Сотрудники Центра компетенций НТИ «Водород как основа низкоуглеродной экономики» на базе Института катализа СО РАН опубликовали обзор, посвященный последним достижениям в области разработки структурированных катализаторов конверсии дизельного топлива в синтез-газ.
Одна из основных проблем, сдерживающих внедрение электрохимических генераторов в повседневную жизнь, — их стоимость, а также доступность водорода. Даже в технологически развитых странах водородных заправок на порядки меньше, чем углеводородных автозаправочных станций. В этой связи логичным и обоснованным представляется подход, когда на начальном «переходном» этапе водород получают из привычных обычному потребителю моторных топлив, например, дизельного, непосредственно в месте его потребления в электрохимическом генераторе (ЭХГ).
Дизельное топливо — удобный носитель водорода. По сравнению с другими альтернативными носителями на единицу объема дизеля приходится наибольшее количество водорода, и он длительно хранится при температуре и давлении окружающей среды. Работающие на дизельном топливе ЭХГ могут использоваться в качестве стационарного, резервного или вспомогательного источника электроэнергии.
Интересным видится использование основных логистических топлив (бензина, авиационного керосина и дизельного топлива), основанное на концепции гибридных систем, когда топливные элементы выступают в качестве вспомогательной энергоустановки. Это делают в дополнение к основной силовой системе — дизельному двигателю, установленному на грузовом автомобиле, или авиационным турбинам на самолете.
Такой подход позволит улучшить эффективность использования топлива в режимах, когда основной двигатель либо выключен, либо работает наименее эффективно на холостом ходу — во время остановок, во время погрузочных работ в грузовых терминалах, стоянок в аэропортах.
Топливные элементы для получения электроэнергии позволяют извлекать ее из энергоносителей прямым преобразованием энергии химических связей в электрическую. Эффективность этого процесса выше, чем при использовании стандартных дизель-генераторов, в которых энергия химических связей сначала преобразовывается в тепловую, затем в механическую, и только потом — в электрическую.
Увеличение эффективности энергоустановок позволит уменьшить объемы затратного завоза дизельного топлива в удаленные районы, например, арктические. Кроме того, применение разрабатываемых энергоустановок будет более экологичным за счет уменьшения объемов потребления дизельного топлива.
Трудности в создании эффективного катализатора конверсии дизельного топлива в синтез-газ, пригодный по составу для питания твердооксидных топливных элементов, связаны с присутствием в моторных топливах ароматических соединений. Эти соединения зачастую содержат серу и обладают низкой активностью в риформинге. Наличие в дизельном топливе ди- и полиароматических соединений, конверсия которых вызывает наибольшие затруднения, приводит к зауглероживанию катализатора и ухудшению его каталитических свойств: происходит снижение активности и селективности в ходе реакции.
В рамках проекта Российского научного фонда ученые из Института Катализа СО РАН разрабатывают топливный процессор для получения водородсодержащего газа из дизельного топлива.
По словам научного сотрудника отдела гетерогенного катализа Института катализа СО РАН и Центра НТИ Владислава Шилова, трудности в создании катализатора вызывает многокомпонентность дизельного топлива. Оно состоит из нескольких сотен индивидуальных веществ, которые относятся к разным классам органических соединений и имеют различную реакционную способность. Также есть сложность в выборе оптимальных реакционных условий, в которых отсутствует зауглероживание катализатора из-за протекания нежелательных побочных процессов. Это приводит к необходимости проведения конверсии в достаточно узком интервале температур и реакционных условий.
В обзоре рассмотрено современное состояние исследований и разработок композитных структурированных катализаторов окислительной конверсии жидких углеводородов в синтез-газ для питания топливных элементов, а также дана более подробная информация о последних достижениях Института катализа СО РАН. В работе рассмотрены основные факторы, влияющие на протекание целевой реакции, и побочные реакции, приводящие к дезактивации катализатора. Приведены результаты испытаний структурированного катализатора Rh/Ce0,75Zr0,25O2/Al2O3/FeCrAl и математического моделирования процесса паровоздушной конверсии дизельного топлива в синтез-газ.
Одна из основных проблем, сдерживающих внедрение электрохимических генераторов в повседневную жизнь, — их стоимость, а также доступность водорода. Даже в технологически развитых странах водородных заправок на порядки меньше, чем углеводородных автозаправочных станций. В этой связи логичным и обоснованным представляется подход, когда на начальном «переходном» этапе водород получают из привычных обычному потребителю моторных топлив, например, дизельного, непосредственно в месте его потребления в электрохимическом генераторе (ЭХГ).
Дизельное топливо — удобный носитель водорода. По сравнению с другими альтернативными носителями на единицу объема дизеля приходится наибольшее количество водорода, и он длительно хранится при температуре и давлении окружающей среды. Работающие на дизельном топливе ЭХГ могут использоваться в качестве стационарного, резервного или вспомогательного источника электроэнергии.
Интересным видится использование основных логистических топлив (бензина, авиационного керосина и дизельного топлива), основанное на концепции гибридных систем, когда топливные элементы выступают в качестве вспомогательной энергоустановки. Это делают в дополнение к основной силовой системе — дизельному двигателю, установленному на грузовом автомобиле, или авиационным турбинам на самолете.
Такой подход позволит улучшить эффективность использования топлива в режимах, когда основной двигатель либо выключен, либо работает наименее эффективно на холостом ходу — во время остановок, во время погрузочных работ в грузовых терминалах, стоянок в аэропортах.
Топливные элементы для получения электроэнергии позволяют извлекать ее из энергоносителей прямым преобразованием энергии химических связей в электрическую. Эффективность этого процесса выше, чем при использовании стандартных дизель-генераторов, в которых энергия химических связей сначала преобразовывается в тепловую, затем в механическую, и только потом — в электрическую.
Увеличение эффективности энергоустановок позволит уменьшить объемы затратного завоза дизельного топлива в удаленные районы, например, арктические. Кроме того, применение разрабатываемых энергоустановок будет более экологичным за счет уменьшения объемов потребления дизельного топлива.
Трудности в создании эффективного катализатора конверсии дизельного топлива в синтез-газ, пригодный по составу для питания твердооксидных топливных элементов, связаны с присутствием в моторных топливах ароматических соединений. Эти соединения зачастую содержат серу и обладают низкой активностью в риформинге. Наличие в дизельном топливе ди- и полиароматических соединений, конверсия которых вызывает наибольшие затруднения, приводит к зауглероживанию катализатора и ухудшению его каталитических свойств: происходит снижение активности и селективности в ходе реакции.
В рамках проекта Российского научного фонда ученые из Института Катализа СО РАН разрабатывают топливный процессор для получения водородсодержащего газа из дизельного топлива.
По словам научного сотрудника отдела гетерогенного катализа Института катализа СО РАН и Центра НТИ Владислава Шилова, трудности в создании катализатора вызывает многокомпонентность дизельного топлива. Оно состоит из нескольких сотен индивидуальных веществ, которые относятся к разным классам органических соединений и имеют различную реакционную способность. Также есть сложность в выборе оптимальных реакционных условий, в которых отсутствует зауглероживание катализатора из-за протекания нежелательных побочных процессов. Это приводит к необходимости проведения конверсии в достаточно узком интервале температур и реакционных условий.
В обзоре рассмотрено современное состояние исследований и разработок композитных структурированных катализаторов окислительной конверсии жидких углеводородов в синтез-газ для питания топливных элементов, а также дана более подробная информация о последних достижениях Института катализа СО РАН. В работе рассмотрены основные факторы, влияющие на протекание целевой реакции, и побочные реакции, приводящие к дезактивации катализатора. Приведены результаты испытаний структурированного катализатора Rh/Ce0,75Zr0,25O2/Al2O3/FeCrAl и математического моделирования процесса паровоздушной конверсии дизельного топлива в синтез-газ.
