Ответ — терморегулирование адсорбционной системы аккумулирования газов

ИФХЭ РАН зарегистрировал патент на изобретение «Бортовая адсорбционная система аккумулирования природного газа и способ выдачи природного газа из адсорбционных аккумуляторов с циркуляцией нагреваемого теплоносителя». В изобретении описывается система терморегулирования для адсорбционного автомобильного аккумулятора при заправке и выдаче природного газа из него.

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 (то есть количество заправляемого газа) снижается примерно в два раза. Это особенно сильно проявляется при «быстрой» заправке.

Также ученые 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 млн автомобилей в мире используют природный газ. Международное энергетическое агентство предполагает, что доля природного газа в мировом энергетическом балансе к 2040 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 десяти 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.

Ольга Макарова