3.12.16Тригенерационная энерготехнологическая установка

Тригенерационная энерготехнологическая установка может размещаться на предприятиях, чья деятельность непосредственно связана с переработкой бемита (в этом случае тепло и получаемая из водорода электроэнергия являются побочными продуктами и используются для собственных нужд предприятия), для снабжения водородом технологических процессов промышленных предприятий, водородных заправок в регионах, где отсутствуют мощности по производству водорода другими способами, для снабжения электрической и тепловой энергией отдельных потребителей (при приемлемых затратах на доставку исходного сырья), а также (в варианте источника бесперебойного питания) — для обеспечения бесперебойного питания объектов. Основным преимуществом последнего варианта перед другими способами питания водородом мощных электрохимических генераторов является отсутствие необходимости перевозки и хранения больших объёмов водорода. Весь водород производится и потребляется в процессе работы источника бесперебойного питания. Низкая стоимость получаемого водорода по сравнению с другими методами (электролиз, реформинг углеводородов) достигается за счёт реализации побочного продукта реакции — нанокристаллического бемита.

При массовом использовании энерготехнологических установок должна быть создана инфраструктура для подвоза топлива и сбора продуктов реакции с их последующей рекуперацией, либо использованием в других технологиях. В рамках этой структуры также может быть создано производство по переработке бемита в корунд.

3.12.17Устройство для преобразования и накопления солнечной энергии

Устройство состоит из многокомпонентного фотоэлектрода (он может быть изготовлен на основе различных полупроводниковых материалов), нанопористых отрицательного и положительного электродов, пористого сепаратора, разделяющего положительный и отрицательный электроды, и электролита.

Сначала солнечный свет поглощается фотоэлектродом, в результате чего возбуждаются электронно-дырочные пары. Это стандартный процесс – поглощенный квант света переводит электрон на другой, более высокий, энергетический уровень, он становится свободным, а на его месте образуется свободная дырка. Дальше в фотоэлектроде происходит быстрое разделение электронов и дырок, что создает концентрации свободных фотоэлектронов и фотодырок. Фотоэлектроны переносятся в объем стенок пор нанопористого отрицательного электрода, а фотодырки по внешней цепи – в положительный электрод. При этом заряд избыточных электронов в стенках нанопор отрицательного электрода компенсируется зарядом концентрированных у поверхности стенок положительных ионов электролита.

В результате описанных процессов, на границе раздела «стенка нанопоры – электролит» по всей развитой поверхности отрицательного электрода образуется двойной электрический слой (EDL). По мере зарядного процесса фотогенерированные электроны накапливаются в его электрической емкости, что поляризует электрохимический потенциал отрицательного электрода в область отрицательных значений. А в положительном электроде аналогичным образом образуется двойной электрический слой из фотодырок и отрицательных ионов электролита. В качестве положительных электродов PES-фотоконденсаторов используются также различные пористые окислительно-восстановительные материалы. Во время заряда активный материал положительного электрода окисляется, а при разряде – восстанавливается.

Рис. 1. Конструкция и принцип работы PES-фотоконденсатора:

1 – Фотоэлектрод, 2 – Отрицательный электрод, 3 – Положительный электрод,

4 – Сепаратор, 5 – Электролит (в порах электродов и сепаратора).