Мобильная установка от ученых УрФУ
Ученые Уральского федерального университета разработали мобильный комплекс энергоэффективного индукционного оборудования подогрева штамповой оснастки к гидравлическим прессам усилием 50МН. Новая технология позволила значительно повысить производительность и энергоэффективность прессового оборудования, а также улучшить качество штампованных изделий из алюминия и его сплавов. Раньше штамп подогревали в течение 7–8 часов, новая установка сокращает этот процесс до 2 часов и позволяет выставлять температуру подогрева в нужном диапазоне. Установка – мобильная, ее можно оперативно перемещать по площадке цеха и использовать на разных прессах. В процессе работы инструмент быстро остывает, и его необходимо снова нагревать. Разработка ученых УрФУ позволяет работать без перерывов в течение нескольких смен подряд. Пусконаладочные работы показали, что технология увеличивает производительность оборудования как минимум на 50 % и повышает качество продукции за счет ведения процесса в узком диапазоне температур. Пресс с такой установкой в состоянии работать продолжительное время. Установка имеет полностью независимое водо-воздушное охлаждение.
Водород из отходов
Ученые НИУ «МЭИ» разработали новый способ производства водорода при утилизации газовых отходов. Схема технологии основана на добавлении природного газа в поток конвертерных газов (побочного продукта сталелитейной промышленности), что позволяет резко снизить их температуру за счет протекания углекислотной переработки газа и получить водородсодержащий газ. Такой метод основан на принципе безотходности при проведении процесса энергохимического накопления энергии. Разработка способна решить две задачи одновременно – сократить углеродный след тяжелой промышленности и предложить новую доступную технологию производства водорода. Проведенные расчеты показали, что на металлургическом предприятии с объемом производства 10 млн тонн конвертерной стали в год возможно получение 92 тыс. тонн водорода при сокращении выделения парниковых газов на 947 тыс. тонн, при этом себестоимость получаемого водорода составляет не более 7 рублей за м3 водорода. Выполнено численное моделирование основного объекта исследования разработанного способа − реактора энергохимического накопления энергии. Уникальным решением является использование отходов металлургического производства в качестве временного катализатора с последующим возвратом его в технологический процесс.
Наночастицы для солнечных панелей
Специалисты питерского университета ЛЭТИ, а также ФТИ им. Иоффе и НМИЦ им. Алмазова успешно провели синтез особых наночастиц и внедрили их в солнечные панели, благодаря чему долговечность работы панелей значительно возросла. Производство ячеек солнечных батарей в основном выполняется из кремния, но такой подход достаточно дорог, а сами панели имеют небольшую способность преобразования солнечного света в энергию. Альтернативой кремниевой технологии выступает производство батарей на основе перовскита, которые лучше по многим показателям, но быстрее деградируют при воздействии кислорода. Углеродные наночастицы, внедренные в солнечные батареи, основанные на перовските (титанате кальция), обеспечивают решение ряда проблем, возникающих в процессе промышленной эксплуатации панелей такого типа. Специалистами уже полностью изучены и подтверждены высокие показатели ячеек из перовскита с углеродными наночастицами в плане их износостойкости и устойчивости. Сейчас они занимаются разработкой методики нанесения пленок из таких перовскитовых покрытий, что обеспечит возможность масштабирования технологии.
Керамические композиты для атомной энергетики
Ученые Инженерной школы ядерных технологий ТПУ разработали новый способ синтеза высокопрочных композитов для авиакосмической отрасли и атомной энергетики. В сравнении с металлами керамические материалы обладают высокой прочностью, жаростойкостью, выдерживают резкие перепады температур и могут работать в агрессивных средах, но недостатком керамики является хрупкость. Ученые ТПУ синтезировали композиты на основе MAX-фаз из смесей порошков с применением оригинального комбинированного метода синтеза. MAX-фазы представляют собой новый класс термодинамически стабильных слоистых материалов, которые сочетают преимущества керамики и металлов. Ученые работают с композитами на основе карбосилицида титана (Ti3SiC2). Такие материалы обладают высокими прочностными свойствами при малой плотности, высокой тепло- и электропроводностью, стойкостью к коррозии и к термических ударам. Для получения композита использовали комбинированный метод синтеза. Сначала исходные компоненты – порошки титана, кремния и углерода – подвергли предварительной термообработке в вакуумной печи, на втором этапе применили технологию искрового плазменного спекания, которая характеризуется высокой скоростью консолидации порошков тугоплавких соединений. Благодаря быстрому спеканию удалось увеличить содержание МАХ-фазы на 10–15 %. Кроме того, двухэтапная термообработка способствует росту кристаллов MAX-фазы почти в два раза. Такая структура обеспечивает улучшенные свойства получаемого композита. Синтезированные композиты могут выступать как самостоятельными материалами, так и в качестве добавки для получения новых керамоматричных композитов, способных конкурировать с аналогами за счет доступности исходного сырья и ожидаемо высоких физико-механических характеристик.
Биотопливо из винограда
Сотрудники кафедры технологии нефти, газа и углеродных материалов Института геологии и нефтегазовых технологий разработали новый метод производства топлива второго поколения – биоэтанола. Основным недостатком технологий получения биоэтанола с использованием живых микроорганизмов является необходимость обязательной предобработки лигноцеллюлозного сырья для удаления лигнина.
КЭБ целлюлозного биоэтанола, биотопливо второго поколения БТII, составляет от 5 до 6 ед. и по сравнению с бензином на 85 % снижает количество парниковых газов. Полученные учеными КФУ образцы биоэтанола – БТII имеют более высокое октановое число (99 по моторному и 105 по исследовательскому методу), меньшую температуру сгорания и более чистый выхлоп, так как в нем не содержатся сернистые соединения, биоэтанол – БТII сгорает без образования золы, поэтому применение спиртсодержащих смесевых бензинов не вызывает образование отложений на свечах двигателя, и его перегрев не происходит. Впервые проведен комплексный анализ процесса получения биоэтанола БТII на основе виноградного жмыха. Применение биостимуляторов ферментативного гидролиза позволило авторам проекта получить эффективный состав питательной среды. В качестве основного сырья для производства биоэтанола – БТII топливного назначения используется лигноцеллюлоза, так как она является наиболее доступным и дешевым сырьем.
Микрогели для нефтедобычи
Для снижения обводненности используют метод закачки суспензии с полимерными гранулами, которые набухают в воде и при этом становятся мягкими и эластичными. Это свойство позволяет частицам проникать в пласт, запечатывать зоны, по которым движется вода, и вовлекать в работу те, где осталась нефть. Но этот способ приводит к блокировке не только обводненных частей пласта, но и нефтеносных, разблокировать которые впоследствии очень трудно. Альтернативная технология – применение частиц предварительно сшитых полимерных гелей. В пласт закачивается суспензия с полимерными частицами, которые при контакте с водой набухают и становятся эластичными. Если пласт имеет большую проницаемость, то для приготовления суспензии используют макрогели – частицы с диаметром более 200 мкм, а если низкую – то микрогели. Благодаря вязкоупругим свойствам частицы проникают в высокопроницаемые слои и блокируют их. Микрогели – это частицы размером от 0,1 до 100 мкм, они обладают уникальной реакцией на изменение температуры, кислотности среды и ионной силы раствора, в котором находятся. Один из наиболее распространенных способов синтеза микрогелей – эмульсионная полимеризация. На это влияет концентрация важнейших составляющих эмульсии – эмульгатора и дисперсионной среды. Изучив их влияние и определив оптимальные концентрации, ученые Пермского Политеха подобрали эффективные условия для получения микрогелей нужного размера. Эксперименты показали, что размер частиц и структура суспензии сильно зависят от таких факторов, как природа дисперсионной среды, концентрации эмульгатора и его состава. Эти параметры можно использовать для управления характеристиками получаемых микрогелей, чтобы адаптировать их под те или иные задачи.
