Наукова робота гуртка «Хімія від теорії до практики»
![](/file/8cf5db13ebcbf28295ee1.jpg)
Зміст
- Альтернативне паливо для транспотних засобі
- Екологічність довкілля за рахунок високоефективних літій-йонних акумуляторів
1.Альтернативне паливо для транспотних засобів
![](/file/986fb3fa31b8024153bfa.png)
На сучасному етапі розвитку людства постає гостра необхідність збереження чистоти довкілля та економії ресурсів палива. Тому виникла перспективна тенденція використання екологічно чистих альтернативних видів палива[1].
Природний газ (ПГ) є найбільш екологічно чистим вуглеводневим паливом, яке при спалюванні для генерації електроенергії виробляє близько половини вуглекислого газу і лише 1/10 речовин, що забруднюють повітря - стверджує всесвітня група енергетичних та нафтохімічних компаній. В ньому міститься набагато менше домішок сірководню, азоту й інших шкідливих газів, згорає чисто, без виділення сажі або золи; оксиду азоту утворюється на 20% менше, ніж при спалюванні вугілля. За даними Міжнародного енергетичного агентства світовий попит на природний газ може збільшитися більше ніж у два рази до 2040 року. Основою ПГ є метан, потужне джерело якого - поклади твердого гідрату метану.
На карті (рис.1) наведені розвідані (жовті точки) і ймовірні (червоні точки) родовища гідрату метану в водах світового океану.
![](/file/14506a1d1fe77ad6bc3b4.png)
Гідрат метану – це нестехіометрична сполука метану з водою (клатрат - сполука включення). Зовні нагадує сніг або пухкий лід, його іноді ще називають «горючим льодом» [2]. Молекули води утворюють каркас - ґратку, усередині якої розміщуються молекули газу, співвідношення комірок: СH4 * 5.9(Н2O). Стабільний за низьких температур / підвищеного тиску. З 1м3 гідрату метану можна отримати до 180 м3 метану (1 атм., > 00 С). Природний метан гідрат в основному розповсюджений у зонах вічної мерзлоти, водних глибинах(>300м), на дні в породах і пластах літосфери. За орієнтовними оцінками, запаси гідрату метану на землі становлять не менше 250 трлн м3 - по енергетичній цінності це в 2 рази більше всіх наявних на планеті запасів нафти, вугілля і газу, разом узятих.
Основні технології добування CH4:
- розгерметизація - штучне пониження тиску безпосередньо у скважині чи шляхом відкачки води;
- нагрівання - подача гарячої води, пари, струму;
- введення інгібіторів – тепла морська вода, CH3OH, C2H5OH, пересичені розчини CaCl2, CaBr2.
Привертає увагу технологія закачки в пласт гідрату CO2, який утворює термодинамічно стійкішу систему і витісняє метан. Таким чином, можна з одного боку захороняти парниковий CO2, а з іншого - видобувати джерело енергії [3].
![](/file/5450d789ac0df4beec98d.png)
На рис.2 зображено Р-Т криві утворення гідратів природного газу та діоксиду вуглецю.
![](/file/b63373003552b7c69a5db.png)
Зріджений природний газ має потенціал для використання крейсерами, поромами, баржами та буксирами. Він вже використовується як паливо для суден на внутрішніх водних шляхах в Норвегії. Cardissa - сучасне бункерне судно із ЗПГ, здатне вміщувати близько 6500м3 палива. Судно доставляє паливо з терміналу у Роттердамі та в інших країнах Європи.
Крім того, газові гідрати можливо пристосувати для дорожніх транспортних засобів. У Європі поширена заміна рідкого викопного палива на чистіше газове пальне в автомобілях. Спалювання ЗПГ в двигунах, що запалюються від іскри, є тихішим, ніж спалювання дизельного палива у двигунах внутрішнього згоряння. Це означає, що вантажні автомобілі, які працюють на ЗПГ, можуть працювати довше за обмеженням шуму, наприклад, при доставці у супермаркети в житлових приміщеннях.
![](/file/9b14f907523963bd8c4f8.png)
Розрахункове октанове число становить не менш 105 од. При цьому стиснений газ використовується для великовантажних автомобілів і автобусів, а зріджений - для легкових. Можливе обладнання двигунів трьома видами палива, що дозволяє цим транспортним засобам працювати як на бензині,спирті, так і на СПГ. (Рис.3)
![](/file/e36e9151fea9f8e7ffd3f.png)
Керосин GTL (так звана технологія gas to liquid - газ в рідину) - це синтетичний продукт, виготовлений з природного газу, який може використовуватися в авіації. GTL Jet Fuel являє собою суміш GTL керосину і звичайного реактивного палива, на основі сирої нафти. Він схвалений для більшості авіаційних потреб у концентраціях до 50%, змішаних зі звичайним масляним керосином (стандартне Jet A1). У порівнянні зі звичайним олійним гасом, GTL виробляє практично нульові викиди SO2.
GTL може використовуватися в існуючих важких дизелях без модифікацій, що дозволяє легко перейти від дизельного палива без необхідності інвестування в інфраструктуру. Воно має аналогічні фізичні характеристики для сирої дизельної сировини, отриманої з сирої нафти, але має набагато вище цетанове число, більш високу калорійність масла, нижчі рівні S, ароматичних сполук і нижчу щільність.
Безперечно, існують техногенні й екологічні ризики добування й використання гідрату метану, але при належних безпеці й ставленні до цього можна здобути енергетичний і грошовий виграш. Провідні країни світу - Японія, США, Китай, Канада - досліджують технологію видобутку даного гідрату. Завдяки своїй екологічній чистоті, властивостям та величезним запасам, гідрат метану зможе у недалекому майбутньому замінити інші види викопного палива. Тому можливий новий енергетичний «бум».
2. Екологічність довкілля за рахунок високоефективних літій-йонних акумуляторів
![](/file/c7dffdc50bf0d39e3cd1d.png)
Ідея нашого проекту виникла в результаті зацікавленості розвитком сучасних екологічних методів отримання електричної енергії. Використання електродвигунів в автотранспортних засобах на заміну двигунам внутрішнього згоряння, що є одними з основних джерел забруднення атмосферного повітря в мегаполісах всього світу, стрімко набирає обертів останні роки. Це стало можливим завдяки активному запровадженню технології виробництва літій-йонних хімічних джерел струму. Саме тонкоплівкові Li-йонні акумулятори забезпечують роботу наших смартфонів, планшетів та безлічі електронних пристоїв, якими ми користуємося кожен день. Але найголовнішим проривом в сфері екологічних технологій стало використання такого типу акумуляторів в якості хімічних джерел енергії для потужних електродвигунів, що з кожним днем вплітаються в наше звичне сьогодення разом з електромобілями як у приватному так і громадському використанні.
![](/file/1a43981f4c791be697177.png)
Робота над покращенням властивостей вже існуючих матеріалів і над розробкою нових, більш ефективних композиції є основними напрямками для підвищення питомих характеристик акумуляторів таких як ємність, циклічність, швидкість заряджання. З цією метою робота проводиться одразу в трьох напрямках.
![](/file/55603920a1787208bc399.png)
Використання розроблених електрокаталітичних матеріалів на основі продуктів термічної деструкції координаційних сполук Кобальту та Нікелю з аміноспиртами, дає змогу модифікувати вуглецевий матеріал Аноду, що дозволяє суттєво збільшити кількісні питомі харатеристики літієвих хімічних джерел енергії.
![](/file/b6bd36641cfb9fad76e3d.png)
Одержані кристали оксиду Титану (IV) мають вигляд нановолокон діаметром 10-20 нм і довжиною 200-300 нм. Загальна реакція інтеркаляції-деінтеркаляції літію в матрицю електродного матеріалу може бути записана як:
TiO2 + xLi+ +xe = LixTiO2
Встановлено, що зразки нановолокнистої фази є електрохімічно активними в діапазоні потенціалів 0,9 – 2,4 В
![](/file/9c50a10757754c6f40ef9.png)
Середній розмір отриманих частинок шпінелеподібного композиту становить приблизно 0,2-1 мкм. Із зростанням вмісту Кобальту спостерігається зменшення середнього розміру частинок
![](/file/e7e804f2d230eb5d38a3b.png)
Автор: команда організаторів ТехноАртКПІ від Департаменту навчально-виховної роботи КПІ ім. Ігоря Сікорського
Залишились запитання? Долучайся на канал