Ученым удалось оптимизировать геометрию каталитического реактора, предназначенного для получения водородсодержащих смесей из дизельного топлива для питания водородных топливных элементов. Подобные энергоустановки можно будет использовать в северных регионах для энергообеспечения изолированных объектов, например, вышек сотовой связи. Исследователи планируют к 2026 году получить прототип энергоустановки на полностью российской элементной базе.

Работа специалистов Института катализа Сибирского отделения РАН и Института химии твердого тела и механохимии СО РАН была посвящена оптимизации геометрических параметров реактора с применением ранее разработанной математической модели, описывающей процесс преобразования дизельного топлива в водородсодержащую смесь на структурированном катализаторе.

«Мы уже несколько лет ведем совместные работы с ИХТТМ СО РАН по разработке энергоустановок на основе топливных элементов, работающих на водородном топливе. Но в настоящее время есть запрос на использование в топливных элементах более традиционных энергоносителей, например, дизельного топлива. В этом варианте для питания топливных элементов требуются промежуточные устройства — конвертеры дизельного топлива в водородсодержащую смесь, состоящую из водорода и угарного газа. Процесс преобразования происходит в присутствии катализатора. В нашей работе мы исследовали влияние геометрии каталитического блока и организации газовых потоков в реакторе на эффективность процесса конверсии дизельного топлива» — рассказывает старший научный сотрудник ИК СО РАН, кандидат химических наук Дмитрий Потемкин.

Использование топливных элементов для получения электроэнергии позволяет извлекать ее из энергоносителей прямым преобразованием энергии химических связей в электрическую. Эффективность этого процесса выше, чем при использовании стандартных дизель-генераторов, в которых энергия химических связей сначала преобразовывается в тепловую, затем в механическую и только потом в электрическую.

Повышение эффективности энергоустановок позволит уменьшить объемы ресурсозатратного завоза дизельного топлива в удаленные, арктические районы. Кроме того, применение разрабатываемых энергоустановок будет более экологичным за счет уменьшения объемов потребления дизельного топлива.

Графическая аннотация

На следующем этапе работ ученые займутся воплощением оптимизированных математических моделей в реальных устройствах. В сочетании с топливными элементами, разрабатываемыми в ИХТТМ СО РАН, они составят прототип энергоустановки.

«В рамках Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики», созданного на базе ИК СО РАН в 2021 году, мы рассчитываем через четыре года получить прототип такой энергоустановки на полностью российской элементной базе, после чего можно будет обсуждать ее промышленное производство», — подытожил Дмитрий Потемкин.

Результаты исследования опубликованы в журнале Chemical Engineering Journal (импакт-фактор 13.273). Грант государственной поддержки центров компетенций НТИ выделен в рамках национального проекта «Наука и университеты», курируемого Минобрнауки России. Проект поддержан грантом РНФ.

Источник: Министерство науки и высшего образования Российской Федерации