Использование биогазовых ферм в сельском хозяйстве Текст научной статьи по специальности «Промышленные биотехнологии»

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 7/2019

После сравнения опытных данных по кинетическому взаимодействию углерода различных топлив с окислителями (О2 и СО2) в полулогарифмических координатах Аррениуса можно сделать вывод, что при повышении температуры линии зависимости логарифма константы скорости реакции от обратной температуры ^(к) = {(1/Т) пересекаются в некоторой точке, что позволяет сделать вывод о наличие некоторой условной точки - полюса. Ввод такой точки с координатами к*-Т* позволяет связать между собой энергию активации и предэкспоненциальный множитель в уравнении Аррениуса в виде

k = k * ■ exp

E ( ГЛ

1" T*

RT

V 1 у _

Основываясь на значениях координат полюса, можно связать энергию активации Е и ко , которая в общем виде записывается как

^ кш = А-10 "4 • Е1 + В

Уравнения, соответствующие данным из таблицы, имеют вид

^ к0г = 0,208 -10"4 • Ег +1 (8)

^ к0. = 0,237-10"4 • Е + 0,398 (9)

^ к0. = 0,418-10-4 • Е1 - 0,5 (10)

^ к01 = 0,2-10-4 • Е + 2. (11)

Значения констант для топочных температур, полученные в результате расчетов по разным формулам, довольно близки. В результате большого разброса экспериментальных точек относительно расчётных линий не всегда возможно отдать чёткое предпочтение ни одной из зависимостей. Сравнение экспериментальных данных различных исследователей приходит к выводу, что для одного и того же кокса существует определённая связь между энергиями активации реакций (1) и (2,3,4):

Ес+о2 ^со , , Ес+со2 ^со ~ ~ Ес+н о^со+н

е-=1Д ; =2,2 ; ~еТ—= 1,6. (12)

с+о2 ^со2 ^с+о2 ^со2 ^с+о2^со2

При отсутствии данных по кинетике всех реакций, зная энергию активации только одной реакции горения углерода кокса, можно получить константы остальных реакций: энергии активации по формулам (12), а предэкспоненциальный множитель - по формуле (11). Старые топлива (антрацит) характеризуются более высокой энергией активации.

© Бесчастная С.Д., Белоусов В.Н., 2019

УДК 620.95

Бианко Р.Д.

студент группы 419.2 Жигалов Н. А. студент группы 517 Высшая школа технологии и энергетики СПбГУПТД г. Санкт-Петербург, Российская Федерация

ИСПОЛЬЗОВАНИЕ БИОГАЗОВЫХ ФЕРМ В СЕЛЬСКОМ ХОЗЯЙСТВЕ

В данный момент времени по всему миру стараются довести до ума альтернативные источники

{ ■ }

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 7/2019

энергии, такие как: ветряные электростанции, солнечные электростанции, биогазовые установки и другие. Изучение получение биогаза из органических отходов было начато с 19 века. В 20 веке уже начинали использовать биогазовые фермы, где отходы скота загружали в герметичные емкости и получали биогаз.

В данный момент времени использование биогазовых установок используют для ферм, находящихся на плодородной земле в дали от органических месторождений топлива. К такому решению пришли, сравнивая биогазовые установки с другими альтернативными источниками энергии.

Солнечная энергетика может обеспечить нужды ферм, но работает она только в солнечный период времени, из-за чего понадобиться запасать энергию в больших количествах на ночь и на пасмурные дни. К тому же солнечные станции занимают большие площади, и могут влиять на климат на месте где расположены. А если говорить про фотоэлементы - полупроводниковые устройства предназначенных для преобразования солнечной энергии в электрическую, то производство таких элементов достаточно «грязное».

Ветроэнергетика на прямую зависит от месторасположения. Для нее так же нужны большие пространства и стабильный поток ветра. К тому же строительство ветряков рядом с живыми существами влияет на их здоровье. Но по сравнению с солнечной энергетикой, установка ветряков уже более целесообразна.

Использование традиционной энергетики затруднено при условии, что у нас нет рядом месторождения органического топлива. Транспортировать само топливо к ферме стоит больших затрат, что на автомобильном транспорте, что на железнодорожном. Передавать уже готовую электроэнергию по линиям электропередач возможно, но требует строительство самой линии электропередач. К тому же на расстояния более 6000 километров этот способ становиться неосуществим.

Биогазовые установки позволяют ферме вырабатывать биогаз на своей территории. Применение биогазовых технологий позволяет получать максимальную выгоду, путем получения пшена, сена, мяса, тепла и электричества, и безотходное производство. Получают биогаз благодаря бактериям гидролизным, кислотообразующим и метанообразующим. Питаясь продуктами жизнедеятельности друг друга эти бактерии позволяют получать биогаз из отходов жизнедеятельности. В 19 веке российский ученый Попов заметил, что отложения начинают выделять биогаз при температуре около 5-7 0С, а с увеличением температуры в 10 раз количество получаемого биогаза увеличивается, не меняя свой состав.

Состав биогаза варьируется и лежит в пределах: метан 40-70%; углекислый газ 30-55%; сероводород 0-3%; водород 0-1%; монооксид углерода 1-3%; другие негорючие газы 1-5%.

Рассчитаем теплоту сгорания биогаза с составом: метан 50 %; углекислый газ 39 %; сероводород 2 %; водород 1 %; монооксид углерода 3%; другие негорючие газы 5 %.

# = [^стн2п+2ССтн2п+2) + (1н2Сн2 + (1соСсо + Qн2sCн2s] Теплоту сгорания мы принимаем равной для: метана 35.85 МДж/м3; сероводород 23.4 МДж/м3; водород 10.8 МДж/м3; монооксид углерода 12.65 МДж/м3

Qt = 0.01[35.85 * 50 + 10.8* 1 + 12.65 * 3 + 23.4* 2] = 18.88 МДж/м3

Рассчитаем низшую теплоту сгорания природного газа с составом: метан 80%; Этан 10%; пропан 3%; бутан 1%; монооксид углерода 2%; углекислый газ 4%

Теплоту сгорания мы принимаем равной для: метана 35.85 МДж/м3; этан 63,8 МДж/м3; пропан 91,3 МДж/м3; бутан 123,8 МДж/м3; монооксид углерода 12.65 МДж/м3

Qt = 0,01[35,85 * 80 + 63,8 * 10 + 91,3 * 3 + 123,8 * 1 + 12,65 * 2] = 39,29 МДж/м3 Рассчитаем низшую теплоту сгорания коксового газа с составом: метана 25%; этан 2%; водород 58%; монооксид углерода 7%; углекислый газ 4%; азот 4%

Теплоту сгорания мы принимаем равной для:метана 35.85 МДж/м3; этан 63,8 МДж/м3; водород 10.8 МДж/м3; монооксид углерода 12.65 МДж/м3

Qf = 0,01[35,85 * 25 + 63,8 * 2 + 10,8 * 58 + 12,65 * 7] = 17,39 МДж/м3

По полученным низшим теплотам сгорания природного газа, коксового газа и биогаза, мы видим, что низшая теплота сгорания природного газа более чем в 2 раза выше чем биогаза или коксового газа. Из-за

СИМВОЛ НАУКИ ISSN 2410-700X № 7/2019

этого биогазовые технологии не получили очень широкого применения. Однако, биогаз целесообразен в местах где нет возможности пользоваться традиционным способом получения энергии. К тому же биогаз, по сравнению с коксовым газом имеет немного большую низшую теплоту сгорания и может стать циклом безотходного производства, к чему стоит стремиться, ведь запасы органического топлива ограниченны.

© Бианко Р.Д., Жигалов Н.А., 2019

УДК 621.354

М. А. Бураков,

студент 2-го курса магистратуры ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова,

г. Новочеркасск, РФ Е - mail: pcmaker.1@yandex.ru М. С. Липкин, д. т. н., ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова, Е - mail: lipkin@yandex.ru А. В. Семенкова,

студентка 1-го курса магистратуры ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова

г. Новочеркасск, РФ Е - mail: semenkovaanastasiy@mail.ru А.Г. Писарева

студентка 1-го курса магистратуры ЮРГПУ(НПИ) имени М.И. Платова

г. Новочеркасск, РФ Е - mail: nyuta_golovina@mail.ru

ВЛИЯНИЕ ПОДЖИМА ЭЛЕКТРОДА НА ПОВЕДЕНИЕ ОЛОВЯННОГО АНОДНОГО МАТЕРИАЛА ЛИТИЙ-ИОННОГО АККУМУЛЯТОРА

Аннотация

В работе исследовано поведение оловянного анода при различных режимах сборки электродов. Показаны результаты измерений циклической вольтамперометрии и гальваностатических циклирований. Установлено, что электрод с фиксированием обладает большей обратимой удельной емкостью из-за плотного межзеренного контакта, чем электрод без поджима.

Ключевые слова: олово, анодный материал, циклическая вольтамперометрия.

Порошки олова являются перспективным материалом для применения в анодах литий-ионных аккумуляторах благодаря высокой теоретической способности. В зависимости от типа образовавшейся интерметаллида удельная емкость может изменяться примерно до 994 мАч/г, что соответствует соединению Li22Sn5.

Основной проблемой при разработке оловянных анодов является большое изменение объема, составляющее до 320 % [1]. Чрезмерное изменение объема, приводит к ухудшению качества анода. Интерметаллиды Li-Sn являются хрупкими и легко измельчаются в результате большого изменения объема, приводящего к потере электронного контакта между зернами и между зернами и токосъемником [2]. Это стало основной проблемой при коммерциализации анодов на основе олова, и во всем мире предпринимаются усилия по поиску решений для преодоления этого ограничения [3].

Гальваностатическое циклирование электродов с различным режимом фиксации электрода показывает низкие удельные разрядные емкости у электродов без поджима и высокие удельные разрядные