47.11 Физико-химические технологии для энергетики

Объектами исследования являются: – Новые виды солнечных элементов на основе перовскитных материалов – Новые методы переработки растительного сырья – Получения биогаза из отходов компонентов биомассы – Разработка способов увеличения производительности биогаза Целями НИР являются: – разработка альтернативных видов материалов и устройств для повышения энергоэффективности и создания фотовольтаических систем преобразования энергии, обладающих высокой эффективностью и стабильностью; – создание альтернативных методов переработки растительного сырья, разработана методика синтеза биодизеля переэтерификация рапсового масла этанолом в условиях образования его суперкритических флюидов; – получения биогаза из отходов компонентов биомассы, полученных после получения биотоплив, изучение возможности эффективного использования отходов для получения биогаза с высокой долей метана; – разработка способов увеличения производительности и улучшения качества биогаза посредством воздействия на сбраживаемую массу постоянным током в биогазовой установке. Методы исследования: Рентгеновския дифрактометрия, сканирующая и просвечивающая микроскопия, измерения фотовольтаических параметров фотопреобразователей, рентгеновская фотоэлектронная и ультрафиолетовая спектроскопия, диэлектрическая спектроскопия спектрофотометрия, ИК-спектроскопия, микроскопия, мониторинг работы солнечных элементов в естественных условиях на открытом воздухе.   В процессе работы в 2021 году были получены следующие результаты: 1. по теме 2.1. «Создание и получение технических характеристик новых типов солнечных элементов.»: Разработаны новые виды и повышена эффективность и стабильность перовскитных солнечных элементов (ПСЭ) при работе в условиях различной интенсивности освещения. Для этой цели разработана методика получения высокоэффективных ПСЭ на открытом воздухе с контролируемой влажностью (30%). Полученные ПСЭ демонстрируют высокую воспроизводилось фотоэлектрических характеристик, эффективность более 19% и повышенную стабильность. Продолжены исследования работы ПСЭ в условиях переменного освещения (в диапазоне 10 - 1000 Вт/м2). Показано, что уменьшение интенсивности освещения приводит к увеличению эффективности ПСЭ, причем этот результат наблюдается для ПСЭ как планарной, так и мезоскопической архитектуры. В условиях низкой интенсивности освещения (менее 100 Вт/м2) для разработанных ПСЭ были получены эффективности более 20%. По результатам работ в 2021 года опубликовано 10 статей в реферируемых журналах. 2. по теме 2.2. «Создание альтернативных методов переработки растительного сырья»: Разработана методика синтеза биодизеля переэтерификация рапсового масла этанолом в условиях образования его суперкритических флюидов (СКФ, Т = 300-350 оС, Р = 30 МПа) продемонстрированы преимущества СКФ-процесса – высокая скорость, отсутствие в необходимости применения катализаторов и перемешивания, превращение освобождающего глицерина в совместимые с биодизельной средой липофильные продукты in situ. Для понимания химизма этого процесса исследована возможность собственных превращений СКФ-этанола. Установлена, что при проведении СКФ-процесса в присутствии глицерина обнаружено образование продуктов его конденсации с линейными ацеталями – диоксоланов и диоксанов, растворимых в биодизеле, обеспечивающих гомогенность продукта и улучшение его топливных характеристик. По результатам работ в 2021 года опубликовано 3 статьи в реферируемых журналах. 3. По теме 2.3. «Получения биогаза из отходов компонентов биомассы, полученных после получения биотоплив». Показано, что отходы компонентов биомассы, полученные после получения биотоплив, можно эффективно использовать для получения биогаза с высокой долей метана с высокой долей метана. Установлено, что отдельные компоненты биомассы микроводорослей могут эффективно использоваться в качестве субстратов для получения таких видов биотоплив, как биоэтанол, биобутанол, биоводород и биогаз под действием клеток микроорганизмов, иммобилизованных в криогель ПВС методом включения. По результатам работ 2021 года опубликовано 4 статьи в реферируемых журналах. 4. По теме 2.4. «Разработка способов увеличения производительности и улучшения качества биогаза» Разработаны способы увеличения производительности и улучшения качества биогаза на основе воздействия на сбраживаемую массу постоянным током в биогазовой установке. Полученные результаты могут быть использованы для создания новых и реконструкции существующих биоэнергетических установок повышенной производительности. Показано, что энергетический вклад от увеличения производства метана в расчете на один месяц работы метантенка составляет 7,8·104 Дж при затратах электроэнергии для электродов всего 7487 Дж. Дополнительный энергетический вклад в 10,5 раз превышает необходимые поставки электроэнергии для электродов. По результатам работ 2021 года опубликовано 9 статей в реферируемых журналах.