Preview

Альтернативная энергетика и экология (ISJAEE)

Расширенный поиск
Доступ открыт Открытый доступ  Доступ закрыт Доступ платный или только для Подписчиков
№ 10 (2025)
Скачать выпуск PDF

ВОДОРОДНАЯ ЭКОНОМИКА

12-17 42
Аннотация

В статье представлено поздравление с 90-летним юбилеем Сергея Андреевича Худякова – выдающегося инженера, учёного и наставника, чья жизнь и деятельность неразрывно связаны с развитием отечественной энергетики, космонавтики и инженерной школы. Автор подробно рассматривает ключевые этапы его биографии, начиная от ранних лет в семье советской интеллигенции и первых шагов в науке до участия в создании водородных энергоустановок для космических кораблей и внедрения экологически чистого транспорта. Особое внимание уделено его работе в ракетно-космической отрасли, где Худяков принимал участие в разработке ядерных и водородных систем электропитания, включая топливные элементы для корабля «Буран». Эти проекты стали важным вкладом в мировую космическую энергетику и доказали способность отечественной науки решать задачи глобального уровня. В статье показано, как инженерные идеи, рожденные в космической программе, были адаптированы для нужд народного хозяйства, в том числе для автомобильной промышленности и экологически чистого транспорта.
Не менее значимым является вклад Сергея Андреевича в сохранение инженерной памяти и преемственности. Его книги о Василии Грабине и мастерах пушечного и ракетно-космического дела стали фундаментальным трудом, соединяющим историю артиллерии и космонавтики, формирующим инженерную идентичность страны. Автор подчёркивает, что Худяков выступает не только как создатель техники будущего, но и как хранитель корней, из которых она выросла.
В статье также освещается педагогическая и просветительская деятельность юбиляра: многолетние лекции в МАИ, МГТУ им. Баумана и РКК «Энергия», выступления перед студентами и школьниками, участие в международных форумах и конгрессах по альтернативной энергетике и экологии. Его доклады и публикации формируют научную повестку, задают стандарты и вдохновляют коллег. Автор подчёркивает парадоксальную и новаторскую идею Худякова: отходящие газы тепловых электростанций могут рассматриваться как топливо в обратном цикле, что открывает новые перспективы в энергетике и меняет традиционные представления о получении электрической энергии. Сочетание искусственного топлива и плазменных активаторов, по мысли учёного, открывает путь к прямому переходу вещества в электрическую энергию, минуя паровые машины.
Таким образом, статья не только поздравляет выдающегося инженера с юбилеем, но и фиксирует его научное и педагогическое наследие, подчёркивает значение его трудов для современного научного сообщества и будущего энергетики. Худяков представлен как символ инженерной преемственности, человек, соединяющий прошлое, настоящее и будущее отечественной науки и техники.

18-43 41
Аннотация

Анаэробное сбраживание (АС) представляет собой перспективный метод получения биогаза из органических отходов. Перспективным направлением исследования является двухстадийное анаэробное сбраживание, в процессе которого возможно одновременное получение водорода и биогаза. Однако внедрение данного процесса ограничено ввиду низкой скорости и эффективности процесса, поэтому одной из стратегий является использование микробной электролизной ячейки (МЭЯ), которая позволяет улучшить конверсию субстрата в биогаз. В данной работе было исследовано влияние приложенного напряжения (0; 1,2 и 2,4 В) на интенсивность продукции метана при двухстадийном АС модели жидких органических отходов, предобработанных в аппарате вихревого слоя (АВС). В результате, наибольший объемный выход биометана 0,151 ± 0,071 л/(л·ч) был получен при разнице потенциалов на электродах МЭЯ 1,2 В. В процессе эксперимента энергетический вклад темновой ферментации в общий объемный энергетический выход составлял 58,81-66,2%, при этом наименьшее значение 58,81% было получено при напряжении 1,2 В. Наименьшая концентрация растворимых продуктов метаболизма 0,59 г/л в метаногенном реакторе также наблюдалась при разнице потенциалов 1,2 В. В микробном сообществе ацидогенного реактора DF основным продуцентом водорода был род Thermoanaerobacterium (54,80-84,58%). В реакторе MF под воздействием напряжения 1,2 В происходило обогащение сообщества гидрогенотрофными метаногенами рода Methanothermobacter и водород-продуцирующих родов Thermanaerovibrio, Cloacimonadaceae W5, Acetomicrobium, Coprothermobacter. Таким образом применение микробной электролизной ячейки с разницей потенциалов 1,2 В позволяет повысить энергетический выход системы двухстадийного анаэробного сбраживания предобработанной в АВС модели пищевых отходов на 33%.

44-82 44
Аннотация

Научная статья описывает особенности круговой генерации тепла и получения чистой электрической энер- гии с использованием возобновляемых и невозобновляемых источников энергии. Основная концепция направ- лена на объединение ветряной электрической станции с установками комбинированной энергии и переработки отходов. Комбинированная установка включает в себя ветряной генератор в сочетании с источником электриче- ской энергии. Установка по переработке отходов выполняет функцию утилизации, обезвреживания и включения в повторный цикл использования. Утилизация отходов может быть высокотемпературной, на основе термиче- ского разложения, с использованием плазменного разложения. Мощность рассматриваемой ветряной электри- ческой станции составляет 50 МВт, комбинированной установки 750 МВт, установки по переработке отходов 220 МВт.
Исследование сочетает использование энергетических ресурсов с энергетическими установками. Это со- здает возможность получения экологически чистого водорода с повышением производительности, снижением выбросов парниковых газов, экономией топливных ресурсов и возможностью использования и утилизации от- ходов.
Учитывается оценка технических и экономических показателей, оценка воздействия на окружающую сре- ду комбинирования описываемых установок. Происходит выявление зависимости результата от технических усилий по принципу Парето. Применяется стохастическое моделирование для аналитики систем, опираемое на статистические данные.
Исследование описывает балансовое соотношение инфраструктурного качества и сокращения выбросов углекислого газа в атмосферу.
Использование водорода в энергетических установках обеспечивает экологическую безопасность, мини- мизирует риски утечек, обеспечивает высокий процент коэффициента полезного действия и снижает удельный топливный расход. Однако, увеличение расхода водорода приводит к изменению характеристик системы и уве- личению затрат на конструктивные элементы.
Снижение выбросов углекислого газа связано с переходом на производство чистого водорода. Доклад МЭА «Нулевые выбросы к 2050 году» описывает снижение цен на водород с низким уровнем выбросов до 2-9 долла- ров США за 1 кг к 2030 году. Wood Mackenzie (WoodMac) в своем отчете 2021 года прогнозирует цену водорода к 2030 году ниже 1 доллара за 1 кг. Доклад Rethink Energy в 2022 году заявил о стоимости зеленого водоро- да к 2030 году чуть более 1 доллара за 1 кг. Аналитики Argus описывают перспективу цены за 1 кг водорода к 2030 году в размере 1,3 доллара США.
Получение чистого водорода усложняется из-за следующего факторного ряда: высокая стоимость водо- рода, увеличение затрат на строительство установки по получению водорода, логистическая проблема, про- блема хранения. Международное энергетическое агентство прогнозирует увеличение спроса на использование водорода к 2050 году в пять раз. Потребление водорода может возрасти до 350 млн тонн в год, из которых 70% составит зеленый водород.
Чистый водород в промышленности возможно получить следующими способами: паровой конверсией ме- тана, электролизом воды и газификацией угля. Паровая конверсия метана является доступной и высокоэффек- тивной технологией с чистотой водорода на выходе до 98%. Недостатком является выброс углекислого газа в процессе получения газа. Получение водорода с помощью процесса электролиза воды является экологичным, доступным, с чистотой водорода на выходе до 99%. Одним из самых распространенных методов получения чи- стого водорода является электролиз в промышленных установках. На выходе получается высококачественный продукт без примесей. Установка может производить не только водород, но и другие химические соединения. Электролиз в комбинации с солнечной или ветряной энергией является экологичным. Недостатком данного ме- тода является высокая стоимость и энергозатратность. Метод получения водорода газификацией угля является самым неэкологичным способом из-за значительных выбросов углекислого газа в атмосферу. Чистота водорода на выходе составляет приблизительно 74%.
Переход производства на получение чистого водорода требует дополнительных затрат, однако производст- во водорода с помощью возобновляемых источников энергии является экономически выгодным и доступным вариантом. Процедура хранения водорода является экономичнее транспортировки. При хранении используют сжатый водород, возможно использование подземных хранилищ. При транспортировке водорода возникают по- тери из-за низкой плотности, возникает проблема предварительного охлаждения сосудов, заполняемых в даль- нейшем газом.
Внедрение технологии производства чистого водорода является востребованным. Средняя расчетная себе- стоимость производства 1 кг чистого водорода стремится к себестоимости традиционных источников энергии. Это способствует снижению мирового уровня загрязнения атмосферы углекислым газом.

ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ АСПЕКТЫ ЭНЕРГЕТИКИ

83-92 32
Аннотация

В данной статье показана актуальность плазменного метода утилизации углекислого газа. Описана установка по регенерации кислорода из углекислого газа на основе квазистационарной импульсной неравновесной плазмы. Представлено полученное с помощью электрохимического датчика процентное содержание кислорода в смеси. По результатам работы было получено, что в установке максимальное процентное содержание кислорода достигается в межэлектродном зазоре, равном 3 мм при частоте повторения импульсов, равной 5 кГц. Энергия, затраченная на образование одной молекулы кислорода при расходе 7 л/мин, составляет 7,44 эВ/мол. Было показано, кроме кислорода в данной установке получается озон, что позволяет дополнительно увеличивать процентное содержание кислорода в получаемой смеси путем разложения озона в гопталюме. Таким образом было показано, что возможно создание мобильного устройства по переработке получаемого при дыхании человеком углекислого газа в кислород на базе описанного в статье разряда.

93-125 63
Аннотация

В настоящее время активно продолжаются исследования изменений характеристик и свойств воды в результате воздействий электромагнитных волн. Изучение влияния полей на воду имеет множество практических применений в экологии, сельском хозяйстве и промышленности. Вода в большинстве случаев представляет собой сложную гетерогенную систему, содержащую в себе различные примеси, влияющие на физические и химические свойства воды даже в очень малых количествах. Результаты различных экспериментальных исследований (очевидно с разными образцами воды) не всегда согласуются друг с другом. На основе обзора научных публикаций в данной работе приведен анализ результатов исследований, связанных с изучением воздействий электрического, магнитного и электромагнитного поля различной частоты и напряженности на физико-химические свойства воды: удельную теплоемкость, диэлектрическую проницаемость, показатель преломления, электрическую проводимость, силу поверхностного натяжения, угол смачивания, вязкость, скорость испарения воды, pH, спектр поглощения. Материалы для анализа и систематизации были отобраны из отечественных и зарубежных научных публикаций, тезисов докладов всероссийских, международных конференций. Механизм отбора материалов производился с акцентом на экспериментальные исследования влияния полей на физико-химические свойства воды. Анализ публикаций показал, что по ряду этих свойств имеются значительные несоответствия в результатах экспериментов, тогда как результаты экспериментов по изменению показателя преломления, скорости испарения и спектра поглощения в целом согласуются друг с другом. Если вода может закономерно менять свои свойства вследствие электромагнитного воздействия, то потенциально можно рассматривать ее как датчик (сенсор) радиоизлучений. Для решения проблемы противоречивости результатов экспериментов даны рекомендации к их представлению.

КАТАЛИЗ В АЭЭ

126-140 46
Аннотация

Исследовано влияние мольного отношения Ni/Mg на физико-химические и каталитические свойства смешанных оксидов Ni-Mg-Al-O, полученных термической обработкой слоистых двойных гидроксидов. Увеличение содержания никеля и температуры восстановления катализатора приводит к повышению степени восстановления никеля и снижению его дисперсности, обусловленное процессами спекания, происходящими при высоких температурах. С ростом отношения Ni/Mg увеличивается степень превращения стеариновой кислоты и выход С15-С18 углеводородов. Полное превращение стеариновой кислоты с получением гептадекана в качестве основного продукта обеспечивается катализатором с мольным отношением Ni/Mg равным 3 при температуре 270 °С, давлении 4 МПа в течение 5 ч.

ГАЗОТУРБИННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

141-169 49
Аннотация

Сокращение выбросов парниковых газов при производстве тепловой и электрической энергии является одним из ключевых направлений устойчивого развития. Переход от углеводородного топлива к водородному позволит практически полностью предотвратить образование углекислого газа в камерах сгорания газотурбинных установок с одновременным увеличением влагосодержания в продуктах сгорания, что делает перспективным утилизацию низкопотенциальной теплоты водяных паров из среды уходящих газов в конденсационных котлах-утилизаторах. В настоящей работе представлены результаты комплексного анализа парогазовых энергоблоков, работающих на водороде и метано-водородных смесях, с дополнительной утилизацией низкопотенциальной теплоты влажных продуктов сгорания в органических циклах Ренкина. Определён уровень энергетической эффективности установок, усовершенствована методика RANS моделирования теплопередачи в конденсационных котлах-утилизаторах, а также оценены габариты теплоутилизирующей установки.

ИНФОРМАЦИЯ В ОБЛАСТИ АЭЭ



ISSN 1608-8298 (Print)