУ) и накопителя энергии (НЭ). Выработка энергии на ВЭУ условно разделена на два этапа (день и ночь), днем энергия отпускается в сеть, а ночью запасается в накопителях энергии.

Целью статьи является определение экономических показателей данного варианта схемы комбинации разных по характеру генерации источников. Для определения эффективности источника была разработана математическая модель, с помощью которой рассчитываются количественные и экономические показатели. Исходные данные: суточный график электрических нагрузок, среднемесячная температура и скорость ветра, зависимость изменения электрической мощности ВЭУ от скорости ветра в относительных единицах. По представленной методике был произведен расчет количественных и экономических показателей, в котором исследовалось влияние изменения установленной мощности ВЭУ (200 кВт – 1400 кВт) на изменение экономических показателей: дисконтированные затраты, чистый дисконтированный доход, индекс доходности, внутренняя норма доходности и срок окупаемости. Годовая выработка электрической и тепловой энергии стабильна и составляет 20409 МВт*ч/год и 239970 ГДж/год, соответственно.

В публикации был произведен сравнительный анализ полученных экономических показателей. Дисконтированные затраты, несмотря на снижение установленной мощности ГТУ, возрастают по мере увеличения, установленной мощности ВЭУ и НЭ. Экономическая эффективность снижается, что отражено в увеличении срока окупаемости и снижении ЧДД. Причиной такой низкой эффективности служит высокая удельная стоимость ВЭУ и НЭ. Из полученных результатов можно сделать вывод о том, что чем меньше установленная мощность ВЭУ и соответственно НЭ, тем выше экономические показатели. На данный период времени использование такой комбинации (ГТУ, ВЭУ и НЭ) выгодно только в том случае, если доля установленной мощности ВЭУ не превышает 45% мощности ГТУ.

В настоящее время в мире происходит активная трансформация энергетического сектора, темпы внедрения альтернативных источников энергии увеличиваются ежегодно. Территория России обладает огромным потенциалом в области развития альтернативной энергетики, однако этот потенциал распределен не равномерно и не все регионы страны подходят для развития альтернативной энергетики. Степная зона России, протянувшаяся вдоль южных границ страны с запада на восток, является одним из наиболее перспективных районов для развития альтернативной энергетики в России. Здесь в большинстве регионов используется по крайней мере один вид возобновляемых ресурсов, а в некоторых - несколько видов. В исследовании проведен анализ потенциала развития различных видов альтернативной энергетики. Установлено, что наиболее перспективными являются солнечная, ветряная и биоэнергетика, в ряде случаев их эксплуатация является коммерчески более привлекательной по сравнению с использованием традиционных источников энергии. В настоящее время в степной зоне России доля альтернативных источников энергии становится все более весомой, темпы ее роста повышаются одновременно с заинтересованностью перехода регионов к экологически адаптивным системам энергоснабжения. Однако, развитие отрасли является крайне неравномерным и зависит не только от природных факторов, но и от хозяйственно-экономических. В результате анализа современного состояния отрасли выявлены регионы лидеры по уровню развития альтернативной энергетики (Оренбургская область и Краснодарский край) и определены отстающие регионы, в которых альтернативная энергетика отсутствует и нет планов ее развития (Воронежская, Новосибирская и Челябинская области). Также в исследовании затронуты вопросы дальнейших направлений развития отрасли и дан прогноз отдельно по каждому региону. В итоге установлено, что Краснодарский край, Оренбургская область и Республика Калмыкия существенно обгонит по уровню развития альтернативной энергетики остальные регионы степной зоны России. Полученные результаты представляют практический интерес для планирования развития альтернативной энергетики, обоснования инвестиционной политики, совершенствования инфраструктурного обустройства территории, использования природных ресурсов на территории регионов степной зоны России.

Дан краткий анализ перспектив использования водорода и развития методов его получения. Показано, что стоимость водорода с низким углеродным следом по традиционной технологии парового риформинга (SMR) с улавливанием СО₂ (CCS) будет оставаться на уровне 1-2 €/kg в период с 2019 по 2050. Стоимость водорода, полученного путем электролиза составляла 3- 7 €/kg в 2019 г, но в дальнейшем предполагается ее снижение. Считается, что к 2050 году обе технологии будут одинаково востребованы с небольшой разницей в затратах в зависимости от региональных условий. Водород, произведенный электролизом из энергии ветра, требует значительно большей площади (почти на 3 порядка), чем по технологии SMR из органических топлив. Выполнен обзор состояния разработок в области технологии химических циклов для производства водорода. Показано, что производство водорода с использованием технологии химического цикла вызывает все больший интерес в последние годы. В таких системах используются 3 связанных между собой реактора. Даны особенности и основные параметры таких систем применительно к использованию природного газа и угля. Технология парового риформинга в химических циклах (CLR) имеет значительный потенциал для коммерческого использования. Кроме того, это технология безвредна для окружающей среды, так как чистый поток CO₂ готов к захоронению. Она обладает заметными преимуществами по сравнению с традиционными технологиями получения водорода путем риформинга природного газа. Одним из наиболее важных вопросов при использовании технологии химических циклов является гидродинамика связанных между собой реакторов. Даны некоторые результаты экспериментальных исследования в России, проведенных ОАО «ВТИ» на крупной аэродинамической установке. Намечено проведение исследований на огневой установке системы связанных между собой ректоров с реальной температурой процесса. Такие исследования позволят создать необходимый научный задел для передовых установок получения водорода из органических топлив без выбросов СО₂.

Одним из альтернативных типов протонпроводящих мембран для водородно-воздушного твердополимерного топливного элемента являются гибридные мембраны на основе сшитого альдегидом поливинилового спирта (ПВС), модифицированного сульфокислотой. Ранее нами впервые были получены жидкофазным способом синтеза, в органической среде – диметилсульфоксиде, новые ионопроводящие мембраны на основе сшитого фурфуролом ПВС, модифицированного аминосульфоновой кислотой (АСК) и тетраэтоксисиланом (ТЭОС), а также мембраны, несшитые фурфуролом (ФУР) или не модифицированные АСК и ТЭОС. Представлены значения их ионной проводимости и степени набухания в воде. В настоящей работе с помощью жидкофазной спектроскопии ядерного магнитного резонанса (ЯМР) на ядрах ¹Н исследован состав и структура полученных ионопроводящих мембран. В спектре ЯМР ¹Н ионопроводящей мембраны, несшитой ФУР – «ПВС/АСК», наблюдается исчезновение сигнала свободных ОН-групп ПВС, и одновременно сохраняется характерный триплет при 7.1 м.д., имеющий константу ~51 Гц и одинаковые по интенсивности компоненты (1:1:1), который соответствует протонам ¹⁴NH₄⁺ гидролизованной АСК. Исчезновение уширенного сигнала при 9.6 м.д. протонов свободной сульфогруппы АСК и узкого синглетного сигнала при 5.8 м.д. свободных протонов NH₂-группы АСК указывает на взаимодействие АСК с ОН-группами ПВС. В спектре ЯМР ¹Н ионопроводящей мембраны, сшитой ФУР – «ПВС/АСК/ФУР», наблюдаются сигналы протонов фуранового кольца ФУР и сигнал его альдегидной группы, который смещается в сильное поле, что определяется образованием химической связи между ФУР и полимерной цепью ПВС. В спектрах ЯМР ¹Н всех мембран, модифицированных АСК, наблюдается появление второго, более слабопольного, триплета ¹⁴NH₄, а в спектрах ряда ионопроводящих гибридных мембран, модифицированных ТЭОС – «ПВС/АСК/ФУР/ТЭОС», обнаружены сигналы третьего вида триплетов ¹⁴NH₄⁺, сдвинутые в сильное поле по отношению к двум другим триплетам ¹⁴NH₄⁺. Появление дополнительных триплетов ¹⁴NH₄⁺ указывает на образование нескольких связанных форм иона аммония.

Загрязнение воздуха - одна из важных экологических проблем, которая прямо или косвенно влияет на людей в социально-экономическом плане. Качество воздуха, которым мы дышим, влияет на наше здоровье, безопасность, комфорт и устойчивую жизнь. Одним из основных загрязнителей воздуха в центрах городов является выброс угарного газа (CO) от транспортных средств. Вдыхание высоких концентраций представляет опасность для здоровья.

В этом исследовании данные измерений CO в период с 2016 по 2020 годы были проанализированы с точки зрения качества воздуха в Стамбуле, который является крупнейшим в Турции и Европе по численности населения среди 15 крупнейших мегаполисов мира. Было принято во внимание, что данные 19 различных станций будут актуальны после того, как эти данные будут впервые проанализированы посредством контроля качества с точки зрения разработанного метода.

Содержание CO в атмосфере варьируется во временном и пространственном масштабах в зависимости, как от количества выбросов, так и от метеорологических условий. Чтобы увидеть изменение во времени колебаний загрязнения воздуха в городе, данные о качестве воздуха CO за последние 5 лет, а также данные о деятельности человека в некоторые месяцы 2020 года были изменены в рамках мер по борьбе с пандемией Covid-19, поэтому предыдущие значения 2016–2019 годов сравнивались с данными 2020 года.

В результате проведенного анализа было выявлено, что значения CO в атмосфере Стамбула демонстрируют значительные вариации во временном и пространственном масштабах.

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.

Работа посвящена комплексному экспериментальному исследованию морфологии, структуры и оптических свойств микропорошков диоксида титана с использованием комплекта современного физического оборудования. Описана методика получения спектров фотолюминесценции (ФЛ) и комбинационного рассеяния (КР) для микропорошков диоксида титана в микрорезонаторных кюветах (фотонных ловушках). Изучались порошки, состоящие из плотноупакованных частиц как в виде частиц сферической формы заданных размеров (29-63 мкм). В фотонных ловушках осуществлен определенный режим, который связан с пленением возбуждающего излучения внутри данного устройства. Показано, что при комнатной температуре наблюдается интенсивная фотолюминесценция в микропорошках диоксида титана (2,91 эВ) при возбуждении второй оптической гармоникой (λ_возб = 255,3 нм) лазера на парах меди. Установлено, что в микропорошках диоксида титана в фотонных ловушках возможно наблюдение явления «комбинационной опалесценции», приводящей к резкому (на 5–6 порядков) возрастанию интенсивности КР в ультрадисперсной среде. Обнаружено, что незначительное количество присутствующих примесей кремния и алюминия в составе микропорошков диоксида титана не влияет на формировании полосы фотолюминесценции в области 2,91 эВ. Разработанный метод регистрации спектров ФЛ и КР открывает широкие возможности для регистрации слабых сигналов вторичного излучения важных неорганических и органических веществ, а также для создания малогабаритных лазерных анализаторов химических соединений, необходимых для решения многих практических задач.