Совет по химии Учебно-методического объединения по классическому университетскому образованию.

Примерная программа дисциплины
"Химическая энергетика"

Современные мировые тенденции роста энергопотребления. Вклад различных первичных энергоресурсов в энергетику; доминирование ископаемого органического топлива. Энергетика как основной источник техногенного воздействия на природную среду; нарушение кругооборота углерода и кислорода в природе и негативные последствия для климата и биологического равновесия. Альтернативные пути развития энергетики; первостепенное значение повышения эффективности использования энергоресурсов.

Эксергетический метод оценки качества различных видов энергии и анализа термодинамической эффективности технологических процессов. Эксергия тепловой энергии и материальных потоков. Выражение потенциальной работоспособности технологической системы через функцию эксергия. Ранжирование потерь эксергии первичных источников энергии в различных отраслях экономики. Общие принципы снижения потерь эксергии в химических, электрохимических, тепловых и механических процессах.

Принципы работы топливных энергоустановок. Резервы повышения эксергетического к.п.д. установок. Эффективность каталитической пароуглекислотной конверсии топлива. Химическая регенерация теплоты отходящих газов. Экологически чистые схемы преобразования энергии топлива.

Оптимизация подвода (отвода) теплоты при проведении обратимых экзо- и эндотермических химических реакций на химических производствах. Термодинамика процессов разделения веществ. Термодинамические принципы подбора селективных адсорбентов и абсорбентов. Оптимизация инфраструктуры потоков теплоносителей в технологических схемах химических производств. Термодинамическая эффективность процессов теплообмена.

Природный газ, нефть и уголь - основные виды сырья для производства топлив различного назначения; представления об их химическом составе. Технологии для повышения нефтеотдачи скважин и устранения газогидратных пробок. Переработка природного газа и нефти в котельные топлива. Производство бензина и дизельного топлива, современные требования к ним, включая экологические. Роль каталитических процессов (гидроочистки, риформинга, крекинга, алкилирования и изомеризации) в получении высококачественных моторных и авиационных топлив. Использование в качестве моторного топлива. Получение синтез-газа и различных энергоносителей на его основе. Физико-химические основы преобразования энергии топлива в двигателях внутреннего сгорания. Способы очистки продуктов сгорания котельных и моторных топлив от токсичных компонентов.

Основные химические процессы, связанные с получением моторных топлив. Переработка нефти, газа, угля и других горючих ископаемых в различные моторные топлива. Каталитические процессы крекинга и реформинга углеводородов. Получение синтез-газа и различных энергоносителей на его основе. Физико-химические основы преобразования энергии топлива в двигателях внутреннего сгорания. Химические методы улучшения эксплуатационных характеристик топлива. Каталитическая нейтрализация выхлопных газов двигателей. Новые технологии для повышения эффективности использования существующих источников сырья (химические способы увеличения нефтеотдачи скважин, утилизации отходов катализаторов нефтеперерабатывающих заводов, устранения газогидратных пробок в магистральных газопроводах). Основы гибких технологических процессов переработки сырьевых ресурсов.

Производство жидкого и газообразного топлив утилизацией органических отходов животноводства и растениеводства, переработки сельскохозяйственного сырья, лесной и деревообрабатывающей промышленности. Химическая энергетика и биотехнология.

Принципы прямого преобразования энергии химических реакций в электрическую энергию в химических источниках тока (ХИТ). Важнейшие характеристики ХИТ. Термодинамика ХИТ. Кинетика энергообразующих процессов и материалы электродов ХИТ. Электрохимическая конверсия топлива.

Основные типы ХИТ: первичные (гальванические) элементы, аккумуляторы, топливные элементы. Принципы конструирования ХИТ. Пористые системы. Электролиты ХИТ (водные, неводные, твердые, расплавленные). Крупномасштабное электрохимическое аккумулирование энергии. Электрохимические энергоустановки и электростанции.

Вопросы эксплуатации ХИТ и области практического применения. Моделирование и пути оптимизации ХИТ. Саморазряд и другие деградационные явления.

Электрохимические конденсаторы как системы для хранения энергии. Материалы для двойнослойных и интеркаляционных конденсаторных систем.

Принципы использования химических энергоносителей в системах преобразования и аккумулирования ядерной, солнечной и др. видов энергии. Термоэлектрохимические циклы. Основные типы и принципы функционировния. Концепция водородной энергетики. Водородаккумулирующие материалы и принципы их оптимизации.

Фотохимическое и фотоэлектрохимическое преобразование солнечной энергии. Процессы в полупроводниковых фотоэлектрохимических элементах. Фотоэлектролиз, электрохимические и комбинированные системы для преобразования солнечной энергии в химическую и электрическую.

Взаимосвязь прогресса в химической энергетике с разработкой новых функциональных материалов: жаропрочных материалов, катализаторов, электродных материалов, электролитов, мембран, селективных адсорбентов и абсорбентов и др.

Дополнительная