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 22-79-00208
НазваниеРазвитие подходов к дизайну структурированных катализаторов переработки возобновляемого растительного сырья в водородсодержащие смеси для питания топливных элементов
Руководитель Рогожников Владимир Николаевич, Кандидат химических наук
Организация финансирования, регион Федеральное государственное бюджетное учреждение науки "Федеральный исследовательский центр "Институт катализа им. Г.К. Борескова Сибирского отделения Российской академии наук" , Новосибирская обл
Конкурс №70 - Конкурс 2022 года «Проведение инициативных исследований молодыми учеными» Президентской программы исследовательских проектов, реализуемых ведущими учеными, в том числе молодыми учеными
Область знания, основной код классификатора 09 - Инженерные науки; 09-403 - Водородная энергетика
Ключевые слова Структурированные катализаторы, риформинг, автотермическая конверсия, паровая конверсия, водородсодержащие смеси, возобновляемое растительное сырье, гетерогенный катализ, водород, катализаторы, биооксигенаты, спирты.
Код ГРНТИ44.31.39
ИНФОРМАЦИЯ ИЗ ЗАЯВКИ
Аннотация
Вопросы, касающиеся перспектив получения энергоносителей и экологической защиты окружающей среды, являются жизненно необходимыми для устойчивого развития общества. Развитие общества напрямую связано с постоянно растущей потребностью в энергоносителях, что приводит к истощению природных ископаемых, изменению тектонических особенностей планеты и загрязнению атмосферы. Все эти негативные последствия техногенной деятельности обусловливают необходимость развития новых экологически приемлемых технологий, базирующихся на альтернативных сырьевых источниках. Одной из современных и быстроразвивающихся отраслей энергетики являются топливные элементы (ТЭ), для питания которых применяется водород или водородсодержащий газ, который получают путем превращения органических соединений (паровая, углекислотная, воздушная и автотермическая конверсии) в синтез-газ в специальных устройствах - риформерах. Наиболее широкое развитие получили топливные элементы с протонообменной мембраной (ПОМТЭ) и твердооксидные топливные элементы (ТОТЭ). К преимуществам первых относится относительно не высокая рабочая температура (порядком 80 oC), однако для них в качестве топливо возможно применение водорода с остаточным содержанием CO не более 10 м.д. ТОТЭ работают при гораздо более высоких температурах (более 600 oC), однако в качестве топлива используется водородсодержащий газ с большим содержанием CO. Таким образом в случае применения ПОМТЭ необходимо проводить дополнительную очистку водородсодержащего газа от CO, в то время как в случае с ТОТЭ эта очистка не требуется, что позволяет существенно снизить стоимость используемого риформера, кроме того к преимуществам ТОТЭ так же стоит отнести более высокую степень утилизации топлива, что приводит к увеличению КПД энергоустановки.
Актуальность проекта заключается в разработке катализаторов и способов получения водородсодержащего газа из различных растительных источников – кислородсодержащих органических соединений - биоэтанола, ацетона, 1-бутанола, изопропанола, и их обводненных смесей. Для этого возможно применение паровой или паровоздушной конверсии органических соединений в присутствии катализаторов, состав которых может меняться в зависимости от используемого исходного сырья. Существенной проблемой для каждой реакции является необходимость контролировать тепло- и массоперенос. В случае паровой конверсии органических реагентов возникает проблема передачи тепла от стенок реактора в слой катализатора, т.к. реакция является эндотермической. Паровоздушная конверсия является или термонейтральной или слабо экзотермической, однако в лобовом слое возникают локальные перегревы, тепловой эффект которых необходимо перераспределить по слою катализатора для компенсации эндотермического эффекта. Для решения этих проблем хорошо подходят структурированные катализаторы на основе теплопроводящих подложек – металлических сеток, пен и т.д. Такие катализаторы представляют собой сложный композитный материал со многоуровневой структурой “структурированная металлическая подложка-структурный оксидный компонент-активный оксид-наночастицы металлов или сплавов”, который совмещает в себе функции теплообменника, распределителя потока и собственно катализатора.
Оригинальным и инновационным является подход к разработке катализатора, совмещающий одновременный анализ данных о структуре активных центров катализаторов, технологических особенностях проведения процесса и развитии методов получения синтез-газа с заданными характеристиками. Для успешного выполнения проекта будут сочетаться как методы исследования химических реакций на атомно-молекулярном уровне, так и экспериментальные и теоретические исследования. Одной из проблем в конверсии биооксигенатов является их избыточная обводненность (содержание большого количества воды). Новизной данного проекта является использование водной смеси биооксигенатов в качестве сырья для конверсии, что позволит получать оптимальное для паровой конверсии соотношение Н2О:С.
Таким образом, решаемые в рамках проекта задачи, связанны с получением водородсодержащего газа из исходного растительного сырья, являются актуальными в области водородной энергетики и использования современных способов генерирования электроэнергии.
ОТЧЁТНЫЕ МАТЕРИАЛЫ