Фундаментальные исследования процессов получения и очистки биоводорода для использования в топливных элементах

Выполнен обзор научно-технической литературы по производству биоводорода, очистке водорода интерметаллическими соединениями и тепловых процессов в металлогидридных засыпках при очистке. В сотрудничестве с Университетом Фенг Чиа определены основные параметры производимого биоводорода: общее давление 1,15 бар, максимальная производительность 7,1 нл Н2/л реактора/ч, содержание водорода 40 - 55 об.%, основной примесной газ - диоксид углерода. Использование систем очистки на основе металлогидридных технологий даст возможность избежать энергозатратной стадии предварительной компрессии биоводорода для его дальнейшего использования в топливных элементах. На основе анализа рекомендовано использование интерметаллических соединений семейства LaNi₅ с низким равновесным давлением абсорбции 0,02 - 0,05 МПа при температуре работы биореактора с высокой сопротивляемостью к воздействию примесей и устойчивостью при циклической работе. С помощью полуэмпирической модели расчета термодинамических свойств ИМС приготовлены и исследованы сплавы АВ5-типа LaNi₅₋ₓMₓ (где М - Fe, Al, Sn, Mn) с прогнозируемыми равновесными давлениями 0,02 - 0,04 МПа, способных к сорбции водорода из газовых потоков с низким содержанием H2. Новые интерметаллические соединения (ИМС) изготовлены методом дугового плавления в аргоновой атмосфере. Рентгенофазовый анализ подтвердил однородность образцов и отсутствие посторонних примесей. Измерены водородпоглощающие свойства приготовленных ИМС в диапазоне температур и давлений 293 - 333 К и 0 - 3,5 МПа соответственно; построены диаграммы давление - состав - температура (РСТ-диаграммы). Рассчитаны термодинамические параметры для систем ИМС - Н2. Получены результаты экспериментальных исследований процессов тепломассопереноса в металлогидридных реакторах при поглощении водорода из моделируемых биоводород составов газовых смесей. В бескризисных режимах возможно достижение интегральных значений коэффициента извлечения водорода свыше 80 - 90%. Снижение нагрузки на сорбент позволяет очищать водород со степенью извлечения вплоть до 99%. Разработанная модельная система очистки и хранения биоводорода позволяет проводить процессы очистки в непрерывном режиме с возможностью топливообеспечения энергоустановки на основе ТПТЭ мощностью 200 Вт.