Умные насосы для добычи нефти
Штанговые насосные установки работают с постоянной скоростью, что приводит к динамическим перегрузкам в узлах. Основная проблема заключается в том, что движение колонны штанг происходит неравномерно, из-за чего возникают вибрации, износ деталей и тратится лишняя электроэнергия. Ученые ПНИПУ предложили технологию регулирования, которая позволяет подстраивать скорость насоса, чтобы снизить причиняемый деталям урон. Для этого был написан программный код и создана система управления, которая оптимизирует скорость двигателя так, чтобы снизить пиковые нагрузки и вибрации. Зная реальные напряжения и токи параметров двигателя, ученые ввели их в компьютерную модель и вычислили место нахождения подвеса колонны штанг без использования измерительного оборудования. Новый метод уменьшает износ и может позволить сократить расход энергии на 15–20 %. Разработка позволяет менять скорость в пределах каждого цикла качания по заранее рассчитанным законам движения, учитывающим механику установки, что серьезно снижает нагрузки на детали.
Сверхчистый водород
Ученые из Института катализа СО РАН создали бифункциональные катализаторы для паровой конверсии и запатентовали устройство, состоящее из водородного насоса с мембраной. В этом реакторе получают водородсодержащую смесь с минимальным содержанием СО, которая затем поступает в водородный насос для извлечения чистого водорода. Благодаря наличию поверхностных кислотных и медьсодержащих центров бифункциональные катализаторы обеспечивают полное превращение диметилового эфира, диметоксиметана и метанола в водородсодержащий газ с концентрацией СО менее 1 %. Концентрация монооксида углерода влияет на эффективность работы водородного насоса. Чем выше содержание СО в реформате, тем сильнее поляризуется электрод из-за отравления электрокатализатора, что ведет к увеличению расхода электроэнергии на выделение чистого водорода. В результате ученые смогли извлечь 90 % водорода с чистотой 99,96 % при энергетической эффективности более 75 %. Установка может функционировать как топливный элемент: при отсутствии необходимости получать водород, она способна вырабатывать электроэнергию.
Жидкофазное восстановление железа
В НИУ «МЭИ» разработан способ жидкофазного восстановления железа из руд углеродводородной смесью без применения угля и кокса. Для этого была создана конструкция реактора, в котором железо, необходимое для производства стали, непрерывно восстанавливается с использованием природного газа. Ученые провели эксперименты, в ходе которых были получены образцы с содержанием углерода в интервале от 0,006 до 2 %. Способ позволяет осуществлять восстановление железа из металлургического концентрата, минуя стадию чугуна. При этом достигнутая длительность восстановительных процессов, зависящая от интенсивности подачи природного газа, не превышает 12 минут. Внедрение технологии позволит вдвое сократить энергоемкость производства стали, выбросы загрязняющих веществ и себестоимость производства. Новый метод также отличается отсутствием необходимости дополнительного оборудования для получения восстановительного газа.
Экологичные материалы для батарей
Ученые Сахалинского государственного университета совместно с китайскими коллегами разработали экологически чистое решение в сфере хранения энергии. Исследователи поставили перед собой цель создать твердотельные батареи нового поколения, которые будут безопаснее, эффективнее и экологичнее современных литий-ионных аккумуляторов. Твердотельные батареи не содержат жидких электролитов и потому менее подвержены возгоранию, более устойчивы к перепадам температур и имеют больший срок службы. Ученые разработали новые керамические материалы, которые могут лечь в основу таких батарей. Они не содержат токсичных компонентов и потенциально могут заменить свинец и другие вредные вещества, используемые в классических аккумуляторах и конденсаторах. Разработка твердотельных батарей рассматривается как один из элементов перехода к низкоуглеродной экономике. Такие технологии особенно актуальны для островных и арктических территорий, где стабильность энергоснабжения и безопасность оборудования играют ключевую роль.
Повышение эффективности нефтедобычи
Специалисты университета в г. Дубна предложили новый метод контроля закачки воды при добыче нефти. Разработка позволяет точнее управлять процессом заводнения пластов, что повышает экономичность добычи. Вода, закачиваемая в нефтяные пласты для вытеснения углеводородов, часто движется только по наиболее проницаемым участкам, минуя остальные зоны. Ученые предложили использовать меченую индикатором воду, пробы которой затем анализируются. На основе данных компьютерного моделирования определяются участки, где движение жидкости происходит неэффективно. Технология включает несколько этапов: закачку меченой воды в нагнетательную скважину, отбор проб из соседних добывающих скважин в течение 90–120 дней, расширение исследуемой зоны, создание искусственных высокопроницаемых пропластков между скважинами. После анализа данных нефтяники могут сократить объемы неэффективно расходуемой воды. Метод позволяет снизить затраты и повысить предсказуемость добычи.
Катализатор для «зеленого» водорода
Специалисты Томского политехнического университета совместно с исследователями из Китая усовершенствовали природный катализатор для синтеза «зеленого» водорода. Они предложили метод, повышающий электрокаталитические свойства дисульфида молибдена при помощи видимого света. Дисульфид молибдена широко распространен и отличается стабильностью и низкой стоимостью. Это делает его хорошей альтернативой дорогостоящей платине, но существующие методы повышения его каталитической активности требуют значительных затрат. Перед учеными стояла задача найти недорогой, экологичный и простой способ синтеза высокодефектной гибридной структуры на основе тонких слоев дисульфида молибдена. Специалисты использовали раствор ионов железа и источник видимого света. Модифицированный катализатор позволяет производить тот же объем водорода из воды, тратя на 20 % меньше энергии по сравнению с обычным молибденитом.
