Глубокоуважаемые читатели! Этот номер посвящен памяти Вячеслава Яковлевича Путилова – видного ученого и крупнейшего специалиста в области природоохранных технологий в энергетике и обращения с золошлаками тепловых электростанций. При нашем знакомстве с Вячеславом Яковлевичем мы сразу же нашли общие творческие интересы, и отношения перешли в дружеские. Мне нравились его оптимизм, моложавость, смелость, гражданская позиция, современность, доступность в отношениях, надежность и то, что он постоянно строил планы и генерировал идеи. В.Я. Путилов с большим интересом относился к нашему журналу и являлся его автором и активным читателем-подписчиком.

Исследовано влияние текстурирования фронтальной поверхности и толщины базового поликристаллического и мультикристаллического кремния на основные параметры фотоэлектрических преобразователей энергии. Сопоставлены виртуальные и экспериментальные результаты зависимости фотоэлектрических характеристик от толщины базы.

При проведении экспериментов использована традиционная планарная диффузионная технология. В качестве базового материала применялись кремниевые однослойные эпитаксиальные слои с удельным электрическим сопротивлением 1÷3 Ом·см, выращенные на подложках из низкоомного кремния с 0,001 Ом·см. Формирование эмиттерной области осуществлялось высокотемпературной диффузией. Концентрация легирующей примеси (фосфора) в эмиттерном слое составляла 1019÷ 1021см-3 .

Проведены измерения оптических характеристик фронтальной поверхности созданных фотоэлектрических преобразователей (ФП) и их вольт-амперных характеристик при освещении симулятором солнечного излучения. Произведено слияние результатов измерения основных фотоэлектрических параметров экспериментальных и виртуальных ФП в зависимости от толщины базового кремния. Расчетный анализ влияния толщины базы на фототок короткого замыкания кремниевого ФП с диффузионным р-n-переходом показал, что, если использовать способ текстурирования фронтальной поверхности, можно получить высокие значения плотности тока при существенно меньших значениях толщины. Произведены расчеты некоторых физических параметров процесса поглощения излучения в кремнии, в частности, зависимости глубины проникновения излучения от длины волны. Установлено, что расчетные значения коэффициента отражения от поверхности кремния приблизительно соответствуют экспериментальным данным, полученным для кремниевых ФП.

Полученные результаты подтверждены особенностями изменения глубины поглощения солнечного излучения в объеме кремния после взаимодействия с поверхностным рельефом или текстурой. Представляется целесообразным рассмотреть результаты данной работы в качестве основы для разработки метода по дальнейшему снижению толщины кремниевой базы для создания эффективных фотоэлектрических преобразователей энергии, что важно с экономической точки зрения.

В статье рассматривалась возможность использования водного раствора гидразин-бисборана (ГББ) H₃B– N₂H₄–BH3 в качестве жидкого материала для химического хранения водорода (H) в условиях полного дегидрирования раствора в мягкой среде. Авторами впервые в научной литературе описан процесс дегидрирования водного раствора ГББ, проявляющего неустойчивость в воде. В щелочной среде степень устойчивости оказалась еще ниже, что обусловлено образованием неустойчивого промежуточного соединения [H₃BOH] – . Установлено, что посредством металлических катализаторов гидролиз производных борана BH₃ ускоряется, при этом наиболее активным оказался биметаллический катализатор на основе NiPt, способствующий, кроме того, разложению молекулы N₂H₄. Лучшие показатели кинетики отмечены в ходе реакции в щелочной среде при температуре 70 °C. При этом происходит неполное дегидрирование с максимальным значением конверсии 80 %, причина которого, к сожалению, пока не ясна. Несмотря на этот и ряд других вопросов, которые могут появиться в дальнейшем, авторы пришли к выводу, что раствор ГББ может быть использован в качестве жидкого материала для химического хранения водорода.

В статье рассматривалась возможность использования аммиак-борана NH₃BH₃ (АБ) в соединении с никелем (Ni) в качестве универсального твердотельного материала для производства H₂ путем гидролиза при температуре 20–50 °C. Предложенный авторами метод (Ni/АБ) имеет дело с наночастицами АБ внутри матрицы Ni. При контакте с водой структура Ni/АБ легко гидролизирует и освобождает H₂ с частотой преобразования 13,8 моль(H₂)  моль^-1_Ni /мин^–1 при 43,3 °C. Установлено, что кажущаяся энергия активации в температурном диапазоне 23,5–50,4 °C невысока и составляет 19,5 ± 4,1 кДж/моль^–1 . Результаты проведенных экспериментов свидетельствуют о том, что матрица Ni, содержащая АБ, может выступать в роли эффективного катализатора. Помимо каталитических характеристик, в статье впервые описано успешное применение универсальных твердотельных структур при гидролизе АБ, что открывает уникальные возможности для развития одноразовых катализаторов.

В статье рассматривался процесс совместного высокотемпературного электролиза (ВТЭ) пара и CO₂ с использованием метана, протекающий на симметричных SFM-SDC/LSGM/SFM-SDC ячейках с выделением высококачественного синтетического газа (синтез-газ – смесь H₂ и CO). В режиме электролиза с участием метана был оценен потенциал Нернста для твердооксидных элементов, при этом его значение уменьшалось практически на порядок за счет замены воздуха на метан в анодной атмосфере. При 800 °C напряжение разомкнутой цепи (НРЦ) составило 0,06 В, а при 850 °C и 0,3 В значение плотности тока электролиза было равно 242 мА/см^-2 . С помощью модели химического равновесия совместного электролиза и программного обеспечения HSC установлено влияние рабочих условий на химический состав продуктов. Так, обеспечивая соответствующие рабочие условия, на обеих сторонах электрода можно получить высококачественный синтез-газ высокой степени конверсии CO₂ в CO и обладающий идеальным молярным соотношением H₂/CO на уровне 2. В условиях 850 °C и –120 мА/см^-2 отмечено незначительное колебание краткосрочного напряжения элемента ниже 0,05 В, при этом на аноде SFM-SDC вследствие низкого соотношения O^2– /CH₄ осаждается углерод.

Развитие как тепловой, так и ядерной энергетики в XXI веке привело к значительному увеличению потребности электростанций, работающих по термодинамическому циклу Ренкина, в водных ресурсах для отвода низкопотенциальной теплоты в окружающую среду. Основу современных технологий охлаждения конденсаторов паровых турбин составляют испарительные системы (градирни, брызгальные бассейны, прудыохладители). Испаряющаяся в этих системах в значительных объемах вода требует постоянного восполнения из имеющихся на территории водных источников, а пары воды в зоне размещения электростанций создают повышенную влажность атмосферного воздуха и дополнительные условия для парникового эффекта. Разработка технологий охлаждения с малым потреблением водных ресурсов является важной задачей современной энергетики.

Проведены экспериментальные исследования теплообмена цилиндрических элементов с шахматной компоновкой в прямоугольном канале с мелкодисперсным водным аэрозольным потоком. Получены значения коэффициентов теплоотдачи в зависимости от числа Рейнольдса, степени увлажнения потока для каждого ряда цилиндров. Предложена физическая модель обтекания поверхностей цилиндрических элементов потоком, содержащим аэрозольные частицы воды. Модель позволяет оценить осаждение этих частиц на нагретой поверхности. Произведена оценка относительной массы капельной влаги, оседающей на поверхности цилиндров, в зависимости от плотности орошения для первого, второго и третьего рядов. Получено критериальное уравнение, обобщающее экспериментальные данные в виде зависимости числа Нуссельта от режимных параметров (чисел Рейнольдса и Вебера) и положения элементов в канале. Показано, что микрокапельное увлажнение воздушного потока позволяет повысить эффективность теплообменника в 1,5–3,5 раза. Наибольшее повышение эффективности происходит на двух первых рядах труб, что требует создания конструкции малорядного теплообменника или дополнительного микрокапельного промежуточного ввода воды перед последующими рядами по направлению движения воздушного потока.

Представлена когенерационная энергетическая установка на базе газотурбинного двигателя с внешним подводом теплоты к рабочему телу-воздуху. В качестве топлива использовались мелкодисперсные порошки алюминия или бора, в качестве окислителя – воздух. На основании уравнений химической термодинамики рассчитаны теплота окисления алюминия алюминиевой пудры 31 005 кДж на 1кг алюминия и 26 283 кДж на 1кг бора. Определено, что коэффициент использования топлива энергетической установкой, работающей на алюминии, составляет 0,578, а на боре – 0,501; удельный расход условного топлива при производстве электрической энергии – 163,6 гр у.т./( кВт·ч), на боре – 185 гр у.т./(кВт·ч), а тепловой энергии – 67,6 кг у.т./ГДж и 76,49 кг у.т./ГДж соответственно. Удельная выработка электрической энергии на внешнем тепловом потреблении при работе на алюминии и боре равняется 136,5 кВт·ч/ГДж и 136,5 кВт·ч/ГДж соответственно. Приведены удельные затраты топлива на энергетической установке без использования теплоты выхлопа после газовой турбины для подогрева сетевой воды. Полученные данные сравнивались с аналогичными для действующих энергетических установок, работающих на органическом топливе. Сведены материальные и тепловые балансы. Установлено, что в ГТУ предпочтительнее использовать в качестве топлива алюминий, так как бор показал худшие удельные параметры.

Биомиметический и эффективный: выяснилось, что смешанные оксиды кальций-марганца(III) (см. структуру, где Ca – зеленый, Mn – красный, O – белый) с химическим составом и структурами, имитирующими активный участок фотосистемы-II, являются высокоактивными катализаторами окисления воды до молекулярного кислорода. Присутствие Ca²⁺ в ФС-II значительно повышает производительность катализатора по сравнению с соответствующей марганцевой системой Mn₂O₃.