Новые разработки ученых в сфере топливно-энергетического комплекса отличаются инновационными решениями, уникальными методами, заложенными в основу, передовыми технологиями.

Самарские ученые предложили новую технологию переработки тяжелой нефти и нефтяных остатков, которая требует меньших энергозатрат.
Авторы разработки объясняют, что для сокращения энергозатрат по сравнению с традиционными способами достаточно использовать катализатор переноса водорода. Дорогостоящие катализаторы, ныне применяемые при переработке тяжелой нефти в моторные топлива, повышают скорость реакций и требуют жестких технологических условий – высокого давления газообразного водорода и повышенной температуры. Чтобы решить данные проблемы, ученые модернизировали термический процесс переработки гудрона введением в систему отхода производства – отработанного катализатора процесса гидроочистки, который ежегодно образуется на нефтеперерабатывающих предприятиях в значительном количестве.

Кроме того, предложено заменить газообразный водород промышленной нефтяной фракцией гидрированного легкого газойля каталитического крекинга, которая также способна выполнять роль растворителя. Это поможет снизить рабочее давление процесса, увеличить выход светлых фракций – моторных топлив, повысив тем самым глубину переработки нефти.

Исследователи уже испытали технологию с различными донорами водорода на разных видах сырья (гудроны, мазуты) и получили положительный эффект применения.

Компания «ИнноПлазмаТех» разработала инновационную технологию создания углеродных материалов будущего.
Используя реакторный графит марки ГР-280, специалисты компании получили технические режимы формирования графена, тонких пленок и кластеров, применимых в наноэлектронике, квантовых компьютерах, производстве изотопных объектов с углеродом-14. Технология имеет стратегическое значение для развития космической отрасли и освоения Арктики.

Проект имеет стратегическое значение для обеспечения технологического суверенитета России, объединяя экологическую безопасность атомной энергетики с созданием материалов, не имеющих аналогов на рынке.

«Применение принципов ионно-плазменной технологии в материаловедении открыло перспективное направление по синтезу углеродных наноструктур из природного и облученного графита. В части нерадиационного материаловедения использование таких материалов имеет широкий диапазон от промышленности и авиации до квантовых «спиновых» двоичных компьютеров, которые, в отличие от пресловутых кубитов, смогут взять на себя все традиционные вычислительные задачи привычных электронных вычислительных машин, но при этом на много быстродействующих. Полученные графитовые кластеры и тонкие слои графита могут стать базой создания «умных» материалов: от радиопоглощающих покрытий «стелс» до сверхпрочных композитов для лайнеров МС-21 и Superjet. Развитие углеродной наноэлектроники и квантовых систем дает России шанс на прорыв в «пост-кремниевую» эру и достижение технологического суверенитета. Стратегическим этапом развития проекта должен стать переход к работе с радиоактивными средами в тесной интеграции с ГК «Росатом». Технология уже защищена совместными патентами с Госкорпорацией и АО «Концерн Росэнергоатом», а запуск международного патентования подтверждает её глобальную конкурентоспособность. Мы подали заявку на конкурс аванпроектов в ГК «Росатом» и рассчитываем, что поддержка нашей технологии станет катализатором для перехода к практической фазе сотрудничества», - рассказала Анна Петровская, к.ф.-м.н., генеральный директор ООО «ИнноПлазмаТех».

Ученые Пермского национального исследовательского политехнического университета создали уникальную методику прогнозирования скрытых дефектов в полимерных трубопроводах.
Современные трубы из армированного пластика (ПАТ) – это многослойные конструкции, похожие на «сэндвич»: их внутренний и внешний слой сделан из особо прочного пластика, который не может заржаветь, а между ними находится силовой каркас из тончайших, но невероятно крепких стеклянных нитей — стекловолокна. Именно они, уложенные в несколько плотных слоев, и принимают на себя основную нагрузку, обеспечивая прочность. Такая конструкция делает трубы легкими, стойкими к коррозии и потенциально более долговечными, чем стальные. Если вторые в агрессивных средах служат 10–15 лет, то полимерные армированные рассчитаны на 30–50 и более лет.
Благодаря этим преимуществам технология набирает популярность. В мире подобные изделия наиболее распространены в США, Канаде и на Ближнем Востоке. В России их внедрение также активно развивается, и согласно данным, к 2030 году строительство трубопроводов из ПАТ в стране увеличится более чем в два раза.

Однако у данной технологии есть неочевидная проблема — ее практически невозможно полноценно проверить. Дело в том, что главные угрозы для армированного пластика невидимы: это могут быть непроклеенные участки между слоями, неравномерное распределение стекловолокна или микротрещины в самом пластике. Обычными методами, которые работают для металла, эти дефекты не обнаружить. Получается, что труба может выглядеть абсолютно целой и новой, но при постоянной нагрузке под давлением слабое место внутри нее может привести к расслоению или разрыву. И на сегодня в России и мире не существует эффективных методов диагностики такого типа скрытых угроз в ПАТ, что ставит под вопрос их повсеместное безопасное внедрение.

Следовательно, для обеспечения безопасности необходимо не искать дефекты в готовой трубе, а научиться заранее предсказывать и предотвращать их появление.
Решение предложили ученые Пермского Политеха. Они разработали специальную компьютерную программу, которая не ищет дефекты в уже изготовленных трубах, а заранее прогнозирует, появятся ли они. Эта система способна смоделировать виртуальную копию будущей трубы и точно рассчитать, возникнут ли в ней опасные напряжения, где и при каких условиях.

«Работа алгоритма разбита на три шага, которые соответствуют этапам реального производства. На первой стадии инженеры вводят в систему все исходные данные из проекта разработки: значения будущей трубы — содержание стекловолокна от 10% до 65%, угол укладки волокон и количество слоев (например, 2, 4 или 7), свойства связующего вещества — его эластичность и усадку при отверждении, а также технологическую температуру процесса. На основе этих параметров программа рассчитывает фундаментальные технические показатели будущей трубы — ее прочность, жесткость или упругость, а также поведение при растяжении, сжатии или нагреве», — рассказала Ляйсан Сахабутдинова, доцент кафедры «Вычислительная математика, механика и биомеханика», кандидат технических наук.

Далее программа начинает послойно, как конструктор, собирать трубу с заданными параметрами, рассчитывая те самые опасные внутренние напряжения, которые могут остаться в материале после производства.

Затем, на завершающей стадии, трубу проверяют на прочность. На нее подают такое же давление, как в реальном нефтепроводе. Алгоритм анализирует поведение материала в реальных условиях с учетом остаточных технологических напряжений. Для точного расчета компьютер разбивает трубу на миллионы мелких частей и проверяет, что происходит с каждой из них под нагрузкой. Путем такого моделирования различных конструкций ученые выяснили, например, что в трубе с семью слоями армирования напряжения гораздо опаснее, чем в двухслойной.

Другая новация ПНИПУ - модель, которая с точностью 99,5% предсказывает появление ледяных пробок в газопроводах с сероводородом.
При добыче и транспортировке природного газа в трубах образуются гидраты — твердые кристаллические соединения, напоминающие лед. Они накапливаются на стенках, перекрывают трубопровод, что приводит к остановке добычи и миллиардным убыткам. Решение предложили ученые Пермского Политеха: они впервые в России экспериментально изучили поведение гидратов в присутствии сероводорода и создали математическую модель, прогнозирующую их образование с точностью более 99,5%. Разработка позволит предотвращать аварии, экономнее использовать дорогостоящие химические реагенты для борьбы с гидратами и безопасно разрабатывать месторождения с «кислым» газом в сложных условиях Арктики и на морских шельфах.

Специалисты создали герметичную лабораторную установку с реактором высокого давления и системой поддержания температуры, позволяющую безопасно работать с сероводородом. Это дало возможность впервые в России детально изучить поведение гидратов в «кислой» среде.

Применив метод пошагового нагрева, исследователи точно зафиксировали, при каких давлении и температуре гидраты образуются и разрушаются в газовой смеси метана и сероводорода. Эксперименты охватили диапазон от +9 до +15°C и от 56 до 122 атмосфер — именно такие условия характерны для реальных газопроводов. Например, при +15°C гидраты образуются при давлении 122 атмосферы, а при +9°C — уже при 56 атмосферах.

Разработанная математическая модель обеспечивает рекордную точность: погрешность составляет менее 0,5%. Для сравнения: стандартные расчетные методы, созданные для обычного газа, при работе с сероводородом могут давать отклонения до 7–8%. Это означает, что инженеры, полагающиеся на них, рискуют либо не заметить опасность образования гидратов, либо перестраховаться и увеличить затраты на борьбу с ними. Новая модель позволяет рассчитывать безопасные режимы для кислых газов с высокой надежностью.

Для предотвращения образования гидратов в газопроводах используют специальные химические вещества — ингибиторы. Они замедляют рост кристаллов или не дают им слипаться в крупные пробки, позволяя газу беспрепятственно проходить по трубам даже в условиях низких температур и высокого давления. Однако традиционные ингибиторы теряют эффективность в присутствии сероводорода, который вступает с ними в реакцию и снижает их защитные свойства.

Участник Сколково - компания РУБРУКС – познакомила с первым российским отечественным модулем на натрий-ионных аккумуляторах.
Модуль выполнен с использованием запатентованной технологии терморегулирования и предназначен для применения в транспорте, энергетике и промышленной технике.
Одним из ключевых отличий HVBS-360-50 является сочетание натрий-ионных элементов нового поколения и отечественной электроники: в системе контроля и управления батареей (BMS) используются микроконтроллеры НИИЭТ ГК «ЭЛЕМЕНТ». Такая архитектура повышает устойчивость цепочек поставок и расширяет возможности импортозамещения в условиях нестабильности мирового рынка и дефицита лития.

Модуль имеет номинальное напряжение 360 В, энергоемкость 18 кВтч, рабочий температурный диапазон −40…+50 °C и рассчитан на несколько тысяч циклов заряд/разряд. Решение является развитием линейки батарейных модулей РУБРУКС с использованием запатентованной технологии монтажа и терморегулирования аккумуляторов.
Натрий-ионные аккумуляторы сохраняют высокую емкость при температурах порядка −30 °C, когда большинство литий-ионных батарей заметно теряют эффективность. Современные Na-ion элементы выдерживают тысячи циклов без существенной деградации и менее склонны к тепловому разгону. Технология опирается на широко распространенный натрий и не требует кобальта и никеля, что потенциально снижает стоимость батарей и зависимость от дефицитных материалов, а также повышает устойчивость поставок.

Модуль HVBS-360-50 рассчитан на использование в электромобилях и гибридах, коммунальной, аэродромной и промышленной технике, системах хранения энергии (ESS), сетевых накопителях и автономных энергетических комплексах, а также в гибридных установках и резервных источниках питания.

На данный момент первые опытные образцы проходят стендовые испытания, а климатические тесты при низких температурах уже показали результаты, подтверждающие преимущества натрий-ионной технологии.

«Проект опирается на два принципиальных решения: натрий-ионная технология и использование отечественной электроники в системе управления батареей. Поддержка «Сколково» помогла перейти к практической отработке: в 2024 году компания получила микрогранты общим размером свыше 1 млн рублей, включая грант на создание опытного образца. Испытания показали эффективность батарейного модуля, и следующим шагом станет расширение линейки HVBS и разработка новых конфигураций», − рассказал Антон Скибин, руководитель направления энергетика Фонда «Сколково» (Группа ВЭБ.РФ).

В дальнейшем разработчик планирует расширять линейку натрий-ионных решений — как высоковольтных модулей для транспорта, гибридов и ESS, так и низковольтных модулей для погрузчиков, гольфкаров и специализированных электрокаров.