Развитие научно-технических основ утилизации промышленных сбросных газов для производства электрической и тепловой энергии с использованием технологий на основе топливных элементов

КАРТОЧКА ПРОЕКТА ФУНДАМЕНТАЛЬНЫХ И ПОИСКОВЫХ НАУЧНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ,
ПОДДЕРЖАННОГО РОССИЙСКИМ НАУЧНЫМ ФОНДОМ

Информация подготовлена на основании данных из Информационно-аналитической системы РНФ, содержательная часть представлена в авторской редакции. Все права принадлежат авторам, использование или перепечатка материалов допустима только с предварительного согласия авторов.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ

Номер проекта 20-19-00478

НазваниеРазвитие научно-технических основ утилизации промышленных сбросных газов для производства электрической и тепловой энергии с использованием технологий на основе топливных элементов

Руководитель Ципис Екатерина Викторовна, Кандидат химических наук

Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Институт физики твердого тела имени Ю.А. Осипьяна Российской академии наук , Московская обл

Конкурс №45 - Конкурс 2020 года «Проведение фундаментальных научных исследований и поисковых научных исследований отдельными научными группами»

Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-403 - Водородная энергетика

Ключевые слова промышленные сбросные газы; утилизация сбросных газов; газообразные отходы; низкокалорийное топливо; электроэнергия; тепловая энергия; когенерация; топливные элементы; твердооксидные топливные элементы; газотурбинные установки; газопоршневые установки; каталитическое дожигание; термодинамическое моделирование; карта распределения технического потенциала

Код ГРНТИ44.31.39

ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ

Аннотация
Проект направлен на поиск и обоснование оптимальных технологий утилизации различных сбросных газов, образующихся в промышленности и ЖКХ – коксового, доменного, конверторного газов металлургических производств, свалочного газа полей аэрации и полигонов захоронения ТКО, сбросного водорода химических производств, шахтного газа, а также оценку валового и технического потенциала подобного рода газообразных отходов для различных регионов РФ. При оценке технического потенциала утилизации наиболее перспективные технологии на основе твердооксидных топливных элементов (ТОТЭ) будут проанализированы в сравнении с газовыми турбинами и газопоршневыми установками. Для уточнения особенностей работы ТОТЭ на газовых смесях различного состава, имитирующих различные виды газообразных отходов, будут выполнены модельные эксперименты на единичных элементах с целью получения вольт-амперных характеристик и удельных расходов топливных смесей. Необходимость подобных экспериментов вызвана неопределенностью степени утилизации СО и конверсии органических примесей в случае подачи в анодную камеру смесей с водородом и другими газами. На основе полученных данных будут выполнены термодинамические расчеты и оценки технического потенциала сбросных газов, экологического и экономического эффектов. Актуальность реализации проекта обусловлена ужесточением экологических требований и проблемами, связанными прежде всего с функционированием полигонов ТКО и мусороперерабатывающих заводов вблизи крупных населенных пунктов, а также усилиями РФ и других стран по внедрению энергоэффективных технологий утилизации отходов. Новизна проекта обусловлена определением технического потенциала утилизации сбросных газов по регионам России в случае использования твердооксидных топливных элементов, которое будет выполнено впервые. В настоящее время в зарубежной литературе присутствует масса исследований по утилизации сбросных газов с учетом физико-химических, экономических и экологических особенностей различных технологий, однако очень немногие из них опираются на экспериментальные данные, что отдельно отмечается авторами обзорных работ. В отечественной литературе данная проблематика пока не получила значительного развития. При этом, если для наиболее освоенных технологий газопоршневых установок тема достаточно хорошо освещена зарубежными авторами, а в России и ближнем зарубежье имеются успешные примеры реализации пилотных проектов, то для технологий топливных элементов возможность использования сбросных газов остается практически неисследованной даже для развитых стран.

ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ

Публикации

1. Хартон В.В. Progress and challenges in solid-state electrochemical research: selected aspects Journal of Solid State Electrochemistry, vol. 24, pp. 2097–2098 (год публикации - 2020)
10.1007/s10008-020-04691-2

2. Colombo K.W.E., Хартон В.В., Berto F., Paltrinieri N. Transient system-level performance and thermo-mechanical stress analysis of a solid oxide fuel cell-based power generation plant with a multi-physics approach Computers and Chemical Engineering, vol. 140, p. 106972 (год публикации - 2020)
10.1016/j.compchemeng.2020.106972

3. Ципис Е.В., Бурмистров И.Н., Агарков Д.А., Матвеев Д.В., Хартон В.В., Бредихин С.И. Formation and Electrochemical Activity of Nanostructured Anodes of Solid Oxide Fuel Cells in Hydrogen-Containing Atmospheres Nanotechnologies in Russia, vol. 15, no. 3, pp. 356-362 (год публикации - 2020)
10.1134/S1995078020030143

4. Colombo K.W.E., Schutz P., Хартон В.В. Reliability analysis for a multi-stack solid oxide fuel cell system subject to operation condition-dependent degradation Journal of Quality in Maintenance Engineering, JQME-04-2020-0021_proof (год публикации - 2020)
10.1108/JQME-04-2020-0021

Публикации

1. Киселева С.В., Тарасенко А.Б., Шакун В., Агарков Д.А. Hydrogen energy in Russia - industrial waste gases utilization potential Journal of Physics: Conference Series, vol. 1960, 012010 (год публикации - 2021)
10.1088/1742-6596/1960/1/012010

2. Konrad W. Eichhorn Colombo, Хартон В.В, Filippo Berto, Nicola Paltrinieri Transient simulation of failures during start-up and power cut of a solid oxide fuel cell system using multiphysics modeling Material Design & Processing Communications, vol. 3, p. e177 (год публикации - 2021)
10.1002/mdp2.177

3. Ципис Е.В., Наумович Е.Н., Патракеев М.В., Яремченко А.А., Ковалевский А.В., J.C. Waerenborgh, Хартон В.В. Ionic transport in (La,Sr)CoO3‑δ ceramics Journal of Solid State Electrochemistry, in press, Received: 27 June 2021 / Revised: 9 August 2021 / Accepted: 9 August 2021 (год публикации - 2021)
10.1007/s10008-021-05023-8

Публикации

1. Агарков Д.А., Борик М.А., Катрич Д.С., Ларина Н.А., Кулебякин А.В., Ломонова Е.Е,, Милович Ф.О., Мызина В.А., Попов П.А., Рябочкина П.А., Табачкова Н.Ю., Волкова Т.В. Thermal conductivity of Y2O3‑stabilized ZrO2 cubic single crystals: effects of defect structure Journal of Solid State Electrochemistry, - (год публикации - 2022)
10.1007/s10008-022-05308-6

2. Агарков Д.А., Бредихин С.И., Киселева С.В., Матвеев Д.В., Самойлов А.В., Тарасенко А.Б., Федотов Ю.С., Ципис Е.В. Solid Oxide Fuel Cells’ Prospects for Landfill Gas Utilization in Russia Thermal Engineering, Vol. 70, No. 1, pp. 72–78 (год публикации - 2023)
10.1134/S0040601523010019