Вы не авторизованы...
Вход на сайт
Сегодня 27 апреля 2017 года, четверг , 10:23:28 мск
Общество друзей милосердия
Опечатка?Выделите текст мышью и нажмите Ctrl+Enter
 
Контакты Телефон редакции:
+7(495)640-9617

E-mail: nr@oilru.com
 
Сегодня сервер OilRu.com - это более 1266.15 Мб информации:

  • 534254 новостей
  • 5112 статей в 168 выпусках журнала НЕФТЬ РОССИИ
  • 1143 статей в 53 выпусках журнала OIL of RUSSIA
  • 1346 статей в 45 выпусках журнала СОЦИАЛЬНОЕ ПАРТНЕРСТВО
Ресурсы
 

Энергетический посредник

 
Константин Сергеев
Химически активный металл открывает путь к водородной энергетике
11.12.2016

В поисках экологичного и при этом сравнительно недорого энергоносителя, который был бы широко доступен и не ограничен по запасам, учёные всё чаще приходят к идее использовать «абсолютное топливо» – водород. Однако этот легчайший газ хоть и обеспечивает наибольшую удельную энергию, исключительно капризен, причём трудности, связанные с его хранением и транспортировкой, порой сводят на нет все его преимущества. Теоретически получается эффективно, практически – дороже привычных углеводородов. Где же выход?

Российские специалисты считают, что для «приручения» водорода нужен эффективный промежуточный энергоноситель, обладающий уникальным сочетанием полезных свойств. Так, обладая высокой удельной энергоёмкостью, он должен быть достаточно дёшев и безопасен в эксплуатации. При этом желательно, чтобы генераторы на его основе можно было разместить как на стационарных (силовые установки) и крупных подвижных объектах (автомобили), так и в портативных бытовых приборах.

Как показывают исследования Объединённого института высоких температур (ОИВТ) РАН, наиболее перспективный кандидат на эту роль на сегодня – алюминий. При этом, в отличие от своих западных коллег из Университета Корнуолла (Великобритания), уделяющих повышенное преимущественно углеродному направлению алюмоэнергетики (они работают над проблемой «захвата» двуокиси углерода, что будет экономически оправдано лишь после введения высоких налогов на выбросы парниковых газов. – Прим. ред.), российские учёные концентрируют свои усилия на развитии алюмоводородных технологий.

«Зелёный» газ и другие бонусы

В основе алюмоводородных технологий лежат методы окисления алюминия обычной водой при определённой температуре (гидротермальное окисление). Полученный при этом водород можно использовать в топливных элементах (ТЭ) для выработки тепловой и электрической энергии. Однако «зелёный» газ – не единственный полезный продукт происходящей реакции: одновременно образуется нанокристаллический гидроксид алюминия (AlOOH). Это вещество (также называемое бемитом) широко используется в порошковой металлургии и производстве различного рода катализаторов и фильтрующих материалов.

Ещё одна интересная сфера применения гидроксида алюминия – производство специальной керамики и даже... искусственных сапфиров. Кроме того, отжигом при высоких температурах из бемита может быть получен -оксид алюминия, используемый в качестве осушителя в нефтехимическом производстве.

При окислении алюминия водой в большом количестве выделяется тепло (около 15,5 МДж на килограмм металла), которое также может быть утилизировано. Таким образом, методы алюмоводородной энергетики позволяют объединить получение «чистого» энергоносителя, ценного сырья и значительного количества тепловой энергии в общую технологическую цепочку. (Также следует учесть выгоду от производства исходного алюминия в Сибири с использованием дешёвой энергии ГЭС. – Прим. ред.) Перечень сопутствующих продуктов выглядит более впечатляющим, чем при использовании алюмоуглеродных технологий. Как известно, в последнем случае он ограничивается органическими соединениями (оксалатами) алюминия. К тому же по своей сути алюмоводородные технологии исключают эмиссию углекислого газа.

Как это работает?

Предлагаемая концепция алюмоэнергетики обещает интересную альтернативу ранее разработанным в ОИВТ воздушно-алюминиевым топливным элементам. В них основные составляющие – анод из низколегированного алюминиевого сплава и пористый катод с катализатором на основе активированного угля. Пространство между анодом и катодом заполняется щелочным электролитом. По общей компоновке ТЭ в целом похожи на зарубежный алюмоуглеродный аналог из Университета Корнуолла. При этом не исключено, что, несмотря на высокий уровень термодинамического КПД (до 55%), эти топливные элементы обладают и сходными недостатками, а именно – повышенной водовосприимчивостью электролита (читай: его недостаточной устойчивостью).

Используя же в качестве окислителя обыкновенную воду (правда, при давлении от 10 до 20 МПа и температуре 300–360 °C), можно избежать подобных рисков, а заодно – отказаться от углеродного катализатора.

Подобный подход реализован на практике в когенерационной энергетической установке КЭУ-10, созданной в ОИВТ (рис. 1).


Рис. 1. Общий вид когенерационной энергетической установки КЭУ-10

Сердце КЭУ-10 – реактор (рис. 2), в котором проходит окисление алюминия водой с образованием водорода, бемита и значительным выделением тепла.


Рис. 2. Принципиальная схема экспериментальной установки КЭУ-10

«Топливом» для реактора служит смесь (суспензия) из воды и алюминиевого порошка с размерами гранул до 10 мкм. Полученная в результате реакции паро-водородная смесь направляется в теплообменник-конденсатор для отбора полезной энергии. Тепло отбирается также из бемито-водяной суспензии, выходящей из реактора. Во время непрерывной работы установки вывод паро-водородной смеси регулируется автоматически клапаном ОК-6 по команде датчика Р2. Получаемый водород предполагается использовать для выработки электроэнергии посредством воздушно-водородного топливного элемента (с твердополимерным электролитом). При этом часть выработанного электричества пойдёт на собственные нужды установки – питание насосов, дозаторов и компрессора.

По мнению специалистов ОИВТ, экспериментальная установка КЭУ-10 может послужить прототипом для промышленных систем, тем более что по результатам испытаний её расчётная производительность по водороду (10 куб. м/ч) была заметно превышена (см. табл.).

Заметим, что область применения алюмоводородных технологий не ограничена стационарными генерирующими объектами. На этой же базе российскими учёными разработаны генераторы водорода и для портативных источников питания («свободнодышащих» топливных элементов), которые могут использоваться в достаточно миниатюрных бытовых приборах – мобильных телефонах, планшетах и т. п.

Эта статья первоначально была опубликована в газете «Энерговектор» № 10 за 2016 г. здесь.



0

 

 
Анонсы
Реплика: «Раздрай рынка»: цена киловатта будет только расти
Выставки:
Новости

 Все новости за сегодня
 Все новости за 11.12.16
 Архив новостей

 Поиск:
  

 

 
Рейтинг@Mail.ru   


© 1998 — 2017, «Нефтяное обозрение (oilru.com)».
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № 77-6928
Зарегистрирован Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой коммуникаций 23 апреля 2003 г.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-51544
Перерегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 2 ноября 2012 г.
Все вопросы по функционированию сайта вы можете задать вебмастеру
При цитировании или ином использовании любых материалов ссылка на портал «Нефть России» (http://www.oilru.com/) обязательна.
Точка зрения авторов, статьи которых публикуются на портале oilru.com, может не совпадать с мнением редакции.
Время генерации страницы: 0 сек.

Энергетический посредник

Константин Сергеев
Химически активный металл открывает путь к водородной энергетике
11.12.2016

В поисках экологичного и при этом сравнительно недорого энергоносителя, который был бы широко доступен и не ограничен по запасам, учёные всё чаще приходят к идее использовать «абсолютное топливо» – водород. Однако этот легчайший газ хоть и обеспечивает наибольшую удельную энергию, исключительно капризен, причём трудности, связанные с его хранением и транспортировкой, порой сводят на нет все его преимущества. Теоретически получается эффективно, практически – дороже привычных углеводородов. Где же выход?

Российские специалисты считают, что для «приручения» водорода нужен эффективный промежуточный энергоноситель, обладающий уникальным сочетанием полезных свойств. Так, обладая высокой удельной энергоёмкостью, он должен быть достаточно дёшев и безопасен в эксплуатации. При этом желательно, чтобы генераторы на его основе можно было разместить как на стационарных (силовые установки) и крупных подвижных объектах (автомобили), так и в портативных бытовых приборах.

Как показывают исследования Объединённого института высоких температур (ОИВТ) РАН, наиболее перспективный кандидат на эту роль на сегодня – алюминий. При этом, в отличие от своих западных коллег из Университета Корнуолла (Великобритания), уделяющих повышенное преимущественно углеродному направлению алюмоэнергетики (они работают над проблемой «захвата» двуокиси углерода, что будет экономически оправдано лишь после введения высоких налогов на выбросы парниковых газов. – Прим. ред.), российские учёные концентрируют свои усилия на развитии алюмоводородных технологий.

«Зелёный» газ и другие бонусы

В основе алюмоводородных технологий лежат методы окисления алюминия обычной водой при определённой температуре (гидротермальное окисление). Полученный при этом водород можно использовать в топливных элементах (ТЭ) для выработки тепловой и электрической энергии. Однако «зелёный» газ – не единственный полезный продукт происходящей реакции: одновременно образуется нанокристаллический гидроксид алюминия (AlOOH). Это вещество (также называемое бемитом) широко используется в порошковой металлургии и производстве различного рода катализаторов и фильтрующих материалов.

Ещё одна интересная сфера применения гидроксида алюминия – производство специальной керамики и даже... искусственных сапфиров. Кроме того, отжигом при высоких температурах из бемита может быть получен -оксид алюминия, используемый в качестве осушителя в нефтехимическом производстве.

При окислении алюминия водой в большом количестве выделяется тепло (около 15,5 МДж на килограмм металла), которое также может быть утилизировано. Таким образом, методы алюмоводородной энергетики позволяют объединить получение «чистого» энергоносителя, ценного сырья и значительного количества тепловой энергии в общую технологическую цепочку. (Также следует учесть выгоду от производства исходного алюминия в Сибири с использованием дешёвой энергии ГЭС. – Прим. ред.) Перечень сопутствующих продуктов выглядит более впечатляющим, чем при использовании алюмоуглеродных технологий. Как известно, в последнем случае он ограничивается органическими соединениями (оксалатами) алюминия. К тому же по своей сути алюмоводородные технологии исключают эмиссию углекислого газа.

Как это работает?

Предлагаемая концепция алюмоэнергетики обещает интересную альтернативу ранее разработанным в ОИВТ воздушно-алюминиевым топливным элементам. В них основные составляющие – анод из низколегированного алюминиевого сплава и пористый катод с катализатором на основе активированного угля. Пространство между анодом и катодом заполняется щелочным электролитом. По общей компоновке ТЭ в целом похожи на зарубежный алюмоуглеродный аналог из Университета Корнуолла. При этом не исключено, что, несмотря на высокий уровень термодинамического КПД (до 55%), эти топливные элементы обладают и сходными недостатками, а именно – повышенной водовосприимчивостью электролита (читай: его недостаточной устойчивостью).

Используя же в качестве окислителя обыкновенную воду (правда, при давлении от 10 до 20 МПа и температуре 300–360 °C), можно избежать подобных рисков, а заодно – отказаться от углеродного катализатора.

Подобный подход реализован на практике в когенерационной энергетической установке КЭУ-10, созданной в ОИВТ (рис. 1).


Рис. 1. Общий вид когенерационной энергетической установки КЭУ-10

Сердце КЭУ-10 – реактор (рис. 2), в котором проходит окисление алюминия водой с образованием водорода, бемита и значительным выделением тепла.


Рис. 2. Принципиальная схема экспериментальной установки КЭУ-10

«Топливом» для реактора служит смесь (суспензия) из воды и алюминиевого порошка с размерами гранул до 10 мкм. Полученная в результате реакции паро-водородная смесь направляется в теплообменник-конденсатор для отбора полезной энергии. Тепло отбирается также из бемито-водяной суспензии, выходящей из реактора. Во время непрерывной работы установки вывод паро-водородной смеси регулируется автоматически клапаном ОК-6 по команде датчика Р2. Получаемый водород предполагается использовать для выработки электроэнергии посредством воздушно-водородного топливного элемента (с твердополимерным электролитом). При этом часть выработанного электричества пойдёт на собственные нужды установки – питание насосов, дозаторов и компрессора.

По мнению специалистов ОИВТ, экспериментальная установка КЭУ-10 может послужить прототипом для промышленных систем, тем более что по результатам испытаний её расчётная производительность по водороду (10 куб. м/ч) была заметно превышена (см. табл.).

Заметим, что область применения алюмоводородных технологий не ограничена стационарными генерирующими объектами. На этой же базе российскими учёными разработаны генераторы водорода и для портативных источников питания («свободнодышащих» топливных элементов), которые могут использоваться в достаточно миниатюрных бытовых приборах – мобильных телефонах, планшетах и т. п.

Эта статья первоначально была опубликована в газете «Энерговектор» № 10 за 2016 г. здесь.



© 1998 — 2017, «Нефтяное обозрение (oilru.com)».
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № 77-6928
Зарегистрирован Министерством РФ по делам печати, телерадиовещания и средств массовой коммуникаций 23 апреля 2003 г.
Свидетельство о регистрации средства массовой информации Эл № ФС77-33815
Перерегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи и массовых коммуникаций 24 октября 2008 г.
При цитировании или ином использовании любых материалов ссылка на портал «Нефть России» (http://www.oilru.com/) обязательна.
Добро пожаловать на информационно-аналитический портал "Нефть России".
 
Для того, чтобы воспользоваться услугами портала, необходимо авторизоваться или пройти несложную процедуру регистрации. Если вы забыли свой пароль - создайте новый.
 
АВТОРИЗАЦИЯ
 
Введите Ваш логин:

 
Введите Ваш пароль: