И Цуй: Решить проблему доступности лития можно за счёт его извлечения из океана и подземных солёных озер

Как увеличить объём энергии, который способны хранить литий-ионные батареи? Можно ли использовать батареи для передачи электричества в сеть? Какой будет батарея будущего? Об этом в интервью Ассоциации рассказал И Цуй, профессор материаловедения и инженерии Стэнфордского университета, недавно вошедший в шорт-лист премии «Глобальная энергия».

Некоторые тезисы:
🔋Чтобы накапливать энергию, необходимо накапливать заряды, то есть накапливать литий. В существующих литий-ионных батареях графит используется в качестве анода, а фосфат иона лития – в качестве катода. Чтобы накапливать кратно больше энергии, необходимо накапливать кратно больше зарядов, то есть ионов лития и электронов. С этой задачей справляются новые материалы на основе твёрдого графита (к примеру, кремний), которые могут использовать в 10 раз больше зарядов, нежели углерод графита, используемый в качестве анода. Соответственно, если вы замените графит в качестве анода, то вы увеличите удельное количество зарядов на стороне анода в 10 раз.

🔋Последние десять лет я изучал использование новых материалов и нанотехнологий для удвоения плотности энергии углеродных литий-ионных батарей. Анализы показывают, что батареи также могут использоваться для хранения солнечной энергии и последующей передачи электричества в сеть. Пока не ясно, под силу ли эта задача литий-ионным батареям: может быть, да, а, может быть, и нет.

🔋Доступность лития вызывает беспокойство – то же самое можно сказать и в отношении кобальта, как с точки зрения цен, так и вопросов геополитики. Запасы лития есть в ограниченном количестве стран, и мировому сообществу необходимо понять, как взаимодействовать, чтобы литий был доступен для революции в области чистой энергии и борьбы с изменением климата. Человечеству также необходимо изучить нетрадиционные источники лития: речь идёт как о подземных солёных озерах, в которых вода содержит литий, так и мировом океане.

🔋Стэнфордский университет изобрел самовосстанавливающуюся батарею. Эта разработка – плод моей совместной работы с профессором Чжэнь Ань Бао. Нашей задачей было создание самовосстанавливающегося полимера – полимерной цепи, которая при низкой температуре может перемещаться, образуя водородную связь: будучи обратимой, водородная связь после разрыва может формироваться вновь. Точно так же и с батареями: если раньше при растрескивании батареи ждала неизбежная смерть, то теперь, благодаря созданному нами полимеру, их можно использовать вновь. Это действительно захватывающе: чем-то поминает человеческое тело, которое обладает способностью самоисцеления.

Полностью интервью здесь

🎞Зинфер Исмагилов – о чистых угольных технологиях. Новое видео на нашем Youtube-канале!

«Глобальная энергия» начинает обратный отчёт к церемонии объявления лауреатов одноимённой премии-2021 в Казани и запускает серию интервью с учёными, вошедшими в шорт-лист.

Академик РАН Зинфер Исмагилов рассказал президенту ассоциации о чистых технологиях в области добычи и переработки угля и перспективах угольной отрасли в целом.
https://www.youtube.com/watch?v=f-7daMyYIFw

🇷🇺Газификация продолжает охватывать всё новые территории России:

Новая Теберда
Лопухи
Атамановка
Цветочный и другие посёлки

И перечень не окончательный 💪

Методы очистки НСО:

Механический и физические
Физико-химические и просто химический
Химическое комплексообразование
Биологический.

А также их преимущества и недостатки 👆
https://yangx.top/globalenergyprize/1203

Схема высокотемпературного насоса (ВТН) теплопроизводительностью 23 МВт типа «вода-вода» на R744:

1 – турбокомпрессор;
2 – водонагреватель;
3 – регулирующий клапан;
4 – отделитель жидкости;
5 – насос для циркуляции СО2;
6 – водоохладитель.
Трубопроводы: оранжевые – высокого давления (9,0-13,0 МПа), зелёные – низкого давления (4,0-6,0 МПа);
стрелки: красные – нагреваемая сетевая вода (5-90°C), синие – источник бросовой теплоты (15-40°C).

Зачем нужны высокотемпературные насосы?
Часть I
Часть II

🔆Переход общества к электрификации требует крупномасштабного преобразования электроэнергии с применением силовой электроники. К счастью, это вполне осуществимо с помощью существующих технологий.

На этом рисунке показана упрощённая система энергоснабжения с электроприводом (E-Power), и проиллюстрировано использование силовой электроники от выработки электроэнергии до потребления, а также некоторые решения для хранения на будущее.

Батареи применяются и в электромобилях. Показано, что электричество преобразуется в водород с помощью электролизёра, а затем его можно использовать или обрабатывать для преобразования в химический носитель энергии, например газ, E-топливо или аммоний. В таком случае ключевым энергоносителем является водород (P2X).

На приведённом рисунке показаны другие важные аспекты развития современной энергетической системы. В будущем крупными потребителями энергии станут центры обработки данных, важным аспектом является цифровизация системы E-Power, а ключевую роль в оптимизации работы такой сложной системы будет играть искусственный интеллект (ИИ).

Пар Земли от Исландии до Кении. Виды геотермальных станций

Международное энергетическое агентство выделяет пять типов источников геотермальной энергии:
1️⃣ сухой пар,
2️⃣ влажный пар (горячая вода + пар),
3️⃣ геотермальные воды (горячая вода или пар + вода),
4️⃣ сухие горячие каменные породы, разогретые магмой,
5️⃣ магма.

Самый популярный метод получения электроэнергии — вращение турбины генератора потоком пара. Разница лишь в том, каким образом будет получен пар: за счёт сжигания угля и газа или за счёт воды, согретой в недрах Земли.

Электричество из геотермальной энергии получают тремя способами. Один из них – это прямой метод с использованием сухого пара. Пар поступает из скважины напрямую на турбину. Это самый старый метод, который одновременно является самым простым и дешёвым. Однако использовать его можно лишь в определённых местах, где удаётся найти подходящие источники пара с нужной температурой.

Непрямой метод использования водяного пара является самым распространённым. Здесь горячая вода из недр нагнетается под высоким давлением, частично выпаривается, и пар вращает турбину. Уже отработанный пар закачивают в скважину или отапливают им помещения.

Бинарные станции не допускают попадания жидкости на турбину в принципе. Термальная вода в теплообменнике разогревает другую жидкость, например, фреон, температура кипения которой ниже, та превращается в пар и вращает турбину. Это замкнутая система, то есть жидкость конденсируется и вновь возвращается в теплообменник. Более того, она позволяет использовать не слишком горячую термальную воду.

Завтра продолжим тему
https://globalenergyprize.org/ru/2021/09/09/par-zemli-ot-islandii-do-kenii/

- Я думаю, энергия будущего – это электрон, поскольку речь идёт именно об энергии. А когда предметом обсуждения становится электрон, то в первую очередь мы говорим о возобновляемых источниках. Однако ВИЭ, и это я усвоил от всех учёных, не под силу существовать «в одиночку» – им необходим партнёр. И это дело самих стран – решить, какую комбинацию источников они хотят получить.

Некоторые страны приходят к выводу, что таким партнером, в силу гибкости газотурбинных станций, должен стать природный газ, другие отдают предпочтение атомной энергии. Еще кто-то может сделать выбор в пользу водорода, и это дело правительств – осуществлять выбор в пользу того или иного сочетания источников, обеспечивая тот уровень надёжности и безопасности поставок, к которому мы привыкли.

Райнер Зеле, гендиректор OMV
https://www.youtube.com/watch?v=jXCt8JjPaUs

Достоинства УВН

5️⃣ Улучшение структуры энергосети.

При использовании сети ультравысокого напряжения (УВН), обладающей большой пропускной способностью, электростанции сверхбольшой мощности могут быть подключены к энергосети напрямую. При этом линии электропередачи УВН позволяют снизить потребность в строительстве электростанций в центрах нагрузки, а также способствуют оптимизации распределения энергоресурсов. В то же время, использование комбинированной электропередачи переменного/постоянного тока УВН позволяет решить проблемы недостаточной пропускной способности линии электропередачи и слабой поддержки реактивного напряжения энергосетью 500 кВ при отказе системы постоянного тока.

Это позволяет снизить риск отключения электроэнергии и создать условия для плавной многоуровневой и зонированной работы энергосистемы, а также решить проблемы, ограничивающие её развитие (такие, как превышение уровня расхода тока при коротком замыкании), и повысить гибкость и надёжность её работы.
https://yangx.top/globalenergyprize/1286

НСО - не уничтожение, а переработка

Желаемая цель переработки нефтесодержащих отходов (НСО) – это получение из них коммерческих материальных ресурсов с гарантийными эколого-гигиеническими показателями всех продуктов (вода, почва, кек), которые образуются в результате реализуемого процесса.

Сегодня на российском рынке технологий существуют компании, предлагающие различные технологические решения по переработке и утилизации НСО. Несмотря на достоинства и успехи, их деятельность направлена на уничтожение и нейтрализацию отходов, что часто приводит к вторичному загрязнению окружающей среды в виде золы, газовых выбросов и стоков. Необходимо модернизировать существующие технологии, которые бы приводили к снижению образования вторичных загрязнителей.

Анализируя все то, что реализуется в настоящее время в технологиях переработки нефтяных отходов, мы пришли к выводу, что существующие индивидуальные технические решения не могут полностью обеспечить 100% переработку с гарантированными материальными и экологическими показателями. Однако, если данные технологии встроить в единую рабочую технологическую цепочку, то их производительность и глубина переработки НСО увеличится в несколько раз результатами повышенной экологической значимости.

Данное технологическое решение может осуществляться только в рамках единого системного подхода, ориентированного на получение материальных ресурсов из отходов и снижения экологической нагрузки до требуемых нормативов.
https://yangx.top/globalenergyprize/1291

Принципы установки «P2X», где «X» может обозначать водород, метан, метанол и биогаз, включая области его применения

Роль технологии «Power to X» (P2X) заключается в разработке новых способов долгосрочного хранения энергии, а также в обеспечении высокой плотности энергии в транспортной отрасли – например, для использования в тяжелых грузовиках, кораблях и самолетах. Проблема заключается в том, что общая эффективность преобразования энергии намного ниже по сравнению с хранением электроэнергии в батареях, но на данный момент это является очевидным решением для таких устройств.

На рисунке показаны два источника «генерации» в процессе P2X, включая большое количество потенциальных видов применения. Одними из конечных энергоносителей здесь являются метан и метанол, а также сам водород.

Термы Лардерелло

Нагретую природой воду люди использовали ещё с древних времен, однако считается, что первой промышленной геотермальной станцией в мире была установка в итальянском городке Лардерелло, заработавшая в 1904 году. Пар, образующийся от термальных вод итальянского курорта, впервые дал электричество для четырёх электролампочек. Ещё через несколько лет, в 1911 году, здесь была построена электростанция. Она до сих поря является действующей.

В течение двадцатого века геотермальные электростанции появлялись в других странах мира — в США, Японии, Новой Зеландии, Мексике. В 1965 году такая станция появилась и в СССР, причём это была первая в мире бинарная станция, использующая для получения электроэнергии как термальную воду, так и пар.
https://yangx.top/globalenergyprize/1294

❗️10 сентября «Глобальная энергия» начинает отборочный этап на хакатон, который с 6 по 10 октября пройдёт в стенах Московского энергетического института (НИУ «МЭИ») и РГУ нефти и газа им. И.М. Губкина.

Победителями станут команды, предложившие лучшие проекты в двух треках, посвящённых развитию зарядной инфраструктуры для электромобилей и управлению системой распределения газа.

Подать заявку можно на сайте https://energyhack.ru/

Топ энергетики. Мнение Марты Бониферт

По мнению члена Международного комитета премии «Глобальная энергия» Марты Бониферт, наиболее востребованными направлениями для исследований в энергетике на ближайшие 30 лет станут:

📌 Поиск решений, которые могли бы помогли улучшить доступ к электричеству в странах, находящихся к югу от Сахары, где у миллионов человек нет базовой энергетической инфраструктуры;
📌 Оценка последствий европейской климатической программы Fit for 55: будучи призванной сократить выбросы в ЕС на 55% к уровню 1990 г., она окажет воздействие на самые разные отрасли экономики и создаст спрос на новации в бизнесе и науке;
📌 Разработка цифровых технологий, которые бы повысили эффективность использования возобновляемых источников энергии (ВИЭ), особенно востребованных в условиях энергоперехода.

Молодым учёным самое время проявить интерес к этим темам.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/09/08/globalnaya-energiya-i-kazanskij-universitet-opredelili-samye-vostrebovannye-issledovaniya-na-blizhajshie-30-let/

BP может начать производство зелёного водорода на бывшем НПЗ

Компания совместно с австралийским инвестбанком Macquarie изучает возможность задействовать для этого мощности закрытого в 2020 году нефтеперерабатывающего завода в Куинане - пригороде Перта, административного центра Западной Австралии.

Проект призван содействовать декарбонизации промышленной зоны Куинана. Помимо одноимённого НПЗ на её территории расположен ряд электростанций, цементных заводов и химических предприятий с высоким углеродным следом. Проект также поможет оценить потенциальный интерес потребителей и инвесторов к производству водорода с помощью электролиза воды и возобновляемых источников энергии.

О преимуществах Западной Австралии как региона для «чистых» производств BP сообщала ещё в августе. Тогда компания ссылалась на исследование, проведённое при участии Австралийского агентства по возобновляемым источникам энергии (ARENA), инженерно-консультационной компании GHG Advisory и собственной «дочки» Lightsource BP - разработчика технологий для солнечной энергетики:

• В силу высокой потенциальной доступности ветровых и солнечных генерирующих мощностей Западная Австралия предрасположена к коммерческому производства не только зелёного водорода, но и зелёного аммиака, получаемого при смешении зеленого водорода с азотом;
• Пилотные мощности нового производства BP оценила в 4 000 т зелёного водорода и 20 000 т зелёного аммиака, а с выходом проекта на полную мощность – в 200 000 т и 1 млн. т в год соответственно;
• Проект потребует значительных вложений в транспортную и электроэнергетическую инфраструктуру, однако благодаря хорошим стартовым условиям в Западной Австралии можно добиться снижения операционных издержек (до менее чем $2 за кг водорода), что поможет региону стать крупным экспортным водородным хабом.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/09/10/bp-mozhet-nachat-proizvodstvo-zelenogo-vodoroda-na-byvshem-npz-v-zapadnoj-avstralii/

Слова классика

- Электроэнергетика и теплообеспечение – две сферы, без которых не сможет жить ни одна страна. Большую роль здесь играет расположение самого государства и источников его электроэнергии, а также, безусловно, местный климат и окружающая среда – в совокупности эти факторы определяют, какую энергетику выгоднее развивать: распределенную или местную с доступным для конкретного региона топливом, ибо они влияют на ее стоимость. Конечно, должны развиваться и атомная, и возобновляемая энергетика, но для России, ввиду особенностей ее климата, предпочтительнее использовать возможности электро- и теплоэнергетики на природном топливе, в первую очередь, газе.

Олег Фаворский
https://globalenergyprize.org/ru/2019/12/01/oleg-favorskij-ru/

Развилки водородной энергетики

Считает Дмитрий Бессарабов, директор Экспертно-консультационного центра водородной стратегии при Министерстве науки и технологий ЮАР:

1️⃣ Первая из них связана с расширением числа отраслей-потребителей водорода. В мире уже сегодня ежегодно производится около 80 млн. тонн водорода: он используется в процессах нефтехимического синтеза, производстве аммиака и метанола, то есть в тех же отраслях, где и осуществляется его выпуск. Поиск и нахождение иных способов применения водорода сейчас увязывается, в основном, со снижением углеродного следа, однако пока что остаётся открытым вопрос, в каких именно секторах он получит наибольший спрос;

2️⃣ Ещё большая неопределённость характерна для сферы транспортировки и хранения: если в производстве водорода речь идёт об удешевлении существующих технологий, то в его перевозке – о поиске самих технологических решений;

3️⃣ В силу этих причин страны-производители водорода ставят разные акценты при разработке национальных стратегий развития отрасли. Так, в ЮАР, где расположено 80% глобальных запасов металлов платиновой группы, дорожная карта сильно увязана с использована с использованием платины и иридия, которые задействуются при разработке топливных элементов; в Австралии регуляторы ориентируются на развитие водородного экспорта, тогда как в США – на применение водорода в промышленности, а в Германии – на инновации, которые станут интеллектуальной собственностью.
https://globalenergyprize.org/ru/2021/09/08/globalnaya-energiya-i-kazanskij-universitet-opredelili-samye-vostrebovannye-issledovaniya-na-blizhajshie-30-let/