В работе проведен комплексный анализ эффективности солнечных установок по сроку их окупаемости в зависимости от типов солнечных коллекторов и от удельной стоимости их тепловоспринимающей поверхности. Помимо теоретического анализа в статье приводится алгоритм создания экспериментальной солнечной водонагревательной установки. Все это демонстрируется достаточно четкими иллюстрациями и пояснениями. Цель создания – дальнейшие экспериментальные исследования эффективности работы данной конструкции солнечной водонагревательной установки.

Исследовано влияние отражения фотоэлектронов от поверхности на фотоЭДС в тонких полупроводниковых пленках и проведено ее сравнение с объемной фотоЭДС. Показано, что отраженная фотоЭДС может преобладать над объемной электродвижущей силой только в образцах с большой длиной свободного пробега при сильном поглощении света. В тонких пленках отраженная фотоЭДС, по-видимому, наблюдается вместе с другими видами фотоЭДС и при интерпретации результатов эксперимента может быть истолкована как объемная электродвижущая сила.

Работа посвящена оценке оптимальных параметров каскадных кремниевых фотоэлектрических преобразователей. В отличие от матричных солнечных элементов направление светового потока в каскадном варианте предусматривается перпендикулярным к плоскости нескольких переходов, созданных последовательно на одной базовой пластине кремния. Из анализа конструктивного оформления каскадного фотопреобразователя следует, что оптимальным режим его работы будет только тогда, когда солнечный световой поток, проходящий сквозь базовые слои полупроводника, будет генерировать в них равное количество электронно-дырочных пар в единицу времени. Это требование может быть реализовано соответствующим расчетом протяженностей базовых слоев полупроводника. Толщины высоколегированных слоев n+ и p+ между базовыми слоями должны быть минимальны и не превышать 0,5 мкм каждый. Особо важное значение для определения оптимальных значений базовых слоев в каскадных кремниевых фотопреобразователях имеет расчетная зависимость плотности короткого замыкания кремниевых фотоэлементов от толщины слоя полупроводника при стандартном солнечном излучении АМ-1,5. Расчеты оптимальных значений базовых слоев каскадных фото-преобразователей представлены в работе для двух, трех, четырех и пяти многопереходных структур. Анализ параметров многопереходных фотопреобразователей позволяет сделать вывод, что рассматриваемые полупроводниковые структуры могут быть успешно использованы в устройствах прямого электролиза воды на водород и кислород, поскольку потенциал такого освещенного солнечным светом каскадного фотоэлемента заметно превышает потенциал связи атомов водорода и кислорода в молекуле воды. Это же обстоятельство поможет извлекать из богатой минералами морской воды и другие химические элементы, представляющие интерес для определенных отраслей промышленности и сельского хозяйства.

В статье рассматриваются вопросы целесообразности утилизации попутных с геотермальной водой горючих газов с невысоким газовым фактором, а также перспективные направления эксплуатации энергетических систем в режиме без солеотложения.

Рассматриваются тенденции развития геотермальных энергетических технологий, использующих теплоноситель различной температуры. Показано, что в последние годы увеличивается количество стран, где прирост установленной мощности геотермальных электростанций осуществляется в основном за счет сооружения энергоблоков с бинарным циклом. Это позволяет значительно расширить ресурсную базу геотермальной энергетики путем освоения низкотемпературных геотермальных источников, общий потенциал которых превышает высокотемпературные ресурсы. Отмечается, что низкотемпературные геотермальные источники имеют широкое распространение и фактически могут быть выведены на поверхность Земли практически в любом регионе мира. Проведен анализ масштабов и географии применения бинарных энерготехнологий для освоения геотермальных ресурсов. Показаны особенности использования низкокипящих органических рабочих тел в бинарных энергоустановках. Определены основные типы и принципы выбора оптимальных рабочих тел для бинарных энергоблоков. Представлены результаты расчетных исследований влияния выбора рабочего тела на технические характеристики бинарных энергоустановок. Рассмотрены вопросы применения водородно-кислородного парогенератора для перегрева геотермального пара комбинированных энергоблоков с бинарным циклом.

Работа посвящена изложению и анализу методических подходов к поиску новых нетрадиционных источников непищевого возобновляемого сырья для биотоплива третьего поколения на основе биомассы микроводорослей. Рассмотрена проблема и методы липидной индукции (увеличения содержания липидов) в микроводорослях (МКВ). Представлены результаты современных исследований в области получения перспективных штаммов МКВ – продуцентов липидов. В частности, обсуждается задача поиска стрессоров при двухстадийном культивировании, когда на первой стадии выращивание микроводорослей ведется в наиболее оптимальных условиях для получения максимального количества биомассы, а на второй стадии в результате создания условий физиологического стресса происходит биосинтез и аккумуляция в полученной биомассе липидов. Показаны и анализируются результаты собственных экспериментальных работ по выделению из природных источников новых кандидатных штаммов МКВ и подбору стрессоров для липидной индукции. Рассмотрена также целесообразность применения метода скрининга липидосодержащих микроводорослей окрашиванием флуоресцентным красителем Нильским красным, который был апробирован на широком спектре выделенных культур микроводорослей из разных таксонов. В качестве стрессоров для липидной индукции использовались голодание по азоту и фосфору, повышенная и пониженная освещенность, температурный режим. Показано значимое увеличение содержание липидов в клетках МКВ под действием стрессоров. Подтверждается перспективность использования технологичной быстрорастущей микроводоросли Arhtrospira platensis в качестве модельного объекта для поиска стрессоров и – в целом – режима культивирования липидосодержащих микроводорослей. Выделенные культуры из природных источников подробно описаны и включены в коллекцию микроводорослей энергетического назначения НИЛ ВИЭ географического факультета МГУ.

В рамках создания методологии управления процессами проницаемости функциональных материалов рассмотрен математический аппарат диффузии через пластину при граничных условиях 1-го и 2-го рода и предложены способы оценки параметров диффузии методами особых точек, функциональных масштабов и статистических моментов. Разработан комплекс компьютерных программ HPRON, обеспечивающий возможность математического моделирования, планирования, обработки и интерпретации результатов различных вариантов метода газопроницаемости. Полученные результаты использованы для оптимизации работы мембранного электродного блока автомобильного топливного элемента и электролизера с протонпроводящей перфторированной мембраной типа нафиона.

Рассматриваются термодинамические стимулы и энергетика интеркаляции нанофазы молекулярного водорода высокой плотности в углеродные наноструктуры. Обсуждается физика экстраординарного проявления эффектов типа эффекта Курдюмова и водородного спилловер эффекта в связи с проблемой эффективного хранения водорода в графитовых нановолокнах.

Целью работы является исследование влияния типа адсорбента и температуры адсорбции на поглотительную способность насоса. Использовались два метода: приближенный расчет по средней температуре и точный расчет путем интегрирования уравнения адсорбции по всему объему адсорбента. При этом исследования проводились при давлениях, соответствующих различным степеням вакуума. Соответственно, были получены аналитические зависимости относительной расчетной ошибки от температуры на периферии адсорбента для следующих условий: адсорбция различных газов для насосов на охлажденном и переохлажденном жидком азоте, для адсорбента с различными значениями постоянной пористой структуры при различных давлениях всасывания.

Обзор посвящен ретроспективному анализу публикаций по исследованию термической диссоциации гидрида титана. Рассмотрены данные, полученные с использованием различных методик исследования: измерение кинетики выхода водорода в потоке нейтрального газа, дегазация в замкнутом объеме, дифференциальный термический анализ, дифференциальная калориметрия, термогравитационный анализ, масс-спектроскопия, рентгеноструктурный анализ и др. Обращено внимание на значительное расхождение в данных различных исследований, в том числе и проведенных с одинаковыми методиками. Предложена своя трактовка последовательности процессов, происходящих при термической диссоциации гидрида титана. Она предполагает три стадии этого процесса, завершающим этапом которых является образование твердого раствора водорода в титане как необходимого условия для выхода водорода из гидридных гранул.

 Для увеличения массового содержания водорода в интерметаллидах типа LaNi3 предложено заменить часть La на Mg. Приготовлены сплавы состава La3-xMgxNi9 (х = 1, 1,1 и 1,2). Для этого сначала электродуговой плавкой смесей высокочис-тых La и Ni в атмосфере аргона получали лантан-никелевые сплавы, которые измельчали в планетарной шаровой мельни-це с добавкой необходимого количества порошка магния. Затем полученную однородную смесь спрессовывали в таблетки, заворачивали в танталовую фольгу, помещали в стальную трубу и проводили гомогенизационный отжиг при 950 °С на протяжении 6 ч. Приготовленные таким образом сплавы состояли из 70–80 мас.% фазы интерметаллида со структурным типом PuNi3 и примесных фаз La4MgNi19 и LaNi5. Изучены водородсорбционные свойства приготовленных интерметаллических соединений. Установлено, что на изотермах La3-xMgxNi9 – H2 присутствует одно плато фазового перехода, что свидетельствует об образовании только одной гидридной фазы с содержанием водорода 1,58 мас.% (La2MgNi9), 1,52 мас.% (La1,9Mg1,1Ni9) и 1,5 мас.% (La1,8Mg1,2Ni9). При этом при увеличении содержания магния в образце повышается равновесное давление. Рассчитаны изменения энтальпии при дегидрировании и обнаружено повышение теплового эффекта реакции с увеличением содержания магния.  

Вопрос о роли водородной энергетики в развитии благосостояния общества можно рассматривать только в одном аспекте, а именно достойное существование того или иного сообщества может быть обеспечено только при всестороннем использовании водородных технологий. Потенциал водорода далеко не исчерпан в традиционной энергетике. По мере успешного решения проблем хранения водорода и создания высокоэффективных топливных элементов будет реализована абсолютно надежная система резервирования собственных нужд при нештатных режимах работы электростанции. Одним из сдерживающих факторов развития водородной энергетики являются существующие технологии хранения (криогенная и балонная) небезопасны и энергоемки.

Данная работа посвящена разработке научно-технических основ создания энергетических установок, использующих в качестве топлива алюминий, а в качестве окислителя – воду, применительно к использованию их в условиях низких температур. Генерация водорода в условиях низких температур при окислении алюминия в воде или водных растворах осложняется формированием на его поверхности оксидной пленки, а также уменьшением скорости реакции при понижении температуры. Тем не менее, в данной работе приведены методы, позволяющие решить вышеуказанные проблемы. Эксперименты показали, что объем водорода, выделившегося при взаимодействии порошка активированного алюминия с водным раствором KOH, значительно выше, чем с растворами ZnCl2 и CaCl2. При –10 °C степень превращения алюминия для NaOH равна 94%, для KOH – 93%; при –20 °C: для NaOH – 36%, для KOH – 80%. Для раствора KOH при –30 °C и –40 °C: 67 и 17% соответственно. При окислении гранул неактивированного алюминия в водном растворе соляной кислоты с добавлением соли CuCl2 выделилось более 2120 мл водорода; для раствора FeCl3 был зарегистрирован выход водорода порядка 70 мл при частичном замерзании раствора.

В статье предлагается новый возобновляемый концентрационный гальванический элемент, который включает два одинаковых электрода, погруженных в раствор разных концентраций, отличающийся тем, что один из электродов погружается в русло реки у его стока в море или океан, а другой электрод погружается в соленую морскую воду. Получаемый постоянный ток используется для получения водорода из морской воды в электролизере. Приведен конкретный пример исполнения на стоке реки Сулак в Каспийское море.

Системно-организованные, локально-индивидуализированные агротехнологии предусматривают на земельном угодье, разделенном на приоритетные зоны, одновременное параллельное и взаимосвязанное выполнение комплекса технологических операций по производству продукции растениеводства: операций по подготовке семян агрокультуры, выращиванию рассады, закладке рассады в почву, возделыванию агрокультуры, стимуляции ее развития. Взаимодействие между выполняемыми процессами осуществляется в режиме реального времени с возможностью необходимых корректировок процессов в ходе их выполнения. Значительная часть технологических операций реализуется без оказания негативных воздействий на агрокультуру, почву и окружающую среду, с малыми затратами энергии.

Целью работы является определение влияния состава и свойств наполнителя (вакуумной изоляции, сорбента) на время вакуумирования и распределение давления в вакуумируемой полости. В работе приняты допущения: молекулярный режим течения газа, микропористая структура представлена капилляром эквивалентной длины и диаметра, газовыделение с поверхности не зависит от давления и постоянно по длине условного капилляра. Процесс вакуумирования был рассмотрен для установившегося режима откачки и для процесса откачки с постоянным потоком откачиваемого газа. Соответственно, получены аналитические зависимости распределения давления в капилляре и время откачки в заданном диапазоне давлений.

Расчетным и экспериментальным путем определены температурные режимы работы водородo-воздушного твердополимерного топливного элемента, работающего в режиме самоувлажнения. Показано, что возможно реализовать работу топливного элемента без внешнего увлажнения при 30-40 °С. Показаны пути внедрения данной технологии в авиацию и представлены результаты работы по созданию энергоустановки БПЛА на самоувлажняющемся топливном элементе.

Структурные дефекты оказывают влияние на процесс обратимой сорбции водорода в металлах. Они изменяют кинетику абсорбции и содержание водорода в единице объема. Проведен сравнительный анализ кинетики образования примесных сегрегаций из атомов водорода для краевой дислокации, вершины микротрещины и клиновой дисклинации. В качестве иллюстративного примера рассмотрена электрохимическая система «никель-бор-водород». Показано, что клиновая дисклинация захватывает атомы водорода по линейному закону. Образование водородных сегрегаций для вершины микротрещины и краевой дислокации протекает более медленно. Рассмотрена водородная емкость упомянутых структурных дефектов. Показано, что они незначительно увеличивают содержание водорода в единице объема. Результаты теоретического анализа привлекаются для обоснования предельных возможностей металлов по обратимой сорбции водорода.

Проведен сравнительный анализ способов хранения водорода в альтернативных источниках энергии, таких как физические, химические, адсорбционные, металлогидридные. Показаны преимущества и недостатки каждого метода хранения водорода. Обоснованы основные достоинства металлогидридных систем хранения связанного водорода. Приведены исследования возможности применения электрохимических систем для аккумулирования водорода. Впервые проведены исследования возможности электрохимических систем к поглощению водорода по двум направлениям: 1. формирование структуры металла и сплава с определенной степенью дефектности; 2. дополнительное введение водорода в подготовленную металлическую матрицу методом ионной имплантации.

В работе проведены исследования процессов теплообмена при предстартовом захолаживании расходных магистралей двигательных установок (ДУ) разгонных блоков (РБ) ракет-носителей (РН) и в криогенных системах испытательного стенда (ИС). На основе рассмотрения уравнений сохранения массы и энергии применительно к газовой подушке бака и объему бака, заполненного криогенной жидкостью, предложены методы математического моделирования процессов захолаживания. По результатам стендовых и летных испытаний ДУ уточняются коэффициенты замыкающих зависимостей для решения уравнений по теплоотдаче и трению в элементах систем подачи ИС и ДУ. Результаты расчетно-экспериментальных исследований процессов захолаживания расходных водородных и кислородных магистралей, полученные при стендовых и летных испытаниях РБ 12КРБ, могут быть использованы для верификации компьютерных моделей расчета теплообмена криогенных систем ИС и ДУ.

В статье рассмотрены вопросы использования твердотопливных и пароводянных реактивных двигателей для установки свай в грунты при возведении фундаментов различных сооружений. Использование подобных двигателей позволяет принципиально изменить технологию проведения работ, что в условиях труднодоступной местности может привести к экономии времени и средств. Существенным недостатком всех современных средств установки свай является их большая масса, составляющая десятки и сотни тонн. Предлагаемый способ способен ускорить процесс и имеет существенно меньшую массу оборудования. Авторами определены удельный импульс двигателя и потребный запас топлива в зависимости от поперечного сечения сваи. Предоставлена принципиальная конструкционная схема установки и даны рекомендации по возможности ее использования в городах и удаленной местности.

Предлагается усовершенствованная конструкция известной системы закручивания потока в вихрь (Торнадо) с глубоким понижением давления в центре вращения. Высокооборотная турбина с генератором размещается в трубе, подающей воздух в центр вращения. Описывается новая конструкция такой турбины и схема подводящих труб, обеспечивающая устойчивость вихря и повышенную эффективность системы.

Предлагается схема ветроэнергетической установки, в которой формируется перепад давления на рабочем органе, пропорциональный не скоростному напору, как в обычных ветротурбинах, а первой степени скорости потока. Это позволяет ожидать более высокую энергетическую эффективность системы. 

В работе изучено влияние внешних условий (света, температуры) на эффективность генерации электрической энергии гальваническим элементом, образованным из пары металлических электродов, размещенных в дереве и почве. Использовали электроды из железа, нержавеющей стали и меди. Изучили деревья разного возраста Московской и Калужской областей: березу, липу, дуб, лиственницу, сосну, ель. Разность потенциалов между деревом и почвой менялась в диапазоне от 0,1 до 0,7 В в зависимости от вида дерева и материала электрода. Максимальная эффективность генерации электричества в летнее время достигалась в полуденные часы на лиственных деревьях с применением электродов из железа (дерево) и меди (почва). Сделали заключение об ускорении солнечным светом кинетики окислительно-восстановительных реакций в электролите ксилемы с участием металла электрода. Более высокие значения разности потенциалов в лиственных деревьях по сравнению с хвойными связали с более высокими значениями рН и диэлектрической постоянной в пасоке, чем в живице. Полученные результаты полезны для конструирования аккумуляторов электрической энергии деревьев, с помощью которых можно будет заряжать и питать маломощные электронные устройства.

Несмотря на интенсивные исследования структуры и молекулярной динамики жидкой воды, до сих пор не известен термодинамический механизм дифференцирования экстремальных точек в температурных зависимостях ряда свойств воды. В настоящей работе изучили аномалии температурных зависимостей, применив метод линейных аппроксимаций. Оценили температурный градиент и энергию активации для каждой зависимости и сопоставили их с энергией водородной связи и энергиями собственных и кооперативных движений молекул воды в кластерах. Установили, что реакция разрыва водородной связи лимитирует в основном термодинамику аномалий динамической вязкости, самодиффузии и электропроводности воды. Термодинамика кооперативных и резонансных эффектов в кластерных структурах лежит в основе аномалий плотности, адиабатической теплоемкости, скорости звука, поверхностного натяжения и сжимаемости. Практически все линейные аппроксимации имели излом в районе 25 °С. С учетом известных данных предположили, что в этой точке происходит фазовый переход между состояниями воды с различной степенью спиральности сетки водородных связей.

Автором рассмотрены актуальные вопросы возможности разумного энергосбережения в быту. Показано, что энергосберегающие мероприятия позволяют существенно сэкономить энергетические ресурсы и являются ключом к повышению уровня жизни, а также сохранению окружающей среды. Энергосбережение рассматривается как новый «источник» энергии.

По своим технологическим показателям электрохимическая размерная обработка (ЭХРО) имеет ряд уникальных особенностей, позволяющих ей конкурировать с другими методами размерного формообразования. Подчеркивается важность, в условиях бурного внедрения станков с ЧПУ, дальнейшего совершенствования технологических показателей ЭХРО. Электрохимическая размерная обработка сопровождается выделением на катоде газообразного водорода. Рассмотрено влияние водорода на устойчивость и производительность процесса обработки. Установлены условия устойчивости процесса ЭХРО и достижения максимальной производительности.

В статье рассмотрены вопросы разработки технологии производства композитной углеродной ленты (КУЛ), являющейся основой для электродов суперконденсаторов. Также приведены результаты всесторонних экспериментальных электрохимических и электроэнергетических исследований как непосредственно КУЛ, так и электродов на основе КУЛ и моделей суперконденсаторов наборной и намоточной конструкций с использованием таких электродов. Структура КУЛ на основе активированного угля, электропроводящей добавки и полимерного связующего изучена сканирующей электронной микроскопией. Удельная площадь поверхности электродов и размер пор углеродного материала определены методом адсорбции N2. Исследованы электрохимические характеристики композитных электродов в зависимости от типа используемого токового коллектора. Установлено, что для неводного электролита 1 M TEABF4/PC минимальным полным внутренним сопротивлением 7,2 Ом/см2 и максимальной удельной емкостью 80 Ф/г обладают электроды на основе КУЛ, наклеенных на токовый коллектор с помощью электропроводящего адгезива. Электроды демонстрируют стабильность удельной емкости и внутреннего сопротивления после 1000 циклов гальваностатического заряда/разряда. На основе полученных композитных электродов изготовлены модели наборных и намоточных суперконденсаторов и исследованы их основные электроэнергетические характеристики.

Проведено экспериментальное сравнение состава продуктов каталитического водно-парового реформинга этанола на никелевом катализаторе, нанесенном на различные носители: оксиды цинка и кремния, молекулярные сита – с целью получения минимального содержания моноокиси углерода. Исследования проведены в интервале температур 250-400 °С. Показана довольно высокая эффективность этих катализаторов при конверсии этанола при относительно низких температурах для получения смеси, богатой водородом, пригодной для питания топливных элементов. Основными продуктами конверсии являются водород, метан, моноокись и двуокись углерода. Минимальное содержание моноокиси углерода наблюдается при температуре реформинга 400 °С и использовании в качестве носителя катализатора оксида цинка и молекулярных сит в отличие от оксида кремния, где при 400 °С концентрация моноокиси углерода в продуктах реформинга составляет 11 об.%.

В статье описывается способ электронно-лучевой сварки в магнитном поле горизонтальным пучком на подъем сварных соединений большой толщины со сквозным проплавлением, позволяющий повысить качество формирования сварных швов большой толщины без применения подкладок за счет создания канала проплавления криволинейной формы и перераспределения сил, действующих на жидкий металл сварочной ванны. Приводится методика проведения экспериментов по сварке в магнитном поле, а также практические режимы ЭЛС стали ANSI 316 L(N) толщиной 40 мм с оценкой качества формирования швов. Показано, что создание канала проплавления криволинейной формы способствует расширению диапазона технологических режимов сварки, в котором обеспечивается стабильное формирование сварных соединений.