Система позволяет решить две проблемы, препятствующие широкому использованию адсорбционных аккумуляторов в автомобилестроении: во-первых, медленная, по сравнению с жидким топливом, заправка, и, во-вторых, накопление в адсорбенте примесей – высококипящих тяжелых углеводородов, которые заполняют поры адсорбента и уменьшают его полезную емкость, из-за чего приходится чаще заправлять бак.
«На эффективность аккумулирования газов кардинально влияет температурный режим работы микропористого материала – наполнителя. Например, при понижении температуры адсорбент активнее поглощает газ, а при повышении – выдает его. Поскольку при заправке адсорбент разогревается, а при выдаче газа – наоборот, охлаждается, это приводит к снижению емкости адсорбента по газу и, соответственно, к уменьшению пробега транспортного средства «от заправки до заправки», – объяснил один из авторов работы, руководитель инженерно-технического центра ИФХЭ РАН, ведущий научный сотрудник лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН, кандидат химических наук Андрей Школин. – Из-за возникающих при адсорбции-десорбции тепловых эффектов системы аккумулирования чувствительны к скорости заправки и выдачи газа. Поэтому мы разработали технологию терморегулирования для адсорбционной системы аккумулирования газа: для повышения температуры при выдаче из нее газа и для снижения температуры при заправке».
Проведенные в лаборатории сорбционных процессов ИФХЭ РАН эксперименты показали, что без специально заложенных приемов отвода теплоты адсорбции при заправке и подвода теплоты при выдаче газа эффективность систем адсорбированного природного газа (т. е. количество заправляемого газа) снижается примерно в 2 раза. Это особенно сильно проявляется при «быстрой» заправке. Также учёные лаборатории выяснили, что, если газ предварительно охладить во внешнем теплообменнике, то в процессе заправки этот газ эффективно снижает температуру слоя адсорбента, с которым контактирует. Количество заправляемого газа при этом существенно увеличивается. Нагревание при выдаче газа позволяет не только увеличить скорость выдачи газа и пробег транспортного средства, но и эффективнее освобождать адсорбционный аккумулятор от накапливающихся в нем высококипящих углеводородов.
Низкая стоимость и хорошие экологические характеристики делают природный газ одним из самых перспективных альтернативных источников энергии. В настоящее время более 28 миллионов автомобилей в мире используют природный газ. Международное энергетическое агентство предполагает, что доля природного газа в мировом энергетическом балансе к 2040-ому году не упадет в связи с развитием альтернативной энергетики, но вырастет в 1,46 раза. При этом потребление природного газа на транспорте увеличится в 2,35 раза.
Адсорбированный природный газ – альтернативная технология хранения природного газа. В отличие от компримированного и сжиженного природного газа адсорбированный природный газ характеризуется повышенной пожаро- и взрывобезопасностью, поскольку молекулы газа находятся в «связанном» состоянии в порах адсорбента. Адсорбированный природный газ позволяет работать при значительно меньших давлениях, чем сжатый, и более высоких температурах, чем сжиженный. Для заправки автомобиля адсорбированным природным газом достаточно двухступенчатых компрессоров. Применение более простого оборудования, не требующего высококвалифицированного персонала, ведет к снижению стоимости газового топлива для потребителя.
«Работы, которые легли в основу патентованного изобретения, – только небольшая часть работ по адсорбции природного газа в приложении к газомоторному автомобильному топливу, – рассказал Андрей Школин. – Лаборатория сорбционных процессов ИФХЭ РАН активно работает над развитием и внедрением технологии уже около 10 лет. В настоящее время мы проводим испытания совместно с промышленными партнерами».
По версии Роспатента, патент № 2825831 признан лучшим патентом недели.
Патент опубликован на сайте Федерального института промышленной собственности 30 августа 2024 года.
Материал подготовлен: Ольга Макарова / Пресс-служба ИФХЭ РАН
В других источниках:
Сетевое издание Коммерсантъ. Наука 03/10/2024