• Добавить в закладки
  • Facebook
  • Twitter
  • Telegram
  • VK
  • Печать
  • Email
  • Скопировать ссылку
15.07.2021
УрФУ
4 186

В УрФУ предложили использовать метанол в электромобилях

4.5

Профессоры Уральского энергетического института УрФУ Сергей Щеклеин и Алексей Дубинин разработали технологию получения энергии с помощью метанола для двигателя электромобиля. Разработка получила зарубежное признание, а еще экономична, безопасна, экологична и энергоэффективна.

В УрФУ предложили использовать метанол в электромобилях / ©Getty images

Статью с описанием технологии опубликовал журнал International Journal of Hydrogen Energy. «Мы заливаем метанол в топливный бак. Воздушный конвертер, который перерабатывает метанол в газовую смесь, устанавливаем непосредственно внутрь транспортного средства. Смесь или синтез-газ, состоящий из водорода и оксида углерода, образуется в небольшом объеме, который необходим для текущей работы двигателя электромобиля», – объясняет суть процесса заведующий кафедрой атомных станций и возобновляемых источников энергии УрФУ Сергей Щеклеин.

Синтез-газ подается в электрохимический генератор на основе твердооксидного топливного элемента (ТОТЭ). Водород окисляется в аноде ТОТЭ, энергия этой химической реакции преобразуется в электрическую. А оксид углерода поступает в отдельную камеру сгорания, где окисляется воздухом с выделением тепловой энергии. Тепловая энергия идет на испарение метанола и нагревание катализатора, участвующего в процессе конвертации метанола в газовую смесь. Выбросы остаточной двуокиси углерода незначительны.

Метанол — невзрывоопасное вещество, простейший спирт, его производство незатратно: метанол можно получить из любых органических ресурсов, включая биомассу растений и твердые бытовые отходы. При этом электрический КПД энергетической установки с ТОТЭ — более 42 процентов, это соответствует уровню лучших перспективных двигателей внутреннего сгорания. Для сравнения: КПД, то есть эффективность преобразования энергии жидких и газообразных топлив в механическую энергию, у дизельных двигателей — 25 процентов, у бензиновых — около 20.

Сергей Щеклеин у стенда, в котором циркулируют газы, жидкости при разных давлениях. Циркуляционный стенд используется в том числе для исследования процессов при получении промежуточных энергоносителей, в том числе метанола / ©Илья Сафаров / Пресс-служба УрФУ

Идея использовать метанол пришла Сергею Щеклеину и Алексею Дубинину в результате проведения более чем 220 экспериментов. Ученые пытались получить синтез-газ из различных природных углеводородных топлив: каменного угля, газа, нефтепродуктов. Разработка с использованием метанола оказалась технологически простой, с минимальными энергозатратами и потерями энергии, высоким КПД.

«Другими словами, на выработку единицы энергии требуется меньше топлива и окислителя, в сравнении с существующими двигателями внутреннего сгорания. Следовательно, потребляется меньше воздуха из атмосферы, образуется существенно меньше продуктов сгорания, таких как углекислый газ и жизненно опасная двуокись азота», — комментирует Сергей Щеклеин.

Кроме того, метанол подходит для еще одной задачи, которую решают ученые УрФУ, — использовать ядерные источники энергии для выработки «сырья» для ТОТЭ. Преобразование углеводородных топлив в газовые смеси требует высоких температур, которых современные легководные ядерные реакторы обеспечить не могут, их термодинамический потенциал почти вдвое меньше.

В то же время получение метанола из метана с использованием современных ядерных реакторов (типа реакторов на быстрых нейтронах) не только возможно, но и наиболее энергетически эффективный способ. Технология переработки метанола, которую предложили Сергей Щеклеин и Алексей Дубинин, также пригодна для энергетической и металлургической промышленности. Результаты исследования — часть пятилетнего проекта «Термодинамический анализ использования водорода для металлургических и энергетических предприятий», который ученые выполняют по госзаданию Министерства науки и высшего образования РФ.

По оценкам ученых, при современном уровне потребления нефти и газа этих источников энергии человечеству хватит на ближайшие 60 лет. При этом разработка новых месторождений ископаемого топлива ведет к деградации территорий добычи, в том числе арктических, к таянию вечной мерзлоты и высвобождению колоссальных объемов метана. Это усиливает парниковый эффект и разрушение озонового слоя. Проблема еще и в том, что выбросы продуктов сгорания углеводородного топлива приводят к загрязнению окружающей среды.

Один из альтернативных методов производства электроэнергии — использование твердооксидных топливных элементов, ТОТЭ. ТОТЭ — экологичные устройства с высоким, до 70 процентов и выше, КПД, в которых химическая энергия преобразуется в электрическую. Твердооксидные топливные элементы работают на водородном топливе. Водород — наиболее распространенный элемент, его запасы неисчерпаемы, он экологичен.

Использование водорода совместно с электрохимическими генераторами тока открывает большие перспективы создания электрического транспорта, повышения энергетической эффективности и экологической безопасности транспортных средств любого масштаба. Выбросы вредных веществ в этом случае либо имеют нулевые значения, либо меньше в десятки и сотни раз.

Однако получить чистый водород достаточно сложно, так как он легко вступает в химические реакции. Кроме того, водород характеризуется высокой текучестью, большим удельным объемом в газовой форме, большой потенциальной взрывоопасностью и требует сложных технологий для хранения и транспортировки. Вместе с тем существующие методы получения водорода отличаются энергоемкостью и требуют больших объемов электрической энергии.

Ее традиционный источник — электростанции, которые работают на угле, газе, нефти. Таким образом, выгоды использования водорода значительно нивелируются, и широкомасштабное применение водородных технологий на транспорте пока невозможно. Однако перспективы использования водорода для получения атомной и гидравлической энергии, всех видов возобновляемых источников энергии имеют возможность устранить эти недостатки и реализовать все преимущества водородного топлива уже в ХХI веке.

Нашли опечатку? Выделите фрагмент и нажмите Ctrl + Enter.
Уральский федеральный университет (УрФУ) расположен в Екатеринбурге, выполняет функции проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ). В УрФУ обучается более 36 000 студентов по 334 образовательным программам. Основан 19 октября 1920 года.
Подписывайтесь на нас в Telegram, Яндекс.Новостях и VK
Позавчера, 11:27
Анатолий Глянцев

Солнце несравнимо ближе к нам, чем любая другая звезда. До него всего восемь световых минут, тогда как до Проксимы Центавра — четыре с лишним световых года. Казалось бы, уж о Солнце-то мы должны знать все и даже больше. Однако не тут-то было. Naked Science рассказывает о загадках, которые все еще таит дневное светило.

7 часов назад
Александр Березин

Индустриальная эпоха сделала мобилизацию нормой, но что мы знаем о ней и ее роли в истории России? В чем реальные корни ее необходимости, где ее границы? Бывали ли у нас частичные мобилизации раньше? Чем они заканчивались? И чего, наконец, стоит ждать от нее в наши дни и в нашей стране?

Позавчера, 16:37
Анна Новиковская

В американском штате Юта растет рощица тополя осинообразного, которая, по сути, одно растение, связанное единой корневой системой. «Дрожащему Гиганту», как прозвали рощицу у себя на родине, около 80 тысяч лет, но ему все еще угрожает гибель из-за объедающих побеги оленей и домашнего скота. И это несмотря на установку защитного забора.

Позавчера, 11:27
Анатолий Глянцев

Солнце несравнимо ближе к нам, чем любая другая звезда. До него всего восемь световых минут, тогда как до Проксимы Центавра — четыре с лишним световых года. Казалось бы, уж о Солнце-то мы должны знать все и даже больше. Однако не тут-то было. Naked Science рассказывает о загадках, которые все еще таит дневное светило.

23 сентября
Алиса Гаджиева

Ученые обнаружили, что древняя медная промышленность Израильского царства была организована так, что в итоге в ее центре не осталось ни растений, ни самой промышленности.

Позавчера, 09:57
Сергей Васильев

Несмотря на тусклое Солнце, атмосфера Юпитера раскаляется до сотен градусов благодаря не стихающим полярным сияниям. Волны аномальной жары быстро уносят тепло дальше к экватору.

16 сентября
Алиса Гаджиева

Геродот в своей «Истории» утверждал, что блоки для пирамиды Хеопса и соседних пирамид доставляли по воде. Но сегодня от Нила до пирамид слишком далеко. Исследование кернов, взятых в пойме реки, позволило понять, как именно решался сложнейший вопрос транспортировки такого строительного материала.

15 сентября
Никита Логинов

Светодиоды потребляют намного меньше энергии, чем традиционные газоразрядные лампы, что должно сократить парниковые выбросы. Но при этом светодиодное освещение угрожает здоровью жителей и разрушает местные экосистемы в городах и селах.

3 сентября
Алиса Гаджиева

В «Кратких сообщениях Института археологии» опубликована статья Михаила Казанского и Анны Мастыковой, в которой авторы обобщили все известное из самых разных источников (от позднеантичных авторов до материалов археологических раскопок) о народе акациры. В результате они не только узнали, где те жили во время Великого переселения народов, но и предположили, как это племя нашло общий язык с соседями.

[miniorange_social_login]

Комментарии

Написать комментарий

Подтвердить?
Подтвердить?
Не получилось опубликовать!

Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.

Понятно
Жалоба отправлена

Мы обязательно проверим комментарий и
при необходимости примем меры.

Спасибо
Аккаунт заблокирован!

Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.

Понятно
Что-то пошло не так!

Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.

Понятно
Лучшие материалы
Войти
Регистрируясь, вы соглашаетесь с правилами использования сайта и даете согласие на обработку персональных данных.
Ваша заявка получена

Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно
Ваше сообщение получено

Мы скоро прочитаем его и свяжемся с Вами по указанной почте. Спасибо за интерес к проекту.

Понятно

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: