Новости энергетики

Ученые из ФИЦ «Институт катализа СО РАН» в городе Новосибирске превратили скорлупу кедрового ореха в активированный уголь, который можно использовать в качестве электродов для суперконденсатора. Такие устройства заряжаются за десятки секунд и сохраняют свою мощность в течение сотен тысяч циклов зарядки.

Энергетический потенциал суперконденсаторов зависит от площади поверхности и плотности материала электродов. Чем выше их удельная поверхность, тем выше электропроводность и больше заряд, который может накопить суперконденсатор. Поэтому электроды суперконденсаторов делают из активированного (пористого) угля.

Энергетики давно научились получать уголь с большой удельной поверхностью из хлопкового пуха, древесины и других целлюлозных материалов, но сохранить при этом высокую плотность — более серьезная задача. Чем плотнее материал, тем больше энергии можно накопить в единице объема, что позволяет уменьшать размеры суперконденсатора. Поэтому новосибирские ученые предложили использовать плотную ореховую скорлупу для изготовления угля.

С точки зрения ботаники, кедровые орехи нельзя отнести ни к кедру, ни даже к орехам. Хвойное дерево, которое часто называют кедром, на самом деле — его дальняя родственница — сибирская сосна. Из-за внешней схожести ее называют кедровой сосной, а питательные семена из ее шишек — орехами. Семена настоящих кедров, которые растут в других географических зонах, несъедобны.

Исследование показало, что плотность ореховой скорлупы передается созданному из нее углю «по наследству», а высокое содержание лигнина в скорлупе позволяет получить больше угля, чем из целлюлозных материалов: лигнин содержит меньше кислорода и больше углерода. Кроме того, после обугливания скорлупы орехов остается меньше зольной смолы. По мнению ученых, все это поможет создать эффективные электроды для суперконденсаторов.

Ученые из Пермского политеха и Пекинского университета гражданского строительства и архитектуры с помощью новой формулы оценили, как улучшится нефтеотдача пластов, если воздействовать на них и саму нефть упругими волнами.

Упругие волны — это колебания в твердых телах, жидкостях и газах, передающиеся им от источника. Например, звуковая волна возникает при колебании наших связок, которое передается воздуху. Если сильнее обычного трястись в восточном танце на хлипком полу, колебание тела передастся доскам, и они, скорее всего, сломаются.

Существуют упругие волны, способные деформировать даже твердые горные породы. Такие колебания применяют при добыче нефти, что позволяет увеличить размер трещин в породах, создать новые и таким образом увеличить проницаемость. Так нефть легче поступает в добывающую скважину. Кроме того, когда колебания воздействуют на сами углеводороды, меняется их вязкость: при определенной частоте нефть становится более жидкой и течет быстрее.

Бывают волны с низкой и высокой частотой. На месторождении первые создаются, когда в скважину закачивают жидкость и начинают сжимать и разжимать ее насосами. Такие волны больше влияют на горные породы. На нефть больше воздействуют высокочастотные колебания, которые создаются при помощи вибрационного устройства. И те, и другие волны увеличивают нефтеотдачу, но до исследования ученых из России и Китая было неясно, как подобрать оптимальную частоту для каждого месторождения с разными свойствами горных пород и нефти.

Доцент Института геологии и нефтегазовых технологий Казанского (Приволжского) федерального университета (КФУ) Ирек Мухаматдинов и его коллеги предложили способ перерабатывать высоковязкую и тяжелую нефть под землей — перед тем, как ее извлекут на поверхность. Мировые запасы такой «трудной» нефти примерно в 1,5 раза превышают запасы углеводородов, для добычи которых не нужны мощные насосы.

«Тяжелая» и «высоковязкая» нефть характеризуются разными параметрами. Нефть с вязкостью выше 30 сантипуаз называют высоковязкой. Для сравнения: вязкость воды — один сантипуаз, оливкового масла — 40, а меда — 2 000. Тяжелая пластовая нефть — это нефть с плотностью выше 870 килограммов на кубометр при температуре 20 градусов (плотность воды — 997 килограммов на кубический метр).

Казанские исследователи предложили вводить в пласт с тяжелой и высоковязкой нефтью горячий водяной пар температурой 100–400 градусов, а вместе с ним — катализатор и растворитель. При таких условиях протекает акватермолиз — высокотемпературная конверсия (переработка) нефти, в результате ее вязкость снижается. Тяжелые компоненты остаются в земле, и на поверхность выходит первично переработанная нефть.

В качестве катализатора ученые использовали оксид железа (Fe₃O₄) с размером частиц 60–155 нанометров. Снизить вязкость углеводородов помогал и синтетический растворитель — продукт перегонки нефти.

Ученые Пермского политеха предложили способ улучшить работу электроцентробежных насосов, которые используются при добыче больше 80% нефти в нашей стране. Такие насосы спускают в скважину на колонне насосно-компрессорных труб. Ржавчина от труб и механические примеси в добываемой жидкости — частицы кварца, песка, известняка — откладываются в движущихся элементах насосов, изнашивая их. Защитить насосы помогают фильтры — их и усовершенствовали ученые из Перми.

Большинство таких фильтров представляют из себя жесткие элементы, приваренные к насосу. Через них может пройти ограниченное количество твердых частиц, после чего их нужно очищать. Очистка фильтров — сложная и дорогостоящая техническая задача, требующая остановки добычи: нужно извлечь из скважины всю колонну труб, отсоединить фильтры, прочистить их.

В Пермском политехе предложили схему самоочищающегося щелевого фильтра от механических примесей. Фильтрующий элемент в новом устройстве выполнен в виде пружины: при изменении давления добываемой жидкости он сжимается или вытягивается, как гусеница при движении. Когда насосную установку отключают, давление жидкости снижается, а размер щелей фильтрующего элемента и его проницаемость увеличиваются, и наоборот. Благодаря этому, отложения примесей в фильтре-пружине разрушаются и превращаются в крошку.

Измельченные примеси падают в нижнюю часть скважины — на забой. Эта часть находится ниже зоны бурения скважины и разрабатываемого продуктивного пласта, поэтому примеси оттуда не попадают в добываемую жидкость и не засоряют фильтры.