В сентябрьском выпуске Международного научного журнала «Альтернативная энергетика и экология» представлено пятнадцать научных работ учёных из Узбекистана, Азербайджана, США, Великобритании, России и Китая.

Продовольственная безопасность является проблемой для человечества в течении длительного периода времени из-за сезонных погодных условий и неустойчивой урожайности. Потери после уборки урожая, сезонная нехватка продовольствия и сельскохозяйственных продуктов, а также глобальное потепление являются движущей силой во всем мире при разработке экологически безопасных решений сохранения продуктов.

Одним из распространенных методов сохранения продовольствия и сельскохозяйственных продуктов является обезвоживание, то есть удаление влаги для продления срока годности продукта, таких как фрукты и овощи и т.д.

В данной статье предлагается способ определения формы солнечной сушилки прямого типа, выбрана форма параллелепипеда с прозрачной крышей, образованной неравнобедренными треугольными основаниями. Рабочие поверхности, через которые поступают солнечные излучения на поверхность осушаемого материала, наклонены по отношению горизонта на 38 и 52 градусов, соответственно северной широты региона.

Выбраны концепции, на основе которых разработан расчетный вычислительный метод и определены геометрические размеры элементов сушилки прямого типа. Установлена формула соотношения размеров высоты и длины и, соответственно, ширины сушилки. Разработан метод определения размеров заслонок, предназначенный для поступления воздуха из окружающей среды внутрь камеры и для выхода паровоздушной смеси изнутри камеры сушилки в окружающую среду. Предложенный метод выбора размеров элементов сушилки оптимизируют режим их работы и естественную конвекционную циркуляцию воздуха внутри камеры.

В работе приводятся результаты исследования параметров фототепловых батарей (ФТБ) при изменении (увеличении) интенсивности солнечного излучения с применением боковых отражающих плоскостей. Изучены влияние температуры холодной воды, свойств окружаюшей среды и запыленности атмосферы на эффективность фототепловой батареи с тепловым коллектором на основе сотового поликарбоната. Приведены зависимости интенсивности солнечного излучения, напряжения холостого хода, тока короткого замыкания, электрической мощности фото тепловой батареи от времени суток для трех режимов работы, при работе, в качестве фотоэлектрической батареи, при включении боковых отражающих поверхностей с пуском воды в коллектор и в режиме фото тепловой батареи. Показано, что фототепловая батарея по сравнению с традиционными фотоэлектрическимими батареями вырабатывает в 1,5-1,6 раз больше электрической энергии в условиях южных регионов республики, также в зимнее время года можно получить горячую воду с температурой более 50оС. Проведенные исследования и испытания в условиях г. Термеза показали возможность получения круглогодично электрической энергии и горячей воды в необходимом количестве для создания комфорта и уюта сельской семье.

Принимая во внимание, что в Нахчыванской Автономной Республике летом энергия солнечных лучей достигает 2140 вт на каждый квадратный метр, нами были проведены опыты для получения тройных соединений методом гидротермального синтеза. Лабораторные исследования полученных тройных соединений показали, что TlAsS2 и Tl3AsS3 пригодны для изготовления солнечных элементов.

Наночастицы тройных соединений TlAsS2 и Tl3AsS3 синтезированы в гидротермальных условиях в этиленгликолевой среде в интервале температур 413-443 К в течение 5 часов из ацетата таллия, метамышьяковистого натрия и тиоацетамида, взятого в качестве сульфидирующего реагента. Проведены термогравиметрические, дифференциально-термические (ДТА), микрорентгеноспектральные и химические анализы. Результаты анализа показали, что составы тиосоединений таллия соответствуют формулам TlAsS2 и Tl3AsS3. Результаты анализа с помощью СЭМ показали, что наночастицы TlAsS2 имеют неправильную форму. Размеры наночастиц Tl3AsS3 меняются в пределах 96.6-213 нм. Рентгенофазовым анализом (РФА) установлено, что в TlAsS2 составляют: a = 12.29Å, b = 11.33Å, c = 6.11Å, β = 104.40, Z = 8 и пр.гр. P21/a, а для Tl3AsS3 a = 12.324Å, c = 9.647Å, Z = 7, пр.гр. R3m.

Соединение Tl3AsS3 можно применить в преобразовании энергии солнечного излучения в электроэнергию. Использование фотоэлементов из соединений Tl3AsS3 при получении электроэнергии является наиболее эффективным методом.

При использовании на солнечных преобразователях соединений TlAsS2 и Tl3AsS3, которые обладают свойством хорошо поглощать видимую часть солнечного спектра и практически не излучают в инфракрасной области спектра, значительно увеличивается эффективность солнечных преобразователей.

6 августа 2021 года Президент Международной Ассоциации Альтернативной Энергетики и Экологии (IAAEE), руководитель Научно-Технического Центра "ТАТА" и Института Водородной Экономики, главный редактор Международного научного журнала "Альтернативная энергетика и экология" (ISJAEE) Александр Леонидович Гусев задал 12 вопросов Первого интервью Почетному Президенту Международной Ассоциации Водородной Энергетики, Почетному Главному Редактору International Journal of Hydrogen Energy (IJHE), Почетному Главному Редактору Международного научного журнала "Альтернативная энергетика и экология" (ISJAEE) проф. доктору Турхану Неджату Везироглу (T.N. Veziroglu). Вопросы были анонсированы в ряде СМИ и других известных изданиях.

Обзор посвящен весьма актуальной проблеме утилизации токсичного сероводорода Черного моря для получения водорода – общепризнанного экологически чистого энергоносителя будущего и ценного химического реагента. Рассматриваются возможности открытого нами недавно метода низкотемпературного каталитического разложения сероводорода (НТКРСВ) для получения водорода и элементной серы с конверсией сероводорода, близкой к 100 %. Поскольку данный процесс осуществляется при комнатной температуре без подвода тепловой энергии извне, то основное внимание уделено термодинамическому аспекту осуществления данного химического превращения. Рассмотрен механизм реакции НТКРСВ на сульфидных и металлических катализаторах в рамках неравновесной термодинамики необратимых процессов для открытых систем, поскольку этот процесс осуществляется за счет внутренней химической энергии молекул субстрата – сероводорода. На сульфидных катализаторах необратимый процесс разложения H2S протекает через стадию образования дисульфана, H2S2, как ключевого интермедиата, а продуктами реакции являются водород и твердая сера. Реакция протекает через ряд последовательных экзотермических стадий диссоциации молекул сероводорода, в которых происходит уменьшение энтропии системы за счет ее рассеяния (диссипации) в окружающую среду в виде связанной энергии T∆S. Оставшаяся часть свободной энергии аккумулируется на поверхности катализатора и используется для осуществления энергозатратной стадии разложения адсорбированного ключевого интермедиата. Аналогично, металлический катализатор обеспечивает захват и накопление энергии от экзотермических процессов адсорбции и диссоциации исходных молекул сероводорода в атомарное адсорбированное состояние водорода и серы. Запасенная энергия используется для химического превращения адсорбированных интермедиатов в конечные продукты реакции: молекулярный водород и двухатомную триплетную серу, с последующей их десорбцией в газовую фазу. При разложении сероводорода на металлических катализаторах при комнатной температуре, наряду с водородом, получена неизвестная ранее двухатомная газообразная сера в основном триплетном состоянии, существование которой предсказано квантовой химией. Рассмотрены некоторые свойства триплетной серы и белой глобулярной гексагональной серы, полученной из ее насыщенных водных растворов, которая является неизвестным ранее аллотропом твердой серы. Сформулирована концепция об определяющей роли катализаторов в процессе НТКРСВ. В зависимости от типа катализаторов (сульфидные или металлические) реакция НТКРСВ протекает по двум различным маршрутам за счет использования внутренней энергии молекул субстрата – сероводорода. Сделано заключение, что предлагаемый метод НТКРСВ является наиболее приемлемой (с точки зрения энергетики, экологии и экономики) технологией утилизации сероводорода Черного моря с получением целевого продукта – водорода, и ценного химического товарного продукта – элементной серы. Однако разработанный метод НТКРСВ выходит далеко за рамки рассматриваемой проблемы Черного моря. Данная разработка может быть легко адаптирована к существующим промышленным процессам утилизации токсичного сероводорода методом Клауса, когда вместо высокотемпературных, металло- и энергоемких процессов переработки сероводорода придут процессы его каталитического низкотемпературного разложения для получения целевого продукта – водорода. Поэтому сероводород как источник получения водорода по методу НТКРСВ может помочь решить проблему развития водородной энергетики в ближайшем будущем.

Установлены современные тенденции в энергетике, основной из которых является применение альтернативных источников энергии, особенно водорода. Описаны наиболее распространенные способы аккумуляции водорода: аккумуляция сжатого газообразного водорода в резервуарах высокого давления; аккумуляция жидкого водорода в криогенных резервуарах; хранение водорода в химически связанном состоянии; аккумуляция газообразного водорода в носителях с высокой удельной поверхностью. По совокупности преимуществ и недостатков выбраны наиболее перспективные методы аккумуляции: хранение жидкого водорода и хранение водорода в носителях с высокой удельной поверхностью. Выявлено основное требование к материалам для хранения водорода данными методами – высокая удельная поверхность. Обоснована перспективность развития безотходных низкоэмиссионных технологий за счет рециклинга вторичного сырья и разработки способов низкотемпературных технологий синтеза функциональных и конструкционных материалов. Показана применимость крупнотоннажных золошлаковых отходов угольных электростанций в качестве сырья для получения материалов по низкотемпературным технологиям. Описаны традиционные пути использования золошлаковых отходов в качестве сырья, активной добавки и наполнителя при производстве цементов. Представлены современные технологии производства инновационных материалов, обладающих уникальным комплексом свойств, а именно углеродные нанотрубки, кремнеземный аэрогель и геополимерные материалы. Обоснована перспективность использования геополимерных матриц в качестве прекурсора для синтеза ряда материалов, выбран наиболее многообещающий вид материалов – геополимерные пены, применяемые, в основном, в качестве сорбентов для очистки жидкостей и газов или аккумуляции целевых продуктов, а также в качестве теплоизоляционных материалов. Показана возможность получения на основе геополимерных матриц изделий любой формы и размеров без высокотемпературной обработки. Обоснована особая эффективность разработки технологии пористых гранул и порошков, получаемых из геополимерного прекурсора с помощью различных методов. Полученные гранулы могут быть применены в следующих технологиях хранения водорода: непосредственное аккумулирование водорода в пористых гранулах; создание изолирующих слоев агрегатов для хранения жидкого водорода.

Для производства биовозобновляемого водорода в работе исследовалась возможность применения пиролиза сельскохозяйственных отходов, а именно коровьего навоза и стеблей сорного растения Amaranthus retroflexus L. (AR), а также их смеси в соотношении 1:1, 2:1 и 4:1. Термогравиметрический анализ проводился при скорости нагрева 10°С/мин в интервале температур от 40°С до 1000°С. Показано, что для термического разложения сельскохозяйственных отходов в инертной среде характерны три основные стадии, наиболее значимая из которых находится в интервале температур от 145 до 410 С, при которой происходит максимальный выход летучих компонентов. Пиролиз проводили при температуре 550°С и скорости нагрева 10°С / мин. При пиролизе смеси сельскохозяйственных отходов материальный баланс имел в среднем следующий вид: 36,95 % пиролизной жидкости, 24,99 % газа и 38,06 % углистого остатка, а максимальная концентрация водорода в получаемом пиролизном газе составила 21,17% при соотношении коровьего навоза и AR 4:1. Такое соотношение позволило получить на 12,1 % водорода больше, чем при использовании смеси с соотношением 1:1. Увеличение доли AR обогащало пиролизную жидкость фенольными соединениями. Высокое содержание фиксированного углерода (в среднем 47,52%) в твердом углистом остатке привлекательно для его использования в качестве почвенных добавок. Для дальнейших исследований по увеличению выхода газообразного водорода из биомассы предложена схема биотермохимической переработки, предполагающей сочетание темновой ферментации и пиролиза.

С помощью новой математической модели для гидравлического расчета трубопроводов, транспортирующих пароводяной геотермальный теплоноситель, которая учитывает влияние гравитационных сил на параметры течения, проведено исследование влияния расположения местных сопротивлений на устойчивость потока. Расчет был проведен по программе SWIP-S для трубопровода с характеристиками, близкими к типовым значениям на Мутновском геотермальном месторождении, где расположены крупнейшие в России геотермальные электростанции. Трубопровод разбивался на 4 участка, рассматривалось 4 варианта с размещением всех местных сопротивлений на первом (от начала), втором, третьем и четвертом участках. Рассчитывался перепад давления и индекс устойчивости потока, определяемый как частная производная перепада давления на отдельном участке трубопровода по массовому расходу. Выявлено незначительное влияние расположения местных сопротивлений по трассе трубопровода на его суммарный индекс устойчивости, а также на суммарный перепад давления. Исходя из расчетов параметров трубопровода по участкам, учитывая существенные различия локального индекса устойчивости, даны практические рекомендации по расположению местных сопротивлений: в случае высокого риска возникновения неустойчивости у устья скважины, в том числе при низких расходах геотермального флюида, рекомендовано располагать их в начале трассы, т.е. вблизи скважины. Аналогичные рекомендации даны при необходимости уменьшения суммарного перепада давления, учитывая, что данный параметр будет резко возрастать на участке, где сосредоточены местные сопротивления.

В статье рассмотрены особенности развития систем с использованием возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и водородной энергетики в России, которое происходит в настоящее время в рамках трансформации энергетики по низкоуглеродному сценарию. Представлен анализ и приведена оценка возможного технического и экономического потенциала развития новых энергетических технологий в РФ и особенностей использования водородных и возобновляемых источников энергии в России.

В качестве возобновляемого, относительно дешёвого и широкодоступного энергетического сырья широкое распространение в настоящее время получает биомасса, включая отходы различных видов. Энергетическое использование биомассы, как известно, не оказывает отрицательного влияния на природное равновесие.

Именно при переработке биомассы с использованием разрабатываемых в Объединенном институте высоких температур РАН технологий могут быть получены продукты, необходимые для решения проблем, связанных с переходом на безуглеродную энергетику. Это является основным направлением модернизации энергетических систем в настоящее время. В статье описаны технологии получения высококачественного топлива и водорода из биомассы: двухстадийной пиролитической конверсии различных видов органического сырья в высококачественный синтез-газ, переработка попутных нефтяных газов с получением водорода и пироуглерода.

Представлены предложения по компенсации прогнозируемого снижения государственного бюджета РФ, связанного с сокращением экспортных поставок ископаемых углеводородных топлив.

В ходе анализа эксплуатационных характеристик ветроэнергетической установки (ВЭУ) и данных о располагаемых ветровых ресурсах было установлено, что в ряде случаев энергосистема не способна полностью потреблять энергию, вырабатываемую генерирующей системой. В такой ситуации принимаются меры по ограничению генерируемой мощности ВЭУ, приводящие к недоиспользованию ветрового потенциала и снижению эффективности использования ветроэнергетических установок. В этих случаях для улучшения использования ветрового ресурса возможно дополнение ветроэнергетической установки водородным накопителем энергии, позволяющим использовать избыток генерируемой мощности для электролиза воды и получения водорода, который затем можно использовать для генерации электрической энергии в периоды пиковых нагрузок в электрической сети. Для исследования процессов, происходящих при этом в энергетической системе, в Matlab/Simulink была разработана математическая имитационная модель, основанная на свойствах и характеристиках ветроэнергетической установки, оборудования для производства водорода и других компонентов системы. Принимая за основу объёмы производства/потребления энергии, элементы объединены в единую систему для моделирования процессов производства и использования водорода в ветроэнергетической установке. С помощью имитационной модели и различных данных о ветровом ресурсе и действующих нагрузках в электрической сети определены параметры процесса производства водорода и коэффициент использования энергии ветра (КИЭВ) в системе. Результаты показали, что внедрение водородного накопителя энергии может существенно увеличить эффективность использования ветрового ресурса.

Для расчета параметров систем жизнеобеспечения человека, пилотируемых летательных аппаратов, предложена методика определения дисперсного состава композитных смесей перекисных соединений щелочных металлов, основанный на инерционной сепарации частиц. Установлена связь дисперсного состава композитных смесей перекисных соединений щелочных металлов на основе надпероксида калия, полученных из пероксида водорода и гидроксида калия в реакторе распылительного типа с химическим составом, варьировать который можно в ходе синтеза. На основании проведенной расчетной оценки было предложено использование в качестве фильтра в системах жизнеобеспечения щелочестойкой стеклобумаги БмД-К из супертонкого штапельного волокна. Эффективность предложенной на основании проведенных по оригинальной методике расчетов системы фильтрации щелочных аэрозолей дымозащитного капюшона кислородной системы авиалайнеров МС 21 и SSJ NEW составила 99,4%. В процессе исследований было экспериментально выявлено, что основную массу задержанной пыли составляют частицы размером 10 ÷ 40 мкм и их конгломераты, средний размер которых составляет 50 ÷ 70 мкм, что полностью соответствует расчетным параметрам, полученным с использованием предложенной методики.

Изменение экологии и климата сопряжено с напряжением механизмов адаптации организмов к
меняющимся условиям среды обитания. Микроэлементы являются неотъемлемой частью обмена веществ и связаны с процессами жизнедеятельности биообъектов. Реструктурированный цинк открывает новые горизонты изучения и применения микроэлементов в биологии и медицине. Представлены результаты реструктурированного цинка, полученного в реакторе нового типа (Институт физической химии и электрохимии А.Н. Фрумкина). Путем длительного термодинамического воздействия на расплав металла, был получен химически чистый цинк, обладающий новой структурой и вследствие этого, новыми химическими и физическими свойствами. Чтобы оценить химическую активность цинка образцы подвергались окислению на термогравиметрическом анализаторе TGA Q500 InterTech Corporation в среде осушенного воздуха в динамическом режиме. Температурный диапазон измерений составлял 35-600 °C при скорости нагрева 10 °C/мин.

Известны транспортные средства, допускающие движение в любом из трех взаимно ортогональных направлений – это дирижабли, самолеты и вертолеты в атмосфере, ракеты в космосе, подводные лодки в океанах. Предлагается транспортное средство с абсолютной проходимости (ТСАП), обладающее указанными свойствами, которое в разных конструктивных исполнениях может быть применено для движения по дорогам (аналогично автомобилю), без дорог, в атмосфере на высоте от нескольких метров до сотен метров, по воде и под водой с высокой скоростью и маневренностью.

Предлагаемое решение позволит сократить потребность в автомобильных дорогах особенно в развивающихся странах Африки и Азии.

Оценен объем бросового тепла цементных заводов Узбекистана и выяснено, что он составляет более 6,8 млрд. кВт∙час в год.

Изучены способы и устройства для преобразования бросового тепла в электричество на цементных заводах, их достоинства и недостатки. Выяснено, что для этих целей наиболее подходящими являются термоэлектрический генератор (ТЭГ). Показано, что существующими способами (установки ОЦР, ТЭГ с КПД около 20 %) из бросового тепла цементных заводов можно получить до 1,47 млрд. кВт∙час электроэнергии в год, удовлетворяя потребность этих заводов в электроэнергии, экономя топливо и снижая энергетическое загрязнение окружающей среды.

Достигнутые в новых материалах значения безразмерной термоэлектрической добротности ZT = 3,6 и 5-6 показывают, что ТЭГ уже становится не только конкурентоспособным против традиционных электромеханических устройств, но и может превзойти их в долговечности, снижении объема технического обслуживания и ремонта, дешево и эффективно преобразуя бросовое тепло, экономя топливо и содействуя улучшению экологии.

Изучен состав минералов Узбекистана в качестве сырья для дешевых, безопасных и достаточно эффективных термоэлектрических материалов. Установлено, что имеется ряд месторождений минералов, перспективных для этих целей, но их термоэлектрические свойства не исследованы.