Ūdeņraža enerģētikas materiālu un ierīču pētījumi LU Cietvielu ...

Kas ir gāzes akumulators(degšūna, fuel cell)LU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 20135 W (10 šūnas) 15 W (25 šūnas) 3 MW FC elektrostacija

Kas pēta ūdeņradi Latvijā? Īsā vēsture 1Ernests Johans Bīnemanis 1786.g. - ar ūdeņradipildīts gaisa balons pie Jelgavas (Mitau)LU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013Teodors Grothuss 1806.g. – ūdens elektrolīzes pamati;1817.g. – fotoķīmijas 1. likums (Jelgava, Geduču muiža;18.-19. gs.Vihelms Ostvalds (RPI) – 1893.g. izskaidroja FCdarbību;Fricis Gulbis (LU) – 1929.g. pozitīvās elektrības emisijano Pd20.gs.Andrejs Dravnieks (ASV) – 1960os.g. strādāja piecirkonija fosfāta membrānu degvielas šūnām;Prof. Lidijas Liepiņas laboratorija NĶI – 1950.-1960.g.pēta metālhidrīdus, MgH x - A. Lokenbaha, V. Breicis,vēlāk U.Korsaks, V.Žilinskis, M.Tiltiņš. L.Liepiņaformulēja metālu korozijas likumu – korozija notiek,veidojoties metālu hidrīdiem.

Kas pēta ūdeņradi Latvijā? Īsā vēsture 2Gunārs Slaidiņš – 1960ajos g. pētīja protonu difūzija niķeļaoksīdos Frumkina EĶ institūtā Maskavā; pēc LU Ķīmijasfakultātes LU CFI nodibin 29. zinātniskā (1964.g.) konference, kā dekāns 20.-22. iesaistīja februāris, ūdeņraža marts, 2013 unlitija bateriju pētījumos Andri Sprici, Andri Actiņu, Aldi Zekundi,Sigurdu Takeri.Andrejs Lūsis, Jānis Kļaviņš – 1970. g. sākums – elektrohromomateriālu un ierīču pētniecība LUDisertācijas par ūdeņraža u.c. Krāsu centriem elektrohromajosmateriālos un stiklos aizstāv Jānis Kļaviņš, Jānis Pinnis, JurisLagzdons, Juris Purāns, Jānis Kleperis, Jevgēnijs Gabrusenoks,Pēteris Cikmačs, Gunārs Bajārs, Andris Āzens, Guntars Vaivarsu.c.Sigurds Takeris, Jānis Kleperis – ūdeņraža difūzijas metālāoptiskā noteikšanas metode (1984.g.), metāla trauslums...Āris Veispāls, Jānis Kleperis – 1984.g. Ti x WO 3 fotoelektrodsūdeņraža fotoelektrolīzei20.gs.

Kas pēta ūdeņradi Latvijā šodien?Valsts pētījumu programma Nr.1 „Enerģija un Vide”; 4. projekts “„ 2010-2013.Ūdeņraža iegūšanas, uzglabāšanas un enerģijas atbrīvošanasmetožu izpēte un prototipu izstrāde pielietojumiemLU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013tautsaimniecībā”; arī 3., 5. un 6. projektos (LU CFI, LU BF, LU EVF,LU ĶF, RTU IEEI, FEI, NĶI, FI, KĶI)Latvijas Zinātnes padomes grants No. 09.1195 “Protonus vadošupolimēru un keramikas membrānu, un tām atbilstošu katalizatorumeklējumi ūdeņraža atdalīšanai” (LU CFI, LU ĶF)2010-2012ERAF projekts „Jauna tehnoloģija bioūdeņraža ieguvei unatdalīšanai anaerobās fermentācijas procesā”, No.2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/132 (BUFPI, LLU, LU CFI)ERAF projekts „Jauna tehnoloģija kalcija karbonāta un bioūdeņražaieguvei biomasas reakcijā ar sārmu”, No.2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/095 (BUFPI, LLU, LU CFI)ERAF projekts “ Vēja un ūdeņraža elektroapgādes autonomasistēma”No. 2010/0188/2DP/2.1.1.1.0/10/APIA/VIAA/031 (RTUIEEI, FEI, LU CFI)2011-20132011-20132011-2013

Ūdeņraža enerģētikas materiālu laboratorijaLU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013FizikaĶīmijaBioloģijaEnerģētikaElektrotehnikaEkonomika

Pētniecības virzieni:1) Ūdeņraža iegūšana: elektrodu procesu pētījumi ūdens elektrolīzē;biomasas gazifikācija; LU CFI 29. zinātniskā biomasas konference, fermentācija; 20.-22. februāris, marts, fotoelektrolīze;2013dabas gāzes u.c. ogļūdeņražu reformācija;2) Ūdeņraža uzglabāšana: cietā tilpumā (nanoporainas ceolītustruktūras, metālhidrīdu/oksīdu, ogles materiālu kompozīti;metālhidrīdu konteineri);3) Ūdeņraža izmantošana - katalītiska sadedzināšanaelektrības/siltuma iegūšanai kurināmā elementā; sadedzināšanaiekšdedzes dzinējos;4) Ūdeņraža tehnoloģiju dzīves cikla izvērtēšana stacionāriem unmobiliem pielietojumiem ar perspektīvu demonstrācijas projektarealizācijai Latvijā.

Ūdeņraža iegūšana: ūdens elektrolīze ar impulsiemMārtiņš VanagsLīdzstrāvas elektrolīzē spriegumu,kas jāpieliek šūnai, lai notiktureakcija, nosaka ūdenstermodinamiskās konstantes:LU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013E atg∆H− T∆S∆G56,690= E atg= = = 1, 23VnFnF 2(23,074)Spriegums reālos elektrolīzeros:∆HE thrmo= = 1, 48VnF

Ūdeņraža iegūšana uz vietas tiešai izmantošanaiMārtiņš Vanags, Vladimirs ŅemcevsŪdens elektrolīzes gāzu padeves shēma automašīnas iekšdedzes dzinējā:LU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013Zemtemperatūras plazmas reaktors sadegšanas procesu uzlabošanai:

Ūdeņraža iegūšana biomasas fermentācijāIlze Dimanta, Artūrs Gruduls:Bioreaktora prototips eksperimentālu pētījumu veikšanai ar H 2 un CH 4producentiem:LU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013

Ūdeņraža iegūšana foto-elektrolīzes ceļāLU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013Foto-elektrolīzes šūna ūdenssadalīšanai ar Fe 3 O 4 nanokristāliem

Ūdeņraža uzglabāšanas cietā fāzē risinājumiLīga Grīnberga, Pēteris Lesničenoks – Kā apliecina TGA dati,absorbētais un desorbētais ūdeņraža daudzums ir lielāks paraugiem arLU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013stikluXRD grafikā pīķu nobīde uzrāda, ka paraugam ar stiklu šūnas tilpums irlielāks nekā paraugam bez stikla, kas liecina par gamma fāzes veidošanosun attiecīgi materiāla dziļāku bagātināšanos ar ūdeņradi.Borsilikātstikls stiklsAB 5 tipa sakausējums 7-10Aprēķini rāda, ka izmantojot mūsu atklātokompozītu metālhidrīda degvielas tvertnē, pietā paša uzkrātā ūdeņraža daudzuma (vieglajaimašīnai 4 kg), ir iespējams samazināttvertnes svaru par 8-12% jeb 30-40 kg.

Ūdeņradi/elektronus vadoša membrānaGuntars Vaivars, Jūlija HodakovskaŪdeņraža degvielas šūnas membrānu un elektrodu-membrānu sistēmu varuzlabot, sintezējot membrānu, kurai tilpumā ir tikai protonu vadītspēja, un pieLU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013virsmas - protonu - elektronu vadītspēja. Veikti tādu kompozītu membrānusintēzes procesi un pētītas īpašības:SPEEK un anilīns izmantoti kā izejvielas protonus un elektronus vadošāmmembrānām attiecīgi. Ja SPEEK polimērs veido membrānas tilpumu ar labu protonuvadāmību, tad virsma tiek pārklāta ar kompozīta SPEEK+PANI polimēru. Tam irmazāka protonu vadāmība, toties piemīt arī elektronu vadāmība, kas ir būtiski,pievienojot katalizatoru (metālu) šim slānim – degvielas (H 2 ) katalīze notiek ne tikai uzmembrānas virsmas, bet nelielā tās virsmas tilpuma daļā (intensīvāks process).SO 3 HSO 3 HSO 3 HHO 3 SSO 3 HHO 3 SSO 3 HHO 3 SSO 3 HSO 3 HNR 2 H O 3 S SO 2 SO 2

Laboratorijas turpmākie darbības virzieni:a) Lielas aktīvās virsmas materiālu aktivācija, sintēze, pētniecībaūdeņraža saistīšanai adsorbcijas procesā istabas temperatūrās;membrānas ūdeņraža atdalīšanai dažādos gazifikācijas procesos;LU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013b) Ūdeņraža un metāna ieguve fermentācijas procesā - pētniecība unadaptācija lokāliem biomasas resursiem; atmosfēras CO 2 saistīšana;c) Zem-temperatūras plazmas izlādes procesu pētījumi gāzu (ūdens)sadalīšanā un pārveidošanā pielietojumiem smaku neitralizēšanai,šķidrumu pārvēršanai gāzveida degvielā, sadegšanas procesuoptimizācijai;d) Ūdens sadalīšanas iespēju pētījumi impulsu elektrolīzē, kavitācijasprocesā, mikrokapilāros, skaņas, gaismas magnētiskā/elektriskālauku, katalizatoru klātbūtnē;e) Jaunu nanostrukturētu materiālu sintēze (TiO 2 , ferīti)pielietojumiem vēja, saules enerģijas savākšanā.

Laboratorijas sadarbība 2013.g. ar LU citām fakultātēm,citiem institūtiem, Latvijas Ūdeņraža asociāciju:a) Ūdeņraža tehnoloģiju LU CFI 29. un zinātniskā ekonomikas konference, izskaidrošana 20.-22. februāris, marts, studentiem,2013skolniekiem, politiķiem, komersantiem;b) Dzīves cikla izvērtēšana stacionāriem pielietojumiem (ūdeņražaiegūšanai no dabas gāzes, biomasas fermentācijas/gazifikācijas)elektrības un siltuma/aukstuma ražošanai, H 2 priekš DUS;c) Dzīves cikla izvērtēšana mobiliem pielietojumiem gan iekšdedzesdzinējos (pārejas periods – fosilās degvielas (dabas gāze) unūdeņraža maisījums), gan elektriskās-ūdeņraža automašīnās;d) Pētījumi kombinētām tehnoloģijām atjaunojamo energoresursusaražoto elektrības pīķu efektīvai izmantošanai (vējš + saule +biomasa + ūdens + ūdeņradis).

Paldies par uzmanību!LU CFI 29. zinātniskā konference, 20.-22. februāris, marts, 2013Pateicība Valsts pētījumu programmaiLATENERGI