Одним из активно развивающихся направлений получения альтернативной энергии является проектирование электрохимических солнечных элементов (СЭ), в том числе на основе биологических пигментов. СЭ изучались при различных температурах, интенсивности света и спектральных условиях. Кроме того, для понимания процессов, происходящих в СЭ, необходимо также исследовать эффективность и стабильность с учетом условий окружающей среды. С этой целью было разработано и изготовлено новое измерительное оборудование для исследования влияния условий окружающей среды на силу фототока, генерируемого СЭ. Система может служить моделью, которая отражает условия, необходимые для эффективного и стабильного функционирования СЭ. Получены предварительные результаты для двух типов СЭ с двумя фотосенсибилизаторами: тилакоидные мембранные препараты и обогащенный антоцианами экстракт малины. Показано, что при 40 °С электрогенная активность снижается вдвое и при постепенном охлаждении возвращается к своему начальному значению. Максимальный ток, полученный в тилакоидном СЭ, составил 0,46 мА, а в СЭ на основе антоцианов – 1,75 мА. Цель данного исследования – поиск новых путей повышения эффективности и стабильности биологических СЭ. В дальнейшем это измерительное устройство может быть использовано для исследования СЭ на основе длинноволновых форм хлорофилла (Chld и Chlf) и компонентов фотосинтетического аппарата, содержащего эти хлорофиллы.

Биоводород считается углеродно-нейтральным топливом, и поэтому обладает огромным потенциалом в энергетическом секторе. В настоящем исследовании рассмотрена потенциальная возможность повышения выработки водорода за счет использования в процессе его производства факультативной анаэробной бактерии, биоаугментированной облигатным анаэробом. Подход, при котором смешиваются Klebsellia pneumoniae и Clostridium acetobutylicum, привел к увеличению выработки водорода на 37 % и 18 % соответственно по сравнению с отдельным организмом. С использованием смешанной культуры также отмечено более эффективное устранение химического потребления кислорода (ХПК). Максимальные значения выработки водорода в этой аугментированной системе составили 9,47 моль Н2/кг-1 ХПКсниж. (с использованием тростниковой мелассы), 8,72 моль Н2/кг-1 ХПКвосстанов. (с использованием крахмальных сточных вод) и 7,78 моль Н2/кг-1 ХПКвосстанов. (с использованием сточных вод спиртового производства). Эффективность устранения ХПК при использовании различных органических отходов колеблется в диапазоне 50–70 %. Максимальные значения выработки водорода 1 125 мл/л-1·ч-1, 642 мл/л-1·ч-1 и 790 мл/л-1·ч-1 получены при использовании соответственно мелассы, крахмальных сточных вод и сточных вод спиртового производства в режиме CSTR. Таким образом, эта биоаугментированная система может внести полезный вклад в успешную реализацию концепции «превращения отходов в энергию».

Рассмотрены основные физические принципы повышения термоэлектрической добротности наноструктурированных материалов: тонких пленок, сверхрешеток, нитевидных кристаллов, наноразмерных структур, квантовых ям, квантовых проволок. Последовательно изучены физические основы оптимизации таких важных параметров термоэлектических материалов, как термоЭДС, удельное электрическое сопротивление, а также теплопроводность. Показано, что решеточная теплопроводность в наноматериале может быть снижена за счет рассеяния фононов на границах раздела, или эффекта фононного конфайнмента. Проведен анализ влияния зернограничного теплового сопротивления Капицы в зависимости от типа границ раздела: когерентные (возможно присутствие упругих деформаций), полукогерентные (дислокации несоответствия окружены упругими деформациями) и некогерентные (взаимодействие между фазами минимально), формы и размера включений. ТермоЭДС в низкоразмерных структурах может быть увеличена при изменении вида плотности состояний вблизи уровня Ферми или благодаря эффекту энергетической фильтрации носителей заряда. В рамках увеличения термоЭДС рассмотрен квантовый переход «полуметалл − полупроводник» в наноструктурах на основе висмута и углерода. Эффект модуляционного легирования позволяет достигать больших значений подвижности носителей заряда при их очень высокой концентрации, что в работе было продемонстрировано на примере сверхрешеток квантовых точек на основе кремния и германия, а также двухфазных композитов. Большое внимание уделено анализу существующих в литературе экспериментальных результатов, которые подтверждают теоретические выводы о перспективности создания высокоэффективных термоэлектрических наноматериалов. Кратко рассмотрены основные подходы получения наноструктур с требуемым размером и распределением наночастиц.