Инновационную технологию для экономии энергии создали ученые в России

👨‍👩‍👧 Исследователи Университета науки и технологий МИСИС (НИТУ МИСИС) предложили новый подход к созданию термоэлектрических материалов, которые в перспективе могут быть использованы для преобразования промышленного тепла в электричество. Как отмечает пресс-служба вуза, этот метод одновременно повышает энергоэффективность производственных процессов и минимизирует воздействие на окружающую среду.

🔥Промышленное отработанное тепло, выделяемое на производстве, может быть значительным источником энергии, при этом обычно она никак не используется. Предложенная учеными НИТУ МИСИС технология, позволяющая улавливать и перерабатывать тепло в электричество, использует термоэлектрические материалы, созданные на основе перовскита манганита кальция с добавлением марокита. Они демонстрируют улучшенные термоэлектрические свойства при повышенных температурах, что превосходит известные аналоги. Эти характеристики достигаются благодаря контролируемой пористости и оптимизированной структуре, которая оказывает значительное влияние на проводимость тепла и электричества.

⚙️Исследователи предложили метод, включающий молекулярное смешение химических веществ, где ионы равномерно распределяются в растворе, создавая основу для однородного материала. Затем жидкость превращают в аэрозоль, капли которого попадают в горячую зону реактора. Там происходит их локальное горение, что позволяет точно контролировать состав и формировать уникальные микроструктуры, такие как полые или пористые сферы с заданной толщиной стенок и размером пор, без промежуточных стадий обработки. Полученный порошок уплотняют и спекают при высоких температурах. В его структуре образовываются новые фазы, а важные для термоэлектрической эффективности материала свойства улучшаются.

🔉По словам научного сотрудника НИЦ «Конструкционные керамические наноматериалы» НИТУ МИСИС Жанны Ермековой, отличие нового метода от аналогов заключается в достижении рекордной эффективности преобразования тепла в электричество для чистого перовскита манганита кальция благодаря уникальной комбинации пористости, фазового состава и равномерности структуры. Также метод исключает длительное высокотемпературное обжигание, используемое в традиционных подходах, что делает его более энергоэффективным и простым для масштабирования.

#энергосбережение #наука

Пермские ученые определили оптимальные параметры работы для высокой эффективности добычи углеводородов

👨‍👩‍👧‍👦 Для этого исследователи Пермского политеха разработали модель околоскважинной зоны, включающей эксплуатационную колонну, цементный камень и участок породы-коллектора с перфорационными отверстиями. Она позволяет изучать влияние на проницаемость породы изменений, связанных с кумулятивной перфорацией – созданием гидродинамической связи между пластом и скважиной, в ходе которого в скважину спускают перфоратор на электрическом кабеле, взрыв от его зарядов образует направленную струю, которая создает каналы.

👨‍👩‍👧‍👦 Недостаток кумулятивной перфорации заключается в том, что из-за нее вблизи проделанных каналов меняется напряженно-деформированное состояние колонны, цементного камня и породы-коллектора, что приводит к снижению проницаемости горных пород и продуктивности скважины в целом. Для изучения таких изменений на проницаемость породы и на вероятность появления ослабленных или разрушаемых областей политехники провели численное моделирование околоскважинной зоны. Как отмечает пресс-служба вуза, полученные результаты позволили убедиться в необходимости выбора оптимального режима работы добывающих скважин для предотвращения интенсивного уплотнения коллектора при увеличении эффективных напряжений из-за снижения забойного и пластового давлений. Исследование ученых Пермского политеха позволило с помощью разработанной численной модели определить влияние депрессии на коэффициент продуктивности, что можно будет учесть в будущем при подборе эффективного режима добычи.

#наука #нефтедобыча

Разработка российских ученых поможет нефтяникам минимизировать разрушения крепи скважин

🛢 Ученые Пермского политеха впервые смоделировали крепь скважины, учитывая возникающее давление при перфорации, состав тампонажного раствора, свойства формируемого из него камня и параметры проведения прострелочно-взрывных работ. О новой разработке сообщает пресс-служба вуза, отмечая, что она актуальна для предприятий, занимающихся нефтедобычей. После процесса бурения стенки скважины укрепляют, спуская туда обсадную колонну и цементируя ее специальными тампонажными растворами. В полученной крепи формируют отверстия методом перфорации. Это необходимо для создания гидродинамической связи пласта со скважиной и начала процесса нефтеизвлечения. Неправильно подобранные параметры такой работы приводят к образованию трещин, которые становятся причиной преждевременного обводнения.

⚡️ Данную проблему и решают пермские исследователи. По словам заведующего кафедрой «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ Сергея Чернышова, традиционный подход, при котором плотность перфорации составляет 20 и 30 отверстий на метр длины коллекторов, не учитывает состав перфорационных жидкостей, забойное и пластовое давление. Не принимаются во внимание также свойства горной породы и физические процессы, происходящие в ней из-за воздействия на них ударной нагрузки при срабатывании перфоратора. Модель, разработанная политехниками, учитывает все эти особенности. Она позволит решить проблему сохранности цементного камня, что даст возможность не только выявить нарушение герметичности, но и вычислить максимально допустимую нагрузку на крепь, установить требования к свойствам тампонажного камня, а также разработать рекомендации к параметрам проведения перфорации.

☑️ Результаты, полученные учеными, могут быть использованы при определении оптимальных рецептур тампонажных растворов для крепления скважины, а также при выборе основных параметров перфорации. Это снизит риск ухудшения целостности и герметичности скважин, значительно сократит расходы на ее ремонт.

#нефтедобыча #наука

Разработка российских ученых поможет нефтяникам минимизировать разрушения крепи скважин

🛢 Ученые Пермского политеха впервые смоделировали крепь скважины, учитывая возникающее давление при перфорации, состав тампонажного раствора, свойства формируемого из него камня и параметры проведения прострелочно-взрывных работ. О новой разработке сообщает пресс-служба вуза, отмечая, что она актуальна для предприятий, занимающихся нефтедобычей. После процесса бурения стенки скважины укрепляют, спуская туда обсадную колонну и цементируя ее специальными тампонажными растворами. В полученной крепи формируют отверстия методом перфорации. Это необходимо для создания гидродинамической связи пласта со скважиной и начала процесса нефтеизвлечения. Неправильно подобранные параметры такой работы приводят к образованию трещин, которые становятся причиной преждевременного обводнения.

⚡️ Данную проблему и решают пермские исследователи. По словам заведующего кафедрой «Нефтегазовые технологии» ПНИПУ Сергея Чернышова, традиционный подход, при котором плотность перфорации составляет 20 и 30 отверстий на метр длины коллекторов, не учитывает состав перфорационных жидкостей, забойное и пластовое давление. Не принимаются во внимание также свойства горной породы и физические процессы, происходящие в ней из-за воздействия на них ударной нагрузки при срабатывании перфоратора. Модель, разработанная политехниками, учитывает все эти особенности. Она позволит решить проблему сохранности цементного камня, что даст возможность не только выявить нарушение герметичности, но и вычислить максимально допустимую нагрузку на крепь, установить требования к свойствам тампонажного камня, а также разработать рекомендации к параметрам проведения перфорации.

☑️ Результаты, полученные учеными, могут быть использованы при определении оптимальных рецептур тампонажных растворов для крепления скважины, а также при выборе основных параметров перфорации. Это снизит риск ухудшения целостности и герметичности скважин, значительно сократит расходы на ее ремонт.

#нефтедобыча #наука

Казанские ученые внесли свой вклад в процесс очистки загрязненных нефтепродуктами почв

🏛 Предложение сотрудников учебно-научной лаборатории «Центр агро-и-экобиотехнологий» Института экологии, биотехнологии и природопользования Казанского федерального университета (КФУ) основывается на разработанных ими ранее методах очистки почв.

🎤 По словам старшего преподавателя кафедры биотехнологии Института экологии, биотехнологии и природопользования КФУ Лилии Бикташевой, основой технологий биоремедиации нефтезагрязненных почв являются бактерии-биодеструкторы, способные разлагать углеводороды, а также производимые ими биосурфактанты – поверхностно-активные вещества (ПАВ) микробиологического происхождения. Эти вещества играют ключевую роль в процессе очистки, так как обладают уникальными свойствами, позволяющими эффективно бороться с загрязнениями. Поскольку бактерий, которые разрушают нефть, в почве немного, требуется им помочь: один из способов – выделение из загрязненного грунта бактерий, очищение их в лаборатории, размножение и возвращение в почву. Ученые предложили вместо таких бактерий вносить в почву биосурфактанты – ПАВы, которые они выделяют. Благодаря эмульгирующим свойствам и способности снижать поверхностное натяжение воды биосурфактанты значительно повышают доступность углеводородов для микроорганизмов-деструкторов, которые содержатся в почве в небольшом количестве. Когда такие ПАВы вносятся в почву, нефть эмульгирует, распадаясь на шарики. В таком состоянии бактериям легче ее перерабатывать. Это позволяет ускорить процесс разложения нефтепродуктов в почве.

🔘 Эффективность метода уже подтвердили лабораторные эксперименты, в результате которых содержание углеводородов в почве снизилось на 35% после применения 1%-ного раствора биосурфактантов.

#наука #экология

Новое оборудование для производства биотоплива представили томские ученые

⚡️ Коллектив исследователей Томского политехнического университета (ТПУ) разработал наномембранный реактор, отличающийся от аналогов большей прочностью и устойчивостью к агрессивным химическим средам. Метод электроформования позволяет создавать реактор с программируемыми характеристиками, благодаря чему время приготовления биотоплива может сократиться вдвое. Данным методом создается «сердце» наномембранного реактора, которое представляет собой полупроницаемую мембрану из отечественного полимерного материала, обладающего превосходной химической стойкостью в отношении минеральных масел, кислот и щелочей.

Как подчеркивают в пресс-службе вуза, система многоканального электроформования позволила политехникам создавать мембраны для реактора размером 300×400 мм с толщиной стенки до 300 мкм и диаметром волокон до 1,55 мкм, что обеспечивает высокую удельную поверхность мембраны.

⚡️ Ученые уже провели эксперименты по изготовлению биотоплива, целью которых стала оценка долговечности и эффективности наномембранного реактора. Каждое приготовление сопровождалось измерением вязкости, плотности, цетанового числа и температуры вспышки полученного биотоплива. В ходе испытаний исследователи пришли к выводу, что полученные образцы биотоплива соответствуют всем требованиям, которые предъявляются к метиловым эфирам жирных кислот, применяемым в качестве биотоплива для дизельных двигателей.

#наука #биотопливо

Для изготовления биотоплива будут использовать нейросети

👁 Российские ученые разработали технологию, которая предполагает применение искусственного интеллекта для адаптации параметров технологического процесса в мобильной биотопливной станции к необходимым требованиям, сообщает ТАСС со ссылкой на Минобрнауки РФ. Инновацию представили исследователи Института нефти и газа Сибирского федерального университета (СФУ): они изучили возможности применения нечетких нейронных сетей в качестве интеллектуальной системы управления в процессе изготовления биотоплива из биомассы различного происхождения. Как отмечают в вузе, нечеткие нейросети объединяют алгоритмы нейронных сетей и принципы нечеткой логики – раздела математики, обобщающего классическую логику и теорию множеств.

📱 Цель ученых – создание мобильной биотопливной станции передвижной автономной установки для переработки диверсифицированного сырья в полезный продукт – компоненты биотоплива и/или синтетический газ. Как отмечает заведующий лабораторией биотопливных композиций СФУ Владимир Бухтояров, необходимость разработать интеллектуальную систему управления, способную подстраиваться под требования к продукции и характеристикам сырья, возникла для повышения мобильности, автономности функционирования такой установки. Она будет задавать параметры процесса, идущего в ядре мобильной технологической установки, с учетом требований того, кто эту установку эксплуатирует, при этом личное присутствие специалиста для настройки технологических процессов необязательно.

#наука #биотопливо

Добычу «трудной» нефти позволят облегчить нанотехнологии

🌐 О том, что экологически чистые гибридные наночастицы оксида титана и оксида кремния повышают эффективность добычи нефти из нетрадиционных пластов и при этом могут минимизировать ущерб для окружающей среды, заявили ученые из России, Малайзии, Пакистана и Китая. В результате исследования было установлено, что добавление таких наночастиц в воду увеличивает скорость извлечения нефти на 28 и 6% по сравнению с использованием чистой воды и мононаножидкости соответственно.

💭 Об исследовании сообщила пресс-служба одного из вузов, принимавших в нем участие, – Томского государственного университета (ТГУ). Актуальность его очевидна, говорят ученые: по данным Роснедр и Минэнерго, сегодня в России на трудноизвлекаемые запасы (ТрИЗ) приходится почти 60% общего объема запасов нефти и более 40% ее добычи. Добыча «трудной» нефти является сложной задачей из-за большого объема и сложной структуры вещества и его высокой вязкости.

⚙️ Для исследования добычи нефти из нетрадиционных источников в диапазоне температур от +100 до +200 °C была построена геометрическая модель, на которой и тестировалось использование экологически чистых гибридных наночастиц. В результате была изучена оптимизация показателей добычи трудноизвлекаемой нефти путем анализа нескольких переменных, таких как массовый расход, пористость слоя и объемная доля наночастиц. Ученые пришли к выводу, что применявшаяся ими гибридная наножидкость обладает существенной способностью оптимизировать извлечение нефти из нетрадиционных резервуаров.
Как рассказал заведующий научно-исследовательской лабораторией моделирования процессов конвективного тепломассопереноса механико-математического факультета ТГУ Михаил Шеремет, основная проблема подобных исследований ранее заключалась в том, что возможность провести полноценные эксперименты с такими наносредами не всегда есть. «Сейчас по результатам серии вычислительных экспериментов и установления возможности роста нефтеотдачи за счет применения наножидкостей уже можно вести разговор с инженерами: давайте попробуем повторить полученный эффект в реальных условиях», – заключил он.

🌍 Особо подчеркивается, что использование указанных наночастиц позволяет повысить скорость добычи нефти без сопутствующего выделения химических веществ, загрязняющих окружающую среду.

#нефтедобыча #наука

Способ продления срока службы нефтепроводных труб предложили российские ученые: для этого требуется повысить прочностные свойства сталей

⚡️ Исследователи Тольяттинского государственного университета (ТГУ) разработали технологию повышения прочностных свойств низкоуглеродистых низколегированных сталей: именно они используются для изготовления нефтегазопроводных систем.

⚡️ Благодаря разработке ученых стало возможно улучшить показатели коррозийной устойчивости нефтепроводов. Исследователи отмечают, что одним из источников коррозии является сама нефть как агрессивная среда, содержащая множество коррозионно-агрессивных компонентов. При снижении давления в нефтяном пласте добыча становится менее эффективной, и в скважину закачивают различные вещества, также влияющие на возникновение коррозии, – химические реагенты, снижающие вязкость нефти и повышающие нефтеотдачу.

⚡️ В качестве материала, устойчивого к работе в экстремальных условиях нефтепромысловых сред, были предложены прикладные решения для разработки бейнитных низкоуглеродистых сталей, которые обладают высокими механическими свойствами и стойкостью к коррозионному разрушению. Как отмечают в пресс-службе ТГУ, бейнит является особой микроструктурой, позволяющей создавать из сталей прочные, надежные и долговечные конструкции. Теоретические данные, полученные исследователями, были подтверждены серией экспериментов по подбору стали, режимов термической обработки и оценке влияния микроструктуры сталей на механические и коррозионные свойства. В итоге была представлена технология, которая позволяет без снижения коррозионной стойкости существенно повысить прочностные свойства низкоуглеродистых низколегированных сталей.

⚪️Качество трубных сталей в России сегодня находится на очень высоком уровне, подчеркивают авторы исследования. Научные исследования, которые позволяют его улучшить, необходимы для дальнейшего развития отрасли: с этой целью работа над созданием новых технологий производства сталей будет продолжена.

#наука #инновации

Новый гибридный композит для зеленой энергетики синтезировали российские и индийские химики

👨‍👩‍👧‍👦 Специалисты МГУ совместно с коллегами из университета Виджаянагара Шри Кришнадеварая представили дешевый гибридный композит для электрокатализа кислорода в обратимых топливных элементах и металл-воздушных батареях. Работа таких источников энергии основана на реакции катодного восстановления кислорода, источником которого выступают электролизеры. При этом она обычно характеризуется медленной скоростью реакции и неблагоприятной термодинамикой, которая может приводить к перенапряжениям. Также осложняет применение таких батарей необходимость использовать для осуществления катодных реакций драгоценные металлы. Исследователи поставили цель осуществить разработку электрокатализаторов на основе неблагородных металлов, а также достичь оптимизации условий протекания химических реакций.

👨‍👩‍👧‍👦 Как отмечают в пресс-службе МГУ, ранее в московской лаборатории были проведены исследования красителей тетрапирольного типа, которые обладают электрохимическими свойствами. Индийские коллеги занимались вопросами создания топливных элементов на основе реакции катодного восстановления кислорода. Было решено совместить данные исследования для создания катализатора данной реакции – при исследовании свойств бромированного фталоцианина кобальта ученые пришли к выводу, что он не уступает материалам, сделанным с применением драгоценных металлов, а по некоторым параметрам и превосходит их.

👨‍👩‍👧‍👦 Получив композитный материал для электрокатализа, не требующий значительных затрат, исследователи планируют провести целый цикл работ, в ходе которых будут применять другие металлы и исследовать их эффективность для обеспечения возможности промышленного производства современных и сравнительно недорогих регенеративных топливных элементов и металл-воздушных батарей.

#ВИЭ #наука

Нефтешлам – в топливо: российские ученые исследуют возможность утилизировать отходы нефтедобычи с пользой

🧪 О перспективном использовании отходов нефтедобычи рассказали ученые лаборатории тепломассопереноса Томского политехнического университета (ТПУ), которые выяснили, что его можно применить как базовый компонент жидкого композиционного топлива.

⚙️ Об исследовании сообщает пресс-служба ТПУ, причем отмечается, что использование исходного нефтешлама в качестве топлива затруднительно из-за его высокой вязкости, коррозионного потенциала, низкой способности к воспламенению, а также нестабильных характеристик горения. Решением этих проблем и занялись томские политехники: добавляя к нефтешламу различные добавки – метиловые эфиры жирных кислот (МЭЖК) масел, дизельное топливо, метанол, техническую воду, – они исследовали их эффективность и анализировали комплекс свойств полученного топлива. Были проведены эксперименты на лабораторной установке и испытательном стенде, результаты которых свидетельствуют, что смесь нефтешлама с дизельным топливом и МЭЖК различных масел позволяет существенно снизить вязкость нефтешлама. Также было выявлено, что все добавки, независимо от типа и концентрации, усиливали микровзрывное зажигание и улучшали выгорание капель смесевого топлива в условиях относительно невысокой температуры.

📈 Ученые подчеркивают, что полученные результаты отражают перспективы использования исследуемого топлива в теплоэнергетике: доказано, что добавление метанола и дизельного топлива в нефтешлам улучшает его эксплуатационные и энергетические характеристики, что открывает новые возможности переработки отходов нефтедобычи.

#наука #нефтедобыча