В настоящее время остро стоит проблема роста цен на энергоносители, усугубляемая параллельным увеличением потребления и, как следствие, увеличением объемов отходов. Антропогенное воздействие на окружающую среду обусловлено не только истощением природных ресурсов, но и, в значительной степени, аккумуляцией значительных объемов органических отходов (ОО) сельскохозяйственного и перерабатывающего секторов. В рамках стратегии снижения негативного влияния, основанной на принципах «зеленой химии», рассматривается ряд технологических решений, включающих культивирование личинок мухи черной львинки (Hermetia illucens), микроводорослей, а также анаэробное сбраживание ОО. Целью данного исследования является оценка перспектив интеграции вышеупомянутых технологий для утилизации ОО с минимальной эмиссией углекислого газа и оптимизацией затрат на процессы утилизации, производства кормовых добавок и биоводорода. В фокусе исследования находится разработка концепции интеграции рассматриваемых технологий утилизации, а также формирование материальных и энергетических балансов комплекса интегрированных технологий. Предлагаемая концепция интеграции позволяет эффективно преобразовывать отходы в ценные энергоносители и продукты, такие как удобрения и кормовые добавки. Разработанный комплекс интегрированных технологий потенциально способен полностью компенсировать собственные энергетические потребности за счет утилизации производимого биогаза в когенерационной установке. Однако, данное заключение требует верификации посредством проведения дополнительных комплексных испытаний с учетом качественно-количественных характеристик ОО и локальных климатических условий. Перспективы использования получаемого водорода в сельском хозяйстве охватывают несколько направлений, включая обработку семян растений, применение в качестве гормонального регулятора для снижения стрессовых факторов при культивировании, стимуляцию корнеобразования, антиоксидантную защиту и продление сроков хранения. Кроме того, рассматривается возможность применения водорода в двигателях внутреннего сгорания для повышения степени сжатия и снижения выбросов отработанных газов.

В статье предложена и обоснована концепция комбинирования атомной электростанции (АЭС) с водородным комплексом и газотурбинной установкой (ГТУ) для эффективного преобразования «провальной» (невостребованной) электроэнергии АЭС в пиковую. Водородный комплекс является средством обеспечения АЭС базисной нагрузкой в условиях их привлечения к регулированию суточной неравномерности электрической нагрузки при увеличении их доли в энергосистеме, а также с учетом стратегии декарбонизации. Невостребованная электроэнергия используется для электролиза воды с получением водорода (и кислорода), который затем сжигается в среде кислорода в камере сгорания ГТУ в часы пикового спроса. Представлена принципиальная технологическая схема водородного комплекса, включая двухступенчатую водород-кислородную камеру сгорания на основе ультравысокотемпературной керамики в составе ГТУ. Предварительно установлено, что режим пуск-останов ГТУ является наиболее экономичным по расходу водорода. Обоснована целесообразность отказа от компрессоров в составе водородного комплекса за счёт применения электролиза под высоким давлением. Приведён обзор международного опыта, подтверждающего технологическую готовность к использованию ГТУ на водороде.

Увеличение доли атомных электростанций в энергосистемах, неравномерное потребление электрической энергии и активный ввод в энергетические системы мира возобновляемых источников с нестабильным режимом выработки электроэнергии вынуждают атомные станции работать в переменном режиме. При этом АЭС целесообразно эксплуатировать с максимальным коэффициентом использования установленной мощности по причине значительных капиталовложений в строительство станции при относительно низкой цене на ядерное топливо. В работе проведен сравнительный анализ разработанных ранее авторами систем аккумулирования энергии на АЭС: система аккумулирования тепловой энергии на основе фазового перехода специально выбранного материала и, как альтернатива тепловому аккумулятору фазового перехода, в работе исследован автономный водородный энергокомплекс, включающий в себя электролизное хозяйство для производства водорода и кислорода, хранилища газов, компрессорные установки, водород-кислородную камеру сгорания, а также бак горячей воды. Для исследуемых энергокомплексов были определены условия технические и системные, при которых достигается положительный экономический эффект, показаны граничные условия, при которых достигается окупаемость вложенных средств. Системы аккумулирования исследованы на примере установки на АЭС с ВВЭР-1200 совместно с дополнительной паровой турбиной, которая, как было доказано авторами ранее, может использоваться для электроснабжения собственных нужд станции при ее отключении от энергетической системы посредством использования мощности реактора или его остаточного тепловыделения. Таким образом, разработанные системы аккумулирования позволяют при определенных условиях получать дополнительную прибыль, окупая капиталовложения в себя, и обеспечивают дополнительное резервирование собственных нужд станции на случай отключения от энергосистемы.

Перспективная крупномасштабная ядерная энергетика должна обладать гарантированной безопасностью, экономической устойчивостью и конкурентоспособностью, отсутствием ограничений по сырьевой базе на длительный период времени, экологической устойчивостью (малоотходностью). Этим условиям удовлетворяют ядерные энергетические системы с реакторами на быстрых нейтронах с жидкометаллическим теплоносителем. Соблюдение высоких стандартов безопасности является непременным условием для масштабного развития ядерной энергетики в XXI веке. В статье сформулированы требования и особенности подготовки специалистов для атомной отрасли, подчеркнута важность опережающей подготовки специалистов для реализации планов по сооружению новых энергоблоков АЭС, в том числе с реакторами на быстрых нейтронах. Рассмотрены возможности применения методологии подготовки оперативного персонала АЭС на аналитических и полномасштабных тренажерах энергоблока для подготовки молодых специалистов и студентов профильных специальностей опорных университетов концерна Росэнергоатом с целью приобретения и совершенствования качеств, необходимых для работы, получение обязательных в трудовой деятельности знаний и сокращения сроков подготовки на новые должности.

Фактическое мировое использование органических отходов (ОО), потенциально пригодных для производства носителей водорода, составляет порядка 6,14% при полном энергетическом потенциале более 6,5 млн МВтч/год. Известно, что среди всех возможных методов переработки ОО, метод анаэробного сбраживания (АС) является одним из наиболее предпочтительных. В данной работе представлены основные методы интенсификации процесса АС (применение двухстадийной АС, предобработка в аппарате вихревого слоя, интеграция микробной электролизной ячейки и АС, использование солнечной энергии), объединенные в единую биоэлектрохимическую систему (БЭС) с использованием принципов биоэкономики замкнутого цикла (производство и потребление товаров, услуг и энергии, в основе которых лежит использование биомассы), сфокусированные на производстве зеленой энергии из ОО с использованием солнечной энергии. Целью данной работы является представление результатов комплексной интеграции принципов биоэкономики замкнутого цикла, переработки ОО, а также использования возобновляемых источников энергии в сельскохозяйственном секторе с точки зрения переработки биомассы в зеленую энергию. Применение разработанной комплексной БЭС позволило конвертировать солнечную энергию в биометан и тем самым улучшить как конверсию органического вещества в газообразные носители водорода, так и качество биогитана. Коэффициент преобразования солнечной энергии составил 11,6: 1 кВтч полученной солнечной энергии можно преобразовать в 11,6 кВтч энергии, запасенной в биометане при переработке порядка 0,9 м³ ОО с суммарным энергетическим выходом 71 кВтч. Полученные результаты могут быть полезны при масштабировании БЭС, используемых для устойчивого энергоснабжения при одновременной переработке ОО, позволяющих провести экологически безопасную и энергоэффективную утилизацию ОО с последующим использованием эффлюента в качестве биоудобрения.

В этом исследовании рассматриваются принципы конвективного теплообмена при сверхкритическом давлении для оптимизации производства водорода путем термокаталитического и термохимического разложения углеводородов. Экспериментальные исследования с использованием н-гептана, толуола и бензола выявили ключевые механизмы, улучшающие теплопередачу, которые имеют решающее значение для повышения эффективности производства водорода.

Результаты показывают, что при высокой плотности теплового потока и температуре стенок реактора ламинарный пограничный слой разрушается, что приводит к активному выделению газообразного водорода, сопровождающемуся резким увеличением коэффициента теплопередачи. Термокаталитическое разложение углеводородов является фундаментальным процессом в современной водородной энергетике, позволяющим получать водород без CO₂.

В процессе разложения молекулы углеводородов подвергаются высокотемпературному воздействию в присутствии катализаторов, таких как соединения никеля и железа, что ускоряет реакции и увеличивает выход водорода. Этот метод широко применяется в производстве водорода, синтезе углеродных материалов, разработке топливных технологий и нефтехимической переработке. Водород, полученный в результате этого процесса, может быть использован в топливных элементах и энергетических системах, снижая зависимость от традиционных источников энергии.

Эти результаты имеют решающее значение для развития промышленных технологий с высокой энергоэффективностью, обеспечения надежного производства водорода и его интеграции в различные отрасли промышленности.

Основные выводы исследования: в этой статье представлен углубленный анализ принципов конвективного теплообмена для совершенствования методов производства водорода. Тщательный обзор литературы и вклад известных ученых – Т. Н. Везироглу, А. Л. Гусева, С. В. Алексеенко, Н. В. Черняка, Б. С. Петухова, Д. И. Словецкого, Н. А. Булычева и других – освещает достижения в области водородных технологий и теплофизики.

Основные обсуждаемые темы:

1. Основные принципы термокаталитического разложения углеводородов при высоких температурах.
2. Экспериментальный анализ теплопередачи в н-гептане, толуоле и бензоле в сверхкритических условиях.
3. Стратегии коммерциализации водородных технологий, включая глобальные проекты, такие как NEOM, NortH2 и HyNet.
4. Проблемы транспортировки и хранения водорода с акцентом на безопасность инфраструктуры.
5. Катализаторы, используемые в реакциях разложения углеводородов, и перспективы дальнейшего развития.
6. Международные партнерства и коллаборации, включая исследовательские инициативы России и Черногории.

Исследование подкреплено экспериментальными данными и графиками, демонстрирующими, как сверхкритические параметры влияют на эффективность теплопередачи и выделение водорода. Кроме того, в документе разъясняются методики расчета коэффициентов теплопередачи и оценки погрешностей измерений.

Рассмотрение широкого класса энергоемких объектов – тепловых аппаратов, машин с электроприводами и транспортных средств – показывает, что в настоящее время системы управления ими практически не используют возможности энергосберегающего управления. Имеется большое количество постановок задач энергосберегающего управления динамическими объектами, а также структурных схем систем управления. Важным фактором достижения эффекта энергосбережения является определение оптимальных управляющих воздействий с учётом возможных изменений ситуаций функционирования. Разработана структура расширенного множества состояний функционирования технических систем, которое комплексно учитывает состояния работоспособности частей системы, производственные ситуации и состояние внешнего окружения, характеризуемого нечётким множеством. Предложена методика построения расширенного множества состояний функционирования с дискретными состояниями, которые характеризуются показателем вероятностной природы, удовлетворяющим условию нормировки. Рассмотрены различные стратегии и структурные схемы систем оптимального управления.

Концепция устойчивого развития (УР), впервые представленная в докладе ООН «Наше общее будущее» (1987), остается ключевым ориентиром современного общества, балансируя между экономическим прогрессом и экологической стабильностью. Особую актуальность эта проблема приобретает в условиях глобального изменения климата, наиболее выраженного в Арктическом регионе, где потепление происходит в два раза интенсивнее среднемировых показателей.

Деградация вечной мерзлоты, занимающей около 70% территории России, вызывает серьезные последствия: термокарстовые процессы, просадки грунта и разрушение инфраструктуры. Ярким примером стал полный распад острова Месяцева (архипелаг Земля Франца-Иосифа) в 2024 году.

Особую роль играет искусственный интеллект, позволяющий анализировать огромные массивы геоданных. Нейросетевые модели (U-Net, DeepLab, Segment Anything) эффективно выявляют термокарстовые озера, трещины и другие признаки деградации мерзлоты. Однако применение ИИ сталкивается с методологическими вызовами: «парадоксом больших данных», проблемой формализации природных процессов и скепсисом научного сообщества.

Перспективы развития связаны с интеграцией междисциплинарных подходов, совершенствованием образовательных программ и международным сотрудничеством арктических государств.