Водород с помощью фотокатализа

Использование солнечной энергии для получения водорода в скором времени может стать эффективным технологическим процессом. Использование в качестве фотокатализатора дисилицида титана. Соединение использует солнечное излучение оригинальным образом. Сначала на поверхности дисилицида образуются каталитически активные комплексы, сформированные из промежуточных форм кислорода. Процесс фотокаталитического разложения воды идет с большей эффективностью, чем у всех других известных фотокатализаторов. Но у дисилицида титана есть и другое уникальное свойство – он способен поглощать образующийся водород.

Дисилицид титана как средство хранения водорода уступает другим материалам (по объему хранения на единицу массы), но у него есть явное преимущество – этот вариант очень прост с точки зрения практической реализации, и к тому же десорбция водорода происходит при низких температурах, в отличии от большинства других вариантов. Кислород также поглощается, но для его выделения из дисилицида требуется нагрев до температуры выше 100⁰С и отсутствие солнечного света. Таким образом, обеспечивается не только разложение воды, но и оригинальный способ сепарации образующихся продуктов – водорода и кислорода.

Получение водорода из растений

Группой исследователей из Virginia Tech найден перспективный метод извлечения из биологической массы водорода. Об этом стало известно из соответствующей заметки, появившейся на собственном сайте университета. Основой данного метода служит преобразование ксилозы, которая является одним из самых распространённых среди простых сахаров. Ксилоза составляет 30 процентов клеточных стенок растений.

Чтобы реализовать этот процесс, учёные синтезировали специальный синтетический фермент, схожих с которым природа ещё не знала. Данный фермент способен при нагревании его до температуры всего лишь 50 градусов по Цельсию выдать фантастический объём чистейшего водорода. Это превосходит достижения других методик, используемых в данной области примерно в 3 раза. Добытый таким способом газ сразу же можно распределять в топливные ячейки для выработки электроэнергии или заправлять ими топливные баллоны для автомобильной и прочей техники. Используя данную технологию можно извлекать огромное количество водорода из любых растений. При этом, процесс переработки растительного сырья с помощью этого уникального фермента является экологически безвредным, поскольку не вызывает образование парниковых газов и не использует тяжёлых металлов или их соединений.

Водоугольное топливо

Водоугольное топливо является эффективным заменителем газомазутного топлива в децентрализованных системах производства электричества и тепла.

Водоугольное топливо – это смесь, которая на 60-70% состоит из тонкоизмельченного угля и на 29-39% - из воды. Еще один процент приходится на пластификаторы, которые не позволяют суспензии расслаиваться на составляющие компоненты и поддерживают её однородность.

В 1999 г. в Новосибирском государственном техническом университете разработано водоугольное топливо ИКЖТ (искусственное композитное жидкое топливо), для производства которого использована кавитационная технология обработки угля. Для производства ИКЖТ используется измельченный до 2,0 мм уголь, который далее доизмельчается в диспергаторе ультратонкого измельчения до состояния со средним размером частиц около 30 микрон. После этого угольный порошок смешивается с водой и технологическими добавками и поступает в кавиатор, где происходит доработка.

Получаемое топливо характеризируется такими показателями: калорийность – до 6000 ккал/кг, зольность – 1,0-1,5%, текучесть 900-1000 спз в диапазоне температур 20-70Сº, высокая стабильность. Оно характеризуется повышенной реакционной способностью и может храниться без разрушения физико-химической структуры более 12 месяцев. Высокая калорийность водоугольного топлива достигается за счет предварительного обогащения угля, отмытого во флотационных машинах, с содержанием золы до 2-3% в твердой фазе и высокой концентрации угля до 70-75%. Повышение динамической устойчивости топлива обеспечивается специальными добавками, создающими электростатический барьер между частицами твердой фазы, а также использованием ультрадисперсной твердой фазы (менее 1,0 мкм).

Преимущества:

1. Экологические: безопасно для окружающей среды на всех стадиях производства, транспортирования и использования; в 1,5-3,5 раза снижает вредные выбросы в атмосферу пыли, оксидов азота, бензапирена, двуокиси серы; обеспечивает эффективное использование образующейся при сжигании летучей золы.

2. Технологические: подобно жидкому топливу и при переводе теплогенерирующих установок на сжигание ВУТ не требует существенных изменений в конструкции котлов (агрегатов); возможно сжигание в топках для слоевого сжигания твердого топлива, в камерных топках для пылеугольного и жидкого топлива, при сжигании в кипящем слое; дает возможность легко механизировать и автоматизировать процессы приема, подачи и сжигания топлива; технология вихревого сжигания при температуре 950-1050ºС гарантирует эффективность использования топлива свыше 97% (при слоевом сжигании угля данная величина не превышает 60%).

3. Экономические: снижает в 2-3 и более раз стоимость 1 т условного топлива; на 15-30% сокращаются эксплуатационные затраты при хранении, транспортировке и сжигании; обеспечивает снижение в 3 раза капитальных затрат при переводе ТЭЦ и ГРЭС из сжигания природного газа и мазута на водоугольное топливо; окупаемость затрат при внедрении ВУТ составляет 1-2,5 года. Главные его достоинства – дешевизна и экологичность. Стоимость ВУТ, готового для прямого использования, в пересчете на 1 т у.т. ниже стоимости мазута в 2-4 раза и не превышает 15-20% от цены исходного угля на месте его добычи. Низкая стоимость 1 Гал объясняется тем, что жидкое угольное топливо можно изготовлять из шламов: отходы угольного производства дешевле, чем сам бурый или каменный уголь.

4. Использование ВУТ пожаро- и взрывобезопасно на всех стадиях: производства, транспортировки и хранения. Технологии его хранения и транспортировки просты и могут быть полностью автоматизированы, перекачка может осуществляться по трубопроводам аналогично нефти.

Недостатки:

Суспензия содержит не менее 40% воды, на испарение которой нужно затратить энергию. А еще больших затрат требует процесс получения самой суспензии. Чтобы смолоть 1 т сухого угля, пригодного для использования ТЭЦ, необходимо затратить 15-20 кВт/ч, аналогичные энергозатраты в процессе приготовления суспензии, предназначенной для транспортировки по трубам, могут превосходить 100кВт/ч на т. Также, при измельчении жидких смесей износ оборудования и затраты на его амортизацию выше, чем при сухом помоле.

Использование ВУТ вместо прямого сжигания угля, газа, мазута требует крупных первоначальных капиталовложений, особенно на первом этапе его промышленного использования.

Экологичность. Степень сгорания этого топлива – 98-99,7%. Топливо сгорает без выбросов с продуктами сгорания монооксида углерода, вторичных углеводородов, сажи и канцерогенных веществ. Уровень вредных выбросов оксидов азота с продуктами сгорания не превышает 50-60% от допустимого уровня.

Экономическая эффективность. Водоугольное топливо является альтернативным видом топлива. Потенциальными потребителями ВУТ являются коммунальные предприятия и промышленным предприятия. Внедрение новой технологии позволит ежегодно экономить предприятию до 10 млн.м (1000 м газа = 2,2 тонны ВУТ) природного газа, что в условиях постоянного роста цен на природный газ позволит предприятию оставаться рентабельным, а в масштабах всей страны – обеспечит энергетическую безопасность.

Важнейшим преимуществом водоугольного топлива является то, что его использование позволяет значительно расширить масштабы и область применения угля. Наиболее широкие перспективы открываются для использования ВУТ в регионах, удаленных от газо- и нефтепроводов. При переводе на топливо котлов, использующих привозной мазут, достигается максимальная экономическая эффективность, т.к. не требуется их реконструкция.