Катионная оптимизация. Окончание

☀️Предыдущая часть здесь. А в этой пойдёт речь о применении калия (K+) для улучшения характеристик устройств PSC.

👉Добавление K+ может способствовать кристаллизации из-за снижения энергии активации и позволяет получить зерна большего размера, что приводит к снижению плотности дефектов на границе зёрен, увеличению времени жизни носителей и улучшению проводимости. Было обнаружено, что добавление K+ в смешанные катионные перовскиты приводит к небольшому уменьшению ширины запрещённой зоны, что обусловлено как занятием узлов A, так и появлением межузельных ионов в решётке.

👍В целом, катионная оптимизация представляет собой один из наиболее эффективных подходов к настройке решётки перовскита и стабилизации фотоактивной чёрной фазы.

Амины/полиамины на основе твёрдотельных носителей. Класс 3

🧽О Классе 2 здесь. Что же касается Класса 3, то он содержит сорбенты, полученные полимеризацией аминов на поверхности пор твёрдотельных носителей и характеризующиеся
✔️как высокой аминной нагрузкой,
✔️так и ковалентным связыванием тел аминов с носителем.

👉К примеру, эта технология может быть реализована посредством полимеризации азиридинов с раскрытием цикла в кремнеземе с образованием сверхразветвлённого аминокремнезема (HAS). Эксперименты показали, что увеличение степени полимеризации усиливает DAC-поглощение CO2 во влажных средах, но при этом адсорбционный полупериод имеет тенденцию к удлинению после значительного накопления аминов в порах.

🤔Отсюда можно сделать вывод, что диффузия CO2 также затруднена в сильно аминированных материалах, аналогичных упомянутым в Классе 1, в то время как большинство групп аминов представляют собой вторичные, а не первичные амины, как результат полимеризации с раскрытием цикла.

Производство молекулярного водорода с помощью микрофототрофов

Изыскиваются пути получения альтернативных видов топлива из возобновляемого природного сырья - биомассы. Молекулярный водород можно получить из неограниченного по запасам источника: отходов сельхозпредприятий, пищевых и лесоперерабатывающих производств и воды; биомассы оксигенных микроорганизмов (микроводорослей и цианобактерий) – перспективным углеводородсодержащим субстратом для анаэробного сбраживания бактериями, образующими молекулярный водород. Использование способных генерировать МВ микроорганизмов позволяет одновременно разработать технологию получения водорода и решить проблему переработки отходов путём их микробной конверсии.

👆На рисунке - генерация водорода в клетках микроводорослей. В КВК ФС2 происходит фотоиндуцированное окисление воды. В FeFe-гидрогеназе происходит восстановление водорода за счёт электронов из ФС1.

В развитие темы

Китайские инвестиции в иностранную угольную энергетику.

Мощности важно постоянство

🤔Обратим внимание на малый КПД извлечения тепла (1-5% от запаса) и падение температуры теплоносителя со временем, что приводит к уменьшению и эффективности EGS. В связи с эти важен анализ теплообмена в EGS.

👉На ранее приведённом рисунке приведены результаты расчёта параметров ГЦС с несколькими трещинами для модельных условий, которые можно применять для эксплуатационных оценок. Видно, что электрическая мощность меняется во времени.

👍В работе выявлены три фазы изменения мощности при постоянной скорости воды:
1️⃣ Постоянная мощность;
2️⃣ Падение мощности со временем как t-1/2;
3️⃣ Падение мощности как t-1.
Для повышения эффективности предложена стратегия: на 3 стадии уменьшать скорость прокачки воды, чтобы уменьшить падение мощности до закона 2 стадии.

Неандертальнцы и битум

🇷🇺Неандертальцы Кавказа использовали битум для крепления каменных орудий к рукояткам. К такому выводу пришли российские учёные, изучившие стоянки древних людей
📍в Мезмайской пещере, расположенной в хребте Азиш-Тау в 50 километрах от Майкопа,
📍а также в гроте Сарадж-Чуко в Приэльбрусье в 20 километрах от Нальчика.

👉Исследователи из «Лаборатории доистории» (Санкт-Петербург), Института нефтехимического синтеза имени А.В. Топчиева РАН (Москва), Института истории материальной культуры РАН (Санкт-Петербург) и Ростовского областного музея краеведения (Ростов-на-Дону) продолжили изыскание российских археологов, которым ранее по артефактам мустьерского периода (примерно 25-40 тыс. лет назад) удалось установить, что древние люди использовали кремниевые и обсидиановые орудия для обработки древесины, а также охоты на животных и разделки их шкур. Стоянки, выбранные в качестве научного объекта, имеют широкую известность: например, Мезмайская пещера является эталонным памятником восточного микока – наиболее распространённой культуры неандертальцев в Центральной и Восточной Европе.

👍Анализ каменных орудий труда, найденных на стоянках, позволил обнаружить следы субстанции от тёмно-коричневого до чёрного цвета, которые соответствуют местам крепления к черенкам или рукояткам. Чтобы изучить остатки клеящего вещества, археологи использовали комбинацию спектроскопических методов, позволяющих получить спектры атомов и их групп. Благодаря анализу спектров учёные удостоверились, что неандертальцы Кавказа использовали битум для изготовления сложных орудий труда – на это указывает соотношение содержания углерода и кремния в образцах субстанции. При этом химический состав клейкой основы для двух стоянок оказался разным:
✔️если битум из Мезмайской пещеры содержал бром,
✔️то битум из грота Сарадж-Чуко – повышенные концентрации алюминия, азота и натрия.
По мнению учёных, это свидетельствует о том, что неандертальцы, жившие в разных районах Северного Кавказа, использовали битум из разных источников для изготовления своих орудий.

🎙«Следует особо отметить, что для мустьерских материалов Кавказа и Восточной Европы впервые доказано использование битума для крепления каменных орудий в древках. Использование клеящих веществ и сложносоставных орудий древними людьми сыграло важную роль в социальном и технологическом развитии всего рода Homo», – комментирует Любовь Голованова, главный научный сотрудник «Лаборатории доистории».
https://globalenergyprize.org/ru/2022/11/16/neandertalcy-kavkaza-ispolzovali-bitum-issledovanie-rossijskih-uchenyh/

Автономный офис: микросеть для бизнес-центра

🇺🇸Компания Hover Energy в январе 2023 г. приступит к коммерческому производству оборудования для микросетей. Эта техника позволит переводить офисные здания на автономное энергоснабжение.

👉Центральным компонентом микросети является вертикальная ветротурбина мощностью 36 киловатт (кВт), «запакованная» в контейнер диаметром 3 метра, в котором отсутствуют две из четырёх стенок. Такая аэродинамическая конструкция позволяет использовать здание в качестве паруса при установке контейнера на кромке крыши: воздух раскручивает ветротурбину, лопасти которой при быстром вращении напоминают створки карусельной двери. Допустимое количество ветротурбин ограничено лишь площадью крыши, в центре которой можно установить второй компонент системы – фотоэлектрическую панель. Последняя способна осуществлять выработку в дневное время суток, накапливая избыток энергии в аккумуляторе. Электроэнергия с двух типов генераторов направляется на интегрированную систему управления энергопотреблением, где электричество кондиционируется и преобразуется в трёхфазную мощность переменного тока.

💪Благодаря комбинированному использованию ветровой и солнечной энергии решение от Hover Energy может полностью обеспечивать потребности офисных зданий в электричестве. Сильной стороной разработки является и высокая устойчивость к экстремальным погодным условиям: в ходе испытаний микросети, проходивших в бизнес-центре компании Jabil в штате Флорида, ветротурбина смогла выдержать ураган Ян, поднимавший скорость ветра почти до 170 км/ч.

🎙«Существующие энергосистемы, характеризующиеся большим объёмом переменного генерирования ВИЭ, нуждаются в повышенной гибкости, а микросети представляют собой отличный способ повысить гибкость вышестоящей сети за счёт агрегирования распределённых энергетических ресурсов», – заявлял в интервью «Глобальной энергии» лауреат одноимённой премии Николаос Хатциаргириу. По его словам, микросети применяются в основном для электрификации сельских районов развивающихся стран, где передающая инфраструктура слабо развита. «Тем не менее, микросети также эксплуатируются коммунальными предприятиями в США, в основном для повышения устойчивости к стихийным бедствиям, таким как штормы, наводнения, лесные пожары и землетрясения», – подчёркивал он.
https://globalenergyprize.org/ru/2022/11/16/avtonomnyj-ofis-mikroset-dlya-biznes-centra/

Цементная отрасль наращивает мощности в CCUS

🇮🇹🇩🇰Компания Cementir ввела в строй пилотную установку по улавливанию, хранению и утилизации углекислого газа (CCUS) на цементном предприятии в городе Ольборг, расположенном на севере Дании. Проект позволит ежесуточно улавливать в среднем одну тонну CO2, при этом к 2030 г. мощность площадки может увеличиться до 400 тыс. т CO2 в год.

👍Установка была создана совместно с Техническим университетом Дании (DTU), который ранее разработал аналогичное решение для мусоросжигательного завода Амагер Бакке в Копенгагене. Улавливание CO2 будет происходить с помощью моноэтаноламина (МЭА) – бесцветной жидкости с аммиачным запахом, которая легко реагирует с диоксидом углерода. Абсорбер, заполненный МЭА, будет поглощать CO2, откуда затем насыщенный раствор будет подаваться на отпарную колонну, где из жидкости будет высвобождаться углекислый газ. Наконец, на последней стадии углекислый газ будет поступать на дистилляционную колонну, позволяющую отделить CO2 от неконденсируемых газов и довести его концентрацию до не менее чем 99,99%.

👉При этом на рынке появляются альтернативы использованию МЭА для улавливания CO2. Среди них – двухфазная технология SMART-DAC, которая в 2023 г. будет опробована шотландским центром Net Zero. Диоксид углерода будет сначала улавливаться с помощью жидкого абсорбента и мембранной сепарации газов, после чего абсорбент будет восстанавливаться за счет мембранного электролиза, в процессе которого будет выделяться концентрированный углекислый газ. Другой новацией является поглощение CO2 с помощью металлорганических каркасов – кристаллических пористых материалов, которые могут улавливать сторонние вещества, а затем, при изменении температуры и давления, высвобождать их; этот метод в 2024 г. будет опробован компанией Drax на биомассовой электростанции в Северном Йоркшире.
https://globalenergyprize.org/ru/2022/11/16/cementnaya-otrasl-narashhivaet-moshhnosti-v-sfere-ccus/

Природные гидрогеназы

👉В фотокаталитических системах молекулярный водород (МВ) можно генерировать, используя в качестве катализатора природные гидрогеназы. То есть ферменты, способные к активации МВ и его окислению, либо восстановлению протонов до молекулярного водорода.

🤔Фотосинтетическое расщепление воды в сочетании с производством водорода, которое катализируется гидрогеназой/нитрогеназой, можно рассматривать в качестве перспективного чистого возобновляемого источника энергии. Однако имеет место существенный недостаток: гидрогеназы очень чувствительны к кислороду, который уже через 2–3 минуты их инактивирует.

❗️Поэтому основным требованием к синтезу водорода водорослями является создание анаэробных условий. В тоже время цианобактерии являются единственными организмами, которые могут выделять водород в воздушной атмосфере в присутствии кислорода. Скорость образования ими водорода в несколько раз выше, чем у зелёных микроводорослей и культивирование цианобактерий осуществляется при минимальных требованиях к субстрату. Для образования водорода гетероцистные цианобактерии подвергают воду серии промежуточных реакций, а не используют её напрямую, как это делают микроводоросли и цианобактерии без гетероцист.
https://t.iss.one/globalenergyprize/3687

Инновация для угольных электростанций

🇺🇸Учёные из Национального института стандартов и технологий США предложили использовать формиат алюминия в качестве фильтра для угольных электростанций. Вещество, относящееся к классу металлорганических каркасов (MOF), производится из гидроксида алюминия и муравьиной кислоты, которые легкодоступны на рынке.

👍Металлоорганические каркасы (MOF) представляют собой кристаллические пористые материалы из ионов металлов, связанных между собой органическими молекулами. Поры MOF расширяются и сужаются под воздействием жидкостей, температуры и электромагнитного излучения. Благодаря этому внутри MOF можно временно размещать молекулы сторонних соединений, а затем, при изменении внешних условий, высвобождать их. Однако использование MOF в угольной генерации осложнено спецификой выбросов: смесь газов, поднимающаяся по трубам теплоэлектростанций (ТЭС), обычно является не только горячей, но также влажной и коррозионно-активной, из-за чего операторам ТЭС непросто подобрать дешёвый материал, который бы мог работать не только в «сухих» условиях. Таким требованиям отвечает формиат алюминия (ALF), издержки на получение которого составляют не более доллара за килограмм.

👉Этот материал в микроскопическом масштабе напоминает трёхмерную проволочную клетку с бесчисленными маленькими отверстиями: они достаточно велики, чтобы позволить молекулам CO2 попасть в «ловушку», но достаточно малы, чтобы не допустить проникновения крупных молекул азота, составляющих большую часть дымового газа. В результате молекулы CO2 помещаются внутри «клеток» ALF примерно так же, как рука в перчатке.

💸Чтобы инновация нашла применение, необходимо не только коммерциализировать производство AFL, но и найти способ утилизации улавливаемого CO2. По мнению авторов исследования, углекислый газ можно использовать в производстве муравьиной кислоты, которая является одним из двух исходных компонентов ALF. Это сделает формиат алюминия ещё более доступным.
https://globalenergyprize.org/ru/2022/11/17/adsorber-iz-formiata-aljuminiya-innovaciya-dlya-ugolnyh-elektrostancij/

Азия будет оставаться лидером по приросту импорта СПГ

🌏Азиатско-Тихоокеанский регион (АТР) в ближайшие годы будет оставаться лидером по вводу инфраструктуры, необходимой для импорта сжиженного природного газа (СПГ). По данным Global Energy Monito (GEM), к июлю 2022 г. в мире в целом на стадии строительства находилось 59 терминалов по регазификации СПГ общей мощностью 193 млн. т в год, из них на долю Азии приходится 43 терминала на 146 млн. т в год.

📈АТР в последнем десятилетии был мировым лидером по наращиванию спроса на СПГ. По данным Обзора мировой энергетики BP, на долю региона пришлось 87% глобального прироста импорта СПГ. Помимо урбанизации и бурного экономического роста, ключевую роль сыграл ввод терминалов для регазификации СПГ. По данным GEM, в Азии к июлю 2022 г. насчитывалось 110 таких терминалов общей мощностью 544 млн. т в год, тогда во всех остальных регионах мира – 78 терминалов на 381 млн. т в год. Лидером по уровню развития «принимающей» инфраструктуры
🇯🇵остаётся Япония, на долю которой приходится почти четверть глобальной действующей мощности терминалов по регазификации (228 млн. т СПГ в год);
🇰🇷за ней следуют Южная Корея (105 млн. т в год),
🇨🇳Китай (96 млн. т в год)
🇮🇳и Индия (48 млн. т в год).

👉Однако Китай в 2020-е гг. может вплотную приблизится к Японии по этому показателю. Если в КНР к июлю 2022 г. на стадии строительства находилось 24 терминала общей мощностью 85 млн т в год, то в Японии не реализовалось ни одного подобного проекта. При этом в регионе появляются новые точки роста: помимо Индии, где идет сооружение 5 терминалов общей мощностью 33 млн т СПГ в год, их числу относятся Филиппины и Вьетнам, которые благодаря 7 проектам общей мощностью почти 14 млн т в год пополнят когорту стран-импортеров СПГ.
https://globalenergyprize.org/ru/2022/11/17/aziya-budet-ostavatsya-liderom-po-prirostu-importa-spg/

Три-риформинг метана в водородсодержащий газ в присутствии металл-углеродного катализатора

В развитие темы

Скандинавский регион продолжает превращаться в крупнейшую электростанцию ​​для Европы - Rystad

Ожидается, что совокупная мощность ветряных и солнечных электростанций Финляндии, Дании и Швеции вырастет с 30 ГВт в 2022 году до 74 ГВт к 2030 году.

К 2030 году в регионе планируется запустить почти 40 проектов по производству зеленого водорода, что даст Дании, Швеции и Финляндии совокупные 18% электролизерных мощностей Европы.

👉 Геоэнергетика ИНФО. Подписаться
👉 Предложить новость

Безоблачное будущее угля

Рынок угля, два последних десятилетия, переживает революционную трансформацию. От угля отказываются в развитых странах. Так за 20 лет потребление на душу населения в Штатах сократилось в 3 раза. Но, что интересно, до сих пор американцу нужно, больше угля, чем потреблял средний европеец в 2000 году. За эти два десятилетия в три раза выросло потребление угля на китайскую душу. Как результат, несмотря декларируемый отказ от этого вида топлива, спрос на уголь в мире продолжает расти.
Сегодня основная перспектива для угля – это не насыщенный китайский рынок, а рынок Индии. Численность населения этой страны, обделенной природными ресурсами, почти достигло китайского. При этом темпы роста экономики Индии опережают восточного соседа. Экономическое развитие требует обилия энергии, самая доступная и недорогая форма которой – уголь.
Если в ближайшие годы средний индус выйдет хотя бы на сегодняшние американские нормы потребления (1 тонна в год), мировой спрос на уголь вырастет еще на 20%.

Слова классика

- В своё время ученые задумались о происхождении горячих источников и выяснили, что они связаны с глубинным теплом Земли. Как вы знаете, ее ядро имеет температуру более 4700 градусов Цельсия. Это тепло распространяется по всему телу нашей Земли-матушки! Самая доступная глубина, куда можно добраться с помощью современных средств бурения, достигает 10 километров. Именно там располагаются сухие породы, нагретые до температуры 350 градусов. Мой тезис: этого тепла, которое называется пет-ротермальным, так много, что его хватит на все время существования человеческой цивилизации!

Сергей Алексеенко
https://globalenergyprize.org/ru/2019/12/01/sergej-alekseenko-rossiya/

Дайджест «Глобальной энергии» за 14-18 ноября.

👉Выпуск по ссылке

📌Неандертальцы Кавказа использовали битум: исследование российских учёных
📌Азия будет оставаться лидером по приросту импорта СПГ
📌Адсорбер из формиата алюминия: инновация для угольных электростанций
📌Автономный офис: микросеть для бизнес-центра
📌Цементная отрасль наращивает мощности в сфере CCUS
📌Бразилия может построить крупнейший в мире солнечный парк.

«Человек может познать даже то, что ему не под силу себе представить». © Лев Ландау

Оптимизация галогенидов

☀️Структура и оптоэлектронные свойства перовскитов могут быть также изменены путём замещения в позиции X галогенидного аниона. Модификация галогенидного аниона приводит к изменению длины связи Pb-X и, соответственно, углу X-Pb-X, предлагая тем самым один из наиболее эффективных подходов к настройке ширины запрещённой зоны.

👉Соединения с I- демонстрируют наименьшую ширину запрещенной зоны (в диапазоне 1,55-1,61 эВ), в то время как соединения с Cl- имеют наибольшую ширину запрещённой зоны (2,88-3,13 эВ). Значения ширины запрещённой зоны перовскитов с Br- (2,0-2,44 эВ) находятся между значениями для перовскитов с I- и перовскитов с Cl-, тогда как значения ширины запрещенной зоны перовскитов со смешанными галогенидами варьируются между значениями для одногалогенидных перовскитов.

🤔Смешанные галогенидные перовскиты являются идеальными кандидатами на роль поглотителей в фотоэлектрических устройствах, поскольку их оптоэлектронные свойства можно эффективно контролировать, регулируя концентрацию галогенидов в прекурсорах. Однако...

Продолжение следует

«Цементируя» СО2

🥈Вообще, цементная промышленность является вторым по величине эмитентом углекислого газа среди обрабатывающих и добывающих отраслей. По оценке McKinsey,
📌на её долю приходится 20% глобальных промышленных выбросов CO2,
📌тогда как на долю сталелитейной отрасли – 26%,
📌на долю нефтегазодобычи - 15%,
📌химической отрасли – 12%.


👉Неслучайно проект Cementir является далеко не первым для европейских производителей цемента. Например, немецкая HeidelbergCement минувшим летом объявила о планах построить на шведском острове Готланд CCUS-комплекс мощностью 1,8 млн т CO2 в год, что эквивалентно 3% годовых выбросов в Швеции, а её дочерняя компания Norcem собирается в 2024 г. ввести установку на 400 тыс. т в год на предприятии в норвежском городе Бревик.

Системы генерации молекулярного водорода

1️⃣На первом этапе промышленная генерация молекулярного водорода уже сейчас способна осуществляться упрощённой системой искусственного фотосинтеза. Это возможно за счёт неисчерпаемого источника протонов, получаемых в реакции электрохимического окисления воды и высокоэнергетичных электронов из внешней среды. В такой системе природные высокоэффективные и стрессоустойчивые гидрогеназы или их синтетические аналоги будут катализировать образование молекулярного водорода.

2️⃣На следующем этапе в аналогичной системе искусственного фотосинтеза будет использоваться источник высокоэнергетичных электронов от солнечных ячеек, построенной на основе компонентов ФА. В настоящее время в экспериментальном лабораторном варианте уже работают системы искусственного фотосинтеза, в которых природная ФС2 сопряжённая с гидрогеназой. В такой системе за счёт энергии солнечного излучения на донорной стороне осуществляется расщепление воды на кислород, протоны и высокоэнергетичные электроны, а на акцепторной стороне происходит восстановление протонов высокоэнергетичными электронами от воды, катализируемое гидрогеназой, причём эти реакции пространственно разделены с помощью соответствующих проницаемых для протонов и непроницаемых для молекул кислорода плёнок.

👉В этом случае одним из основных требований к системам искусственного фотосинтеза, основанного на кислородном фотосинтезе, является пространственное разделение фотокатализатора, окисляющего воду, и (фото)катализатора, синтезирующего молекулярное топливо. В качестве электродов для солнечных ячеек на основе компонентов ФА для генерации водорода за счёт энергии света служат полупроводники. Диоксид титана (TiO2) является стабильным полупроводником преобразования солнечной энергии в химическую, но ему требуется внешний фотокатализатор для окисления воды или синтеза топлива.

❗️Имитация природных каталитических центров окисления воды и восстановления протонов при создании стабильных фотокатализаторов – это новое направление в области альтернативной энергетики. Кислородовыделяющий ФС2 является природным прототипом катализатора окисления воды, а природная гидрогеназа является основой для разработки катализатора, генерирующего водород. Другой путь связан с использованием нативных белковых комплексов (фотосистема 1, фотосистема 2, гидрогеназы) с некоторыми модификациями, позволяющими соединяться с неорганическим субстратом, что повышает их эффективность и долговечность
https://t.iss.one/globalenergyprize/3693

Глобальный интерес к СПГ

📈Регионами-драйверами отрасли в ближайшие годы также станут Европа, где на стадии строительства сейчас находится 9 терминалов на 24 млн т СПГ в год, и Южная Америка. Там реализуется 4 проекта общей мощностью 12 млн. т в год.

👉Проекты в Европе призваны повысить гибкость принимающей инфраструктуры. Например, в Германии и на Кипре к июлю 2022 г. не было ни одного действующего терминала по приему СПГ, однако в этих странах в фазе строительства находятся 2 проекта общей мощностью 6 млн. т в год, а на предынвестиционной стадии – ещё 7 проектов на 43 млн. т в год. Что касается Южной Америки, то здесь неоспоримым лидером является Бразилия, где, в дополнение к уже действующим 5 терминалам общей мощностью 26 млн. т в год, реализуется ещё 3 проекта почти на 12 млн. т в год.

🌍Наконец, в Африке, где свыше 90% действующих регазификационных мощностей пока что приходится на Египет, собственная «принимающая» инфраструктура может появиться в Гане, где идёт строительство 1 терминала на 1,7 млн т СПГ в год. Также можно отметить ЮАР, Мозамбике и Марокко, где на предынвестиционной стадии находится 7 проектов общей мощностью 12 млн. т в год.