Предложена альтернативная схема гарантированного электротеплоснабжения энергоизолированного объекта с высоким потенциалом ветровой энергии без использования привозного или местного топлива. Схема содержит ветроэнергетический комплекс из парка ветрогенераторов, размещенных в точках с высоким потенциалом ветра, которые обеспечивают гарантированное электроснабжение даже в периоды слабого ветра. Для теплоснабжения потребителя весь избыток электроэнергии идет на термоэлектрический нагрев воды в баках накопителях, а также на получение водорода методом электролиза воды. Текущее теплоснабжение осуществляется с использованием горячей воды баков-накопителей, а теплоснабжение в период дефицита тепловой энергии – за счет сжигания запасенного водорода в конденсационных водородных котлах. Разработан алгоритм расчета и программа «Wind in energy», которые позволяют рассчитать годовой баланс энергии и подобрать необходимое количество оборудования для реализации схемы исходя из годового графика тепловой и электрической нагрузки, а также потенциала ветровой энергии в выбранном регионе. Проведено расчетное обоснование предложенной схемы применительно к реальному энергоизолированному объекту – поселку Усть-Камчатск (Камчатка). Подобрано оборудование для реализации альтернативной схемы энергоснабжения без использования привозного топлива и проведено ее сравнение с традиционной схемой энергоснабжения на базе дизельной электростанции и котельной, работающих на привозном топливе. При внедрении альтернативной схемы энергоснабжения оборудование отработавшей свой ресурс традиционной схемы может быть задействовано для резервного энергоснабжения. С помощью климатических баз данных рассмотрен ряд энергоизолированных объектов на севере и востоке России с высоким потенциалом ветровой энергии и проанализированы условия для успешной реализации предложенной схемы энергоснабжения. Установлено, что для этого необходимы не только высокие значения среднегодовой скорости ветра, но и минимальное количество дней слабого ветра, и, кроме того, чтобы профиль распределения скорости ветра в годовом разрезе совпадал с профилем потребления тепловой нагрузки.

Исследован процесс парциального окисления этанола в кварцевом микрореакторе при атмосферном давлении в области температур 300–450 °С на никелевом катализаторе (20 мас %), нанесенном на оксид цинка. Ректификат этанола (азеотропная смесь состава 95,6 мас.% этанола и 4,4 мас.% воды) подавался в реактор со скоростью 0,4–1,3 г/час перистальтическим насосом сначала в испаритель, а затем в виде газовой фазы – в реактор. В качестве источника кислорода использовали воздух, который подавался воздушным насосом в реактор, и его поток регулировался ротаметром, чтобы молярное соотношение «кислород – этанол» изменялось в интервале 0,45–2,0. Никелевый катализатор приготовлялся пропиткой промышленного порошка оксида цинка нитратом никеля с последующим прокаливанием и восстановлением оксида никеля до металлического никеля. Анализ газообразных продуктов осуществляли на газовом хроматографе «Цвет-500», детектор – катарометр.

Показано, что разработанный ранее катализатор Ni/ZnO имеет высокую эффективность при парциальном окислении этанола в области низких температур. Основными продуктами этого процесса являются водород, метан, монооксид и диоксид углерода. С увеличением молярного соотношения «кислород – этанол», содержание водорода в продуктах процесса уменьшается (от 60 об.% до 25 об.%), а двуокиси углерода, наоборот, увеличивается (от 26 об.% до 65 об.%). Выход водорода составлял при температуре 450 °С 1 моль на 1 моль этанола.

Монооксид углерода наблюдается при малом соотношении «кислород – этанол» (до 0,85). Установлено, что при большем соотношении монооксид углерода отсутствует во всей исследованной области температур. Конверсия этанола протекает интенсивно, и уже при температуре 450 °С этанол конверсирован практически полностью. Большое содержание метана (20–30 об.%) в продуктах реформинга указывает на то, что начальной стадией процесса является окисление этанола с последующим разложением образующегося ацетальдегида на метан и монооксид углерода. Незначительное содержание воды в питающей смеси приводит к практически полному отсутствию шифт-реакции, при этом моноокись углерода окисляется кислородом до двуокиси углерода. Пониженное содержание метана в сравнении с процессом водно-парового реформинга этанола может быть объяснено частичным его окислением до двуокиси углерода, о чем свидетельствует высокое содержание последнего в продуктах реформинга. 

При разработке систем жизнеобеспечения для длительных космических полетов важнейшими задачами являются поглощение диоксида углерода из воздуха, получение диоксида углерода с концентрацией выше 98 % и получение из диоксида углерода кислорода с помощью процесса Боша – Сабатье. Для решения этих задач необходим регенерируемый поглотитель диоксида углерода, адаптированный к условиям космического полета. Предложен новый способ получения хемосорбентов на основе гидратированного оксида циркония с использованием полиакрилатов в качестве связующего и полимерной матрицы. Разрабатываемый регенерируемый поглотитель диоксида углерода (РПДУ) для применения его в условиях космических полетов должен соответствовать нормативным требованиям санитарно-химической и токсикологической безопасности материалов, предназначенных для оборудования обитаемых герметичных помещений, быть устойчивым к радиационному излучению и к воздействию плесневых грибов. При изучении процессов сорбции/десорбции диоксида углерода установлена взаимосвязь между технологическими параметрами синтеза хемосорбентов и кинетическими параметрами процессов массопереноса сорбата в циклах «сорбция – регенерация». Установлено, что оптимальным с точки зрения эксплуатационных характеристик разработанных поглотителей является весовое соотношение «адсорбент – наполнитель/полимерная матрица» 89÷94/11÷6. Экспериментально показано, что основные эксплуатационные характеристики разработанных материалов не меняются в условиях экспериментов на протяжении 2 000 циклов «сорбция – регенерация». Полученные хемосорбенты были исследованы методами физико-химического анализа. С помощью методов газовой хроматографии и хроматомасс-спектрометрии проведены санитарно-химические исследования и токсикологическая оценка количественного и качественного состава компонентов газовыделения РПДУ и газовоздушной смеси, образующейся при регенерации РПДУ. Кроме того, проведены микробиологические испытания образцов РПДУ на предмет стойкости материала к воздействию плесневых грибов. Полученные результаты подтверждают возможность использования разработанных материалов в системах жизнеобеспечения пилотируемых космических кораблей для освоения дальнего космоса.

Рассмотрено образование диссипативных структур в жидкости, находящейся в металлической чаше при воздействии на нее низкочастотных звуковых колебаний. Исследованы флуктуирующие объемы в толстом слое жидкости, то есть кластеры из молекул, совершающие колебательное движение и при потере устойчивости занимающие новое положение в жидкости. Внешнее синхронное воздействие на группу молекул может привести к усилению колебаний и потере устойчивости не только внутри жидкости, но и к тому, что эти группы молекул могут покинуть жидкость через свободную поверхность.

Трение о наружную поверхность чаши, выполненной из звукопроводящего бронзо-содержащего сплава, инициирующее возникновение звуковых колебаний, порождает возникновение новых структур в жидкости, находящейся внутри чаши (толщина слоя жидкости порядка 50 мм). Согласованное добавление энергии к колеблющимся микрообъемам воды позволяет освободить их потенциальную энергию и превратить ее в кинетическую. Вылетающие вертикально капли воды свидетельствуют о существовании интенсивного вертикального движения отдельных объемов жидкости, которые и создают новые структуры и ячейки, как и ячейки Бенара, получающиеся вследствие нагрева и вертикальной конвекции, но меньших размеров. Наблюдаемое явление похоже на «холодное кипение». Предположительно, под воздействием внешних звуковых колебаний высвобождается и потенциальная энергия сжатых частичек воды. Анализ звука проведен с помощью аудиоредактора для нескольких экспериментов различной продолжительности.

В данной работе впервые исследован диссипативный эффект в толстом слое жидкости при воздействии низкочастотных звуковых колебаний и возникновение структур, идентичных ячейкам Бенара, в ограниченных объемах воды (а не в тонком слое). Предположительно, воздействие звуковых колебаний может приводить к турбулизации крови и изменению физического состояния живых организмов, что по физическому воздействию может быть аналогично состоянию вскипанию крови при быстром подъеме с глубины моря. Это явление можно использовать для интенсификации тепло- и массообмена в теплообменных установках. 

На рынке широко представлен ряд микро-ТЭС (бензогенераторов) на основе двигателей внутреннего сгорания (ДВС) с воздушным охлаждением, которые широко применяются в быту, профессиональными строителями, геологами, военными и спасателями в зоне чрезвычайных ситуаций, на территориях с отсутствием инфраструктуры. Повышение эффективности таких установок позволит сократить объем поставок топлива для их эксплуатации. В работе представлены основные положения методики исследования опытной когенерационной теплоэнергетической установки на базе карбюраторного ДВС с воздушным охлаждением, в основе которой лежит механизм энергобалансов. Показана эффективность методики на различных нагрузках работы установки. Сформулированы условия определения эффекта, которые заключаются в приведении сравниваемых вариантов к одинаковому энергетическому потенциалу по отпуску продукции. В качестве вариантов сравнения необходимо рассматривать обеспечение электроэнергией от бензогенератора, а теплотой – от тепловой пушки, в которой в качестве первичного энергоносителя может использоваться газ, жидкое топливо или электроэнергия. Представлены принципиальные схемы реализации когенерации в условиях приведения к одинаковому энергетическому эффекту. Показано, что применение когенерации, за счет использования теплоты охлаждающего головку цилиндра потока воздуха, для микро-ТЭС на базе ДВС карбюраторного типа с воздушным охлаждением повышает коэффициент использования теплоты топлива  в 1,52 раза, при этом установка мощностью в 2,4 кВт за 3035 минут способна повысить температуру воздуха в помещении объемом 150 м3 (например, штабная или медицинская палатка) на 3 С при  = 0,3. Показано, что когенерация для мини-ТЭС на базе ДВС с воздушным охлаждением после установки специального теплообменника для утилизации теплоты уходящих газов позволит повысить коэффициент использования теплоты топлива до 0,5. Установлено, что бензогенератор с когенерацией эффективнее бензогенератора в сочетании с тепловой пушкой и за счет экономии затрат на топливо может обновляться каждые четыре года.