«Топливо будущего» для Арктики

Ученые Томского политехнического университета предлагают использовать в экстремально холодных условиях гелеобразное топливо, основными компонентами которого могут являться отработанные масла из энергетических установок и горючие жидкие отходы нефтяной промышленности.

Такое топливо выдерживает температуры до -95 градусов Цельсия. При этом оно более безопасно для окружающей среды в процессе хранения и транспортировки, чем традиционные жидкие топлива.

Ученые разрабатывают собственные составы морозостойкого гелеобразного топлива и изучают фундаментальные вопросы механизмов его горения, чтобы в дальнейшем инженеры смогли разработать устройства для его применения на практике — получения энергии в экстремально холодных условиях.

Разработка ведется в Исследовательской школе физики высокоэнергетических процессов ТПУ, силами молодых исследователей из числа членов коллектива профессора Павла Стрижака.

«Традиционные виды топлива — бензин, дизельное топливо — выдерживают температуры до -50 °С. При более низких температурах такое топливо может просто замерзнуть в топливных баках и системах. Поэтому ученые модифицируют существующие и ищут новые виды топлива для использования, например, в условиях Арктики. А так как Арктика — это совершенно уникальная природная зона, к топливу, которое здесь используется, предъявляются особые требования с точки зрения его экологичности и безопасности, — говорит профессор Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Павел Стрижак. — Мы обратили свое внимание на гелеобразное топливо. Оно обладает рядом принципиальных преимуществ, но пока в энергетике не созданы устройства для его широкого применения. Но это перспективный класс топлив, которые способны на практике решать определенные задачи, не характерные для известных жидких твердых топлив. Мы уверены, что будут созданы соответствующие перспективные энергетические устройства. Это лишь вопрос времени. Поэтому мы заглядываем в будущее и надеемся, что наша работа позволит приблизить момент внедрения гелеобразного топлива в энергетику».

Гелеобразное состояние — промежуточное между жидким и твердым. Топливо в таком виде обладает рядом существенных преимуществ: оно безопасно и удобно при транспортировке и хранении.

В зависимости от компонентного состава можно получать образцы с относительно высокими экологическими или энергетическими характеристиками процесса горения, в том числе за счет добавления мелкодисперсных частиц металла.

«В настоящее время в качестве горючей основы при изготовлении образцов гелеобразного топлива мы используем масла нефтяного происхождения, в том числе отработанные турбинные, трансформаторные и автомобильные масла. Способ их загущения реализуется на основе метода получения криогелей. Путем смешивания при определенных условиях мы получаем жидкие масляные эмульсии. После цикла замораживания и оттаивания эти эмульсии переходят в гелеобразное состояние», — говорит доцент Исследовательской школы физики высокоэнергетических процессов ТПУ Дмитрий Глушков.

Ученые провели эксперименты уже с 20 различными составами гелеобразного топлива. В лабораторных условиях они охлаждали их до -95 градусов Цельсия и инициировали процесс горения при различных условиях.

«Вопрос “как эффективно зажечь топливо?” актуален для всех конденсированных веществ. Гелеобразное топливо не исключение. И чтобы ответить на этот вопрос и создать теоретическую основу для разработки устройств инициирования его горения, нужно знать два принципиальных момента: какое количество энергии и с какой интенсивностью нужно подвести к топливу, чтобы последующий процесс экзотермического реагирования протекал устойчиво. Как раз эту фундаментальную задачу мы сейчас решаем в ходе цикла экспериментальных исследований в рамках выполнения проекта Российского научного фонда (18-13-00031)», — отмечает Дмитрий Глушков.

В дальнейшем исследователи планируют добавить в состав гелеобразного топлива мелкодисперсные частицы, например, металла, чтобы расширить спектр практического приложения таких топлив.