Многофакторный анализ эффективности технологических процессов производства водорода тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 00.00.00, кандидат наук Казаринов Артем Витальевич

• Казаринов Артем Витальевич
• кандидат наук
• 2025

Оглавление диссертации кандидат наук Казаринов Артем Витальевич

ВВЕДЕНИЕ

1 Обоснование выбора процесса пиролиза метана как объекта исследования

1.1 Современные технологии производства водорода и их актуальность

1.1.1 Электролизные технологии

1.1.2 Альтернативные неэлектролизные технологии

1.2 Обзор мировых низкоуглеродных водородных проектов

1.2.1 Методология систематизации и анализа информации

1.2.2 Классификация проектов по основным характеристикам

1.2.3 Классификация проектов по технологиям производства водорода

1.3 Критерии и основания выбора технологии пиролиза метана как объекта исследования

1.4 Выводы по первой главе

2 Системный анализ технологии пиролиза метана

2.1 Систематизация данных о технологии пиролиза метана

2.1.1 Физико-химические и технологические основы пиролиза метана

2.1.2 Способы реализации процессов пиролиза метана

2.1.3 Основные параметры технологических режимов пиролиза метана

2.1.4 Процесс пиролиза метана как объект системного анализа

2.2 Постановка задачи системного анализа процесса пиролиза метана

2.3 Статистический анализ данных

2.3.1 Исходные данные и выбор параметров для DEA-анализа

2.3.2 Методика статистического анализа данных

2.3.3 Результаты статистического анализа

2.4 Разработка методики системного анализа процессов пиролиза метана

2.5 Выводы по второй главе

3 Многофакторный анализ эффективности и оптимизация технологии каталитического пиролиза метана

3.1 Обоснование выбора метода DEA

3.2 Содержательная постановка задачи многофакторной оценки эффективности процесса пиролиза

3.3 Разработка алгоритма многофакторной оценки эффективности процесса пиролиза на основе метода DEA

3.3.1 Постановка задачи DEA-анализа

3.3.2 Сравнительный анализ моделей DEA

3.3.3 Алгоритм многофакторной оценки эффективности процессов пиролиза метана

3.4 Многофакторный сравнительный анализ

3.4.1 Экспериментальные данные для проведения анализа

3.4.2 Многофакторный сравнительный анализ эффективности технологий газофазного и жидкометаллического пиролиза

3.4.2.1 Анализ общей эффективности технологий газофазного и жидкометаллического пиролиза по полной выборке

3.4.2.2 Анализ общей эффективности технологий газофазного и жидкометаллического пиролиза при применении лучших катализаторов

3.4.3 Многофакторный анализ режимов пиролиза в ГФ среде

3.4.3.1 Анализ состава, условий приготовления и работы катализатора

3.4.3.2 Анализ расхода метана для ГФ пиролиза при постоянном размере реактора

3.4.4 Многофакторный анализ масштабных свойств процесса газофазного пиролиза

3.4.5 Применение модели SBM для построения матрицы принятия решений

3.4.6 Многофакторный анализ потенциала совершенствования ЖМР

3.5 Оценка экономической эффективности экспериментов газофазного пиролиза метана

3.6 Выводы по третьей главе

4 Разработка ПО для многофакторного сравнительного анализа исследуемых процессов

4.1 Цели разработки, области применения и ограничения ПО

4.2 Этапы разработки программного обеспечения

4.3 Средства разработки и функции основных модулей

4.4 СППР для анализа каталитического пиролиза метана

4.5 Выводы по четвертой главе

Заключение

Список литературы

Приложение - акты внедрения

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Многофакторный анализ эффективности технологических процессов производства водорода»

ВВЕДЕНИЕ

Актуальность темы исследования. Изменение климата и связанные с использованием ископаемого топлива экологические проблемы обусловливают необходимость поиска устойчивых и чистых источников энергии, среди которых водород рассматривается как один из наиболее перспективных энергоносителей. В РФ сформирована нормативная база, определяющая стратегические ориентиры по переходу к низкоуглеродным технологиям производства водорода (распоряжения Правительства РФ № 2162-р от 12.08.2021 «Концепция развития водородной энергетики до 2035 года»; № 908-р от 12.04.2025 «Об утверждении энергетической стратегии РФ до 2050 года»; № 3052-р от 29.10.2021 «Стратегия социально-экономического развития с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года»).

В этом контексте особый интерес представляет каталитический пиролиз метана - процесс термокаталитического разложения метана на водород и твёрдый углерод, протекающий без прямых выбросов СОг, с относительно низким энергопотреблением и возможностью получения ценных углеродных побочных продуктов. Несмотря на очевидные энергетические, экологические и экономические преимущества, уровень технологической готовности и внедрения пиролиза метана пока значительно уступает как традиционным, так и новым технологиям производства водорода.

Таким образом, технология каталитического пиролиза метана является приоритетным объектом исследований в области низкоуглеродной водородной энергетики. Сложный многофакторный характер процесса требует применения методов системного анализа, а его промышленное внедрение сдерживается отсутствием научно обоснованных критериев выбора эффективных режимов, состава катализаторов и рациональных конструктивных решений. Разработка методики системного анализа и формализованной процедуры сравнительной оценки эффективности режимов представляет собой актуальную научную задачу,

решение которой позволит перейти от лабораторных исследований к оптимизации и масштабированию процессов пиролиза для промышленного применения.

Степень разработанности темы исследования. Анализ отечественных и зарубежных научных публикаций и отчетов показывает устойчивый рост интереса к технологиям производства низкоуглеродного водорода. В работах Кудинова И.В., Долгих В.Д., Крюкова Ю.А., Виноградова Н.А., Новикова В.А., Пименова А.А. изучаются термодинамические и кинетические особенности процессов пиролиза, способы повышения энергоэффективности и предотвращения углеродных отложений. В работах M.J. Cao, S.D. Li, L.F. Nie, Y.F. Chen изучается широкий спектр типов реакторов, катализаторов и методов подвода энергии J. Prabowo, L. Lai, B. Chivers, D. Burke, A.H. Dinh, L. Ye, Y. Wang, Li Wei, Y. Chen отмечают, что, при наличии отдельных преимуществ, пиролиз не достиг уровня технологической готовности, сопоставимого с паровой конверсией метана, и определяют направление дальнейших исследований.

Публикации научных исследований во многих странах демонстрируют устойчивую тенденцию к развитию пиролиза метана. В России разработки ведутся в ПАО «Газпром» и академических коллективах (в частности, в СамГТУ), что подтверждает высокий интерес к тематике и перспективы масштабирования технологии.

С научной точки зрения особую значимость приобретает оценка эффективности, перспектив масштабирования и выбор направлений совершенствования технологий пиролиза метана. Несмотря на рост числа работ по отдельным аспектам, наблюдается дефицит системных исследований с учётом совокупного влияния технологических, энергетических, экономических и экологических факторов. Отсутствие воспроизводимых многофакторных методик комплексной оценки вариантов реализации процесса в различных реакционных средах подтверждает актуальность и научную новизну задач диссертации.

Объект исследования: процессы и технологические схемы получения водорода методом пиролиза метана в различных реакционных средах (газофазной, жидкометаллической), реализуемые в лабораторных условиях.

Предмет исследования - эффективность технологических режимов процессов пиролиза, а также методы системного анализа и DEA-оценки для их количественного сравнения, определения направлений совершенствования и условий масштабирования.

Цель диссертационной работы состоит в повышении эффективности промышленного производства водорода за счёт применения системных подходов к анализу и масштабированию технологий каталитического пиролиза метана в газовой фазе и жидких металлах.

Основной задачей диссертационного исследования является разработка методики, алгоритмов и процедур системного анализа и многофакторной сравнительной оценки эффективности технологических режимов каталитического пиролиза метана с учётом потенциала их промышленного масштабирования.

Для достижения поставленной цели в диссертации решаются следующие научно-технические задачи:

1. Систематизированный обзор и классификация мировых проектов по производству водорода на основе базы данных МЭА для определения технологических трендов и обоснования выбора пиролиза метана как объекта исследования.

2. Разработка методики системного анализа технологий каталитического пиролиза метана в газовой и жидкометаллической средах для выявления основных закономерностей реализации исследуемых процессов и повышения их эффективности.

3. Разработка алгоритма ЭБЛ-анализа для сравнительной оценки эффективности технологических режимов каталитического пиролиза метана с учетом технологических, энергетических, экономических и экологических факторов.

4. Разработка теоретически обоснованных подходов для выявления потенциала масштабирования технологий пиролиза метана в газовой фазе с целью их дальнейшего промышленного применения.

5. Разработка матрицы управленческих решений для выработки практических рекомендаций по реализации, определению направлений совершенствования и масштабированию технологий пиролиза метана в газофазной среде.

6. Создание программного обеспечения на языке программирования Python для анализа данных и реализации разработанных алгоритмов и процедур.

7. Апробация результатов исследования на экспериментальных лабораторных установках для пиролиза метана в газофазной и жидкометаллической средах.

Методы исследования. Для решения поставленных в диссертационной работе задач использовались методы системного анализа, математического программирования, статистического анализа, математического моделирования, DEA анализ и экспериментальные данные. Для выполнения расчётов и анализа данных использовались пакеты ПО IBM SPSS, MaxDEA, а также ПО, разработанное на языке Python.

Работа соответствует предметной области исследования научной специальности 2.3.1 «Системный анализ, управление и обработка информации, статистика» (пункты 1, 2, 3, 4, 5 паспорта специальности).

Научная новизна. В диссертационной работе получены следующие основные результаты, обладающие научной новизной:

1) Разработана методика системного анализа технологий каталитического пиролиза метана, предназначенная для комплексной оценки и повышения эффективности процессов, которая учитывает совокупность ключевых факторов, влияющих на протекание реакций в газофазных и жидкометаллических средах. В отличие от известных, она подразумевает прямую интеграцию со статистическим и DEA-анализом; рассматривает динамическую деградацию катализатора; реализует итеративный контур анализа.

2) Разработан алгоритм многофакторного анализа эффективности технологий пиролиза метана, построенный на основе комплекса моделей DEA (CCR, BCC, SEFF, SBM). Применение данного методического аппарата позволяет

без разработки трудоёмкого математического описания объекта исследования количественно оценивать сравнительную эффективность различных технологических схем и составов катализаторов с учётом разнородных технологических, энергетических, экономических и экологических показателей.

3) Разработанный способ оценки потенциала масштабируемости технологий пиролиза метана в газовой фазе и жидкометаллической среде представляет собой системный инструмент, который, в отличие от традиционных подходов, рассматривает масштабирование не только как изменение производительности, но и как выявление неиспользованных резервов повышения эффективности и ограничений промышленного применения для возможности интеграции технологий пиролиза в существующие технологические цепочки современной энергетической инфраструктуры.

4) Разработан способ построения на основе модели SBM (метода DEA) матрицы управленческих решений, который впервые интегрирует два направления DEA анализа: относительную эффективность и масштабируемость; даёт практический инструмент для перехода от абстрактных оценок к обоснованным рекомендациям по оптимизации и промышленному внедрению.

Положения, выносимые на защиту:

1. Методика системного анализа технологий каталитического пиролиза метана, учитывающая технологические, энергетические, экономические и экологические факторы, определяющие условия реализации процессов в газовой фазе и жидкометаллической среде.

2. Алгоритм многофакторного сравнительного анализа эффективности режимов каталитического пиролиза метана и компонентных составов катализаторов, построенный на основе моделей CCR, BCC, SEFF и SBM метода DEA.

3. Способ оценки потенциала масштабирования технологий пиролиза метана в газовой фазе и жидкометаллической среде с целью их промышленного внедрения и интеграции в технологические цепочки современной энергетической инфраструктуры.

4. Способ построения на основе модели SBM матрицы принятия решений, интегрирующей оценки эффективности и эффектов масштабирования, что позволяет выявлять резервы и возможности совершенствования технологических режимов для принятия обоснованных решений по направлениям дальнейшей оптимизации и внедрению процессов пиролиза метана, апробированных на экспериментальных лабораторных установках.

Теоретическая и практическая значимость работы. Полученные в диссертации результаты образуют теоретически обоснованный инструментарий, который позволяет сравнивать альтернативные способы реализации процесса пиролиза на единой сопоставимой базе показателей; ранжировать технологические решения, формировать направления их совершенствования и оценивать потенциал масштабирования. На практике результаты диссертации могут быть использованы при проектировании установок пиролиза метана, формировании технологических паспортов режимов, проведении НИОКР.

Степень достоверности и апробация результатов. Достоверность и обоснованность полученных научных результатов обеспечиваются корректным использованием методов системного анализа и DEA, математического программирования, статистического анализа и обработки экспериментальных данных. Справедливость выводов и обоснованность принятых решений подтверждаются использованием результатов диссертационной работы при:

- выполнении НИР в рамках госзадания СамГТУ (тема No FSSE-2024-0014) при поддержке Министерства науки и высшего образования РФ (2024-2025 гг.);

- формировании и реализации инновационных проектов в ООО «Газпром водород» (акт № 01-1а от 27.08.2025 г.);

- планировании НИР в Институте проблем управления сложными системами Самарского научного центра РАН (справка от 19.05.2025 г.);

- подготовке бакалавров и магистров на кафедре УСАТСК ФГБОУ ВО СамГТУ по направлениям 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» и 13.04.01 «Оптимизация и интеллектуализация автоматизированных процессов управления

в теплоэнергетике и энерготехнологиях» (акт внедрения в СамГТУ от 12.08.2025 г.).

Основные положения и результаты работы были представлены на международных и всероссийских конференциях.

Работа выполнена при поддержке Министерства науки и высшего образования Российской Федерации (тема № Е88Б-2024-0014) в рамках государственного задания Самарского государственного технического университета.

Публикации. Основные результаты, полученные в диссертации, опубликованы в 9 научных работах, 5 из которых изданы в журналах, рекомендованных ВАК, 4 - в прочих изданиях и трудах конференций. 4 работы опубликованы в соавторстве, автору принадлежат методики и алгоритмы решения задач и результаты численных расчетов, 5 работ написаны единолично.

Структура работы. Диссертация состоит из введения, четырех глав и заключения, изложенных на 229 страницах машинописного текста. Основной текст содержит 43 рисунка, 17 таблиц и 1 приложение. Библиографический список содержит 125 наименований.

1 Обоснование выбора процесса пиролиза метана как объекта исследования

В главе проводится систематизированный комплексный анализ современных технологий производства водорода, включая электролизные и альтернативные неэлектролизные подходы. Представлен обзор мировых низкоуглеродных водородных проектов с анализом их текущего состояния и классификацией по ключевым характеристикам и применяемым технологиям. Формулируются критерии и представляются основания выбора пиролиза метана как объекта дальнейшего исследования.

Водород, являющийся наиболее распространённым и одновременно самым простым по строению элементом, практически не встречается в природных условиях в свободной молекулярной форме [1]. Поскольку его выделение из природных соединений требует значительных энергетических затрат, водород принято рассматривать не как первичный источник энергии, а как вторичный энергоноситель, предназначенный для аккумулирования и транспортировки энергии, полученной из различных первичных ресурсов [2]. Благодаря высокой удельной низшей теплоте сгорания (НТС), достигающей 120 МДж/кг, что более чем в два раза превышает аналогичный показатель бензина - 44 МДж/кг, водород представляет собой перспективный энергоноситель, способный существенно снизить глобальную зависимость от ископаемого топлива [3].

После заключения в 2015 году Парижского соглашения по климату во всем мире наблюдается значительный рост промышленных и государственных обязательств и стратегий по сокращению выбросов парниковых газов [4, 5]. Водородная энергетика приобрела особое значение как средство снижения выбросов парниковых газов и повышения энергетической безопасности государств. Его использование может способствовать снижению зависимости от ископаемых видов топлива и повышению устойчивости энергоснабжения, при условии применения возобновляемых источников энергии, технологий улавливания и хранения углерода (CCS, с англ. Carbon Capture and Storage) и

улавливания, использования и хранения углерода (CCUS, с англ. Carbon Capture, Utilization, and Storage), а также перспективных технологических решений по производству водорода [6, 7].

Таким образом, в современных условиях использование водорода закрепляется как ключевой инструмент декарбонизации мировой экономики. Национальные программы и дорожные карты развитых стран по энергетическому переходу и устойчивому развитию всё чаще предусматривают внедрение водородных технологий как одного из факторов, необходимых для достижения климатической нейтральности [8, 9]. Являясь универсальным энергоносителем, водород может быть интегрирован и использован во многих секторах, включая различные области промышленности, рисунок 1 [10, 11].

1) В химической промышленности водород выступает основным сырьём для производства аммиака и метанола, а использование низкоуглеродного водорода позволяет значительно снизить углеродный след конечной продукции.

2) В нефтепереработке водород активно используется в процессах гидроочистки и гидрокрекинга, а переход на низкоуглеродные источники водорода даёт нефтеперерабатывающим предприятиям эффективный инструмент быстрого снижения выбросов без радикальных изменений технологии.

3) В металлургии замена кокса водородом при впрыске в доменные печи даёт возможность частичного или полного отказа от угля в производстве стали, что может резко сократить углеродный след в металлургической отрасли.

4) В высокотемпературных процессах водород используется в качестве эффективного источника тепла для стекольной, цементной и керамической промышленности, когда электронагрев неэффективен или неприменим.

5) В энергетике технологии Power-to-X (преобразования электроэнергии в другие энергоносители и вещества) позволяют использовать избыток электроэнергии для электролиза воды с последующим хранением водорода, превращая его в эффективный накопитель энергии. Газовые сети и турбины, адаптированные к использованию водорода, обеспечивают гибкость и балансировку возобновляемых источников энергии.

6) В транспортной отрасли водородные топливные элементы имеют перспективы применения для тяжёлых транспортных средств (грузовиков, поездов, судов), а в будущем возможно расширение их применения в воздушном транспорте, что откроет новые горизонты для сокращения выбросов С02 транспортными средствами.

1.1 Современные технологии производства водорода и их актуальность

Водород может быть получен из различных видов сырья: природного газа и других углеводородов, угля, биомассы, а также воды. При этом для протекания процессов производства водорода необходимы различные виды энергии: химическая энергия ископаемого топлива и биомассы, электроэнергия различного происхождения - от сетевой до возобновляемой и ядерной [10-12]. Такое разнообразие сырьевых и энергетических основ делает водород не только важным энергоносителем, но и фактором обеспечения энергетической безопасности и устойчивости.

Производство водорода осуществляется с применением различных технологических процессов:

Рисунок 1.1 - Сферы применения водорода

• термических и термокаталитических, включая паровую конверсию метана, автотермическую и частичную окислительную конверсию, газификацию угля и переработку биомассы;

• электролизных, основанных на расщеплении воды под действием электрической энергии;

• фотокаталитических и фотобиологических, использующих энергию солнечного излучения с участием каталитических или биологических систем.

Основной задачей всех перечисленных технологий является получение молекулярного водорода с характеристиками (прежде всего чистотой и давлением), отвечающими требованиям промышленного и энергетического применения.

Согласно отчёту Международного энергетического агентства (МЭА) 2024 г., совокупный мировой спрос на водород (включая энергетические и неэнергетические применения) достиг 97 млн тонн в 2023 году, что на 2,5% больше по сравнению с предыдущим годом [10]. Основными потребителями водорода остаются нефтеперерабатывающая и химическая промышленность. В настоящее время подавляющая доля мирового производства водорода (96%) основывается на использовании ископаемого топлива, при этом доминирующей технологией является паровой риформинг метана (Steam Methane Reforming, SMR). По данным МЭА, на природный газ приходится 62%, на уголь - 21%, на нефть - 16 %, на электролиз воды <1 %, а остальные источники занимают лишь 0,1% [10, 13, 14]. Производство водорода с низким уровнем выбросов в 2023 году составило менее 1 млн тонн, что явно недостаточно для достижения целей Парижского соглашения.

Одной из ключевых проблем широкого внедрения водородных технологий является высокая себестоимость производства. В среднем стоимость водорода существенно превышает стоимость традиционного ископаемого топлива, по оценкам - в несколько раз. Другим серьёзным ограничением выступают вопросы хранения и транспортировки, связанные как с жидким, так и со сжатым водородом. Существующая инфраструктура и материалы (например, стандартные

стальные сплавы) недостаточно надёжны из-за склонности водорода к диффузии и водородной хрупкости. Для безопасного промышленного использования требуется разработка и внедрение новых материалов, обладающих химической инертностью и высокой стойкостью к проникновению водорода [15]. Кроме того, необходимым условием масштабного внедрения водорода в промышленность является выбор технологии, отвечающей одновременно требованиям экономической эффективности и экологической безопасности.

Важнейшей задачей перехода к водородной экономике становится внедрение низкоуглеродных технологий производства, способных существенно сократить выбросы парниковых газов. Современные перспективные направления низкоуглеродного или безуглеродного производства водорода можно условно разделить по типу исходного сырья [16]: углеводородное сырьё; вода; биомасса.

Несмотря на экологические преимущества, ряд технологий пока не готов к массовому внедрению. Таким образом, при выборе и развитии технологий производства водорода необходимо обеспечивать баланс между тремя ключевыми факторами: экологической чистотой, экономической целесообразностью и технологической зрелостью.

1.1.1 Электролизные технологии

Электролиз воды представляет значительный интерес как экологически чистый метод производства водорода, не сопровождающийся прямыми выбросами углерода. Процесс основан на использовании электрической энергии для расщепления воды на водород и кислород. В качестве источника электроэнергии могут использоваться как централизованные энергосистемы, в том числе атомные электростанции, так и возобновляемые источники энергии -солнечные и ветровые электростанции.

В зависимости от типа электролита и рабочих температур, различают три основных типа технологий: щелочной электролиз (AEL), электролиз с протонообменной мембраной (РЕМ) и электролиз с твердооксидными ячейками (SOEC) [17-19].

Щелочной электролиз (AEL или ALK от Alkaline Electrolysis). Процесс осуществляется при температурах 70-90 °С с использованием жидкого щелочного электролита, чаще всего растворов гидроксида калия (KOH) или натрия (NaOH). На катоде протекает восстановление воды с выделением водорода:

2H2O + 2e- ^ H2 + 2OH-, (1.1)

а на аноде - окисление гидроксид-ионов с выделением кислорода:

2OH- ^ ±O2 + H2O + 2e-. (1.2)

Суммарная реакция процесса может быть представлена уравнением:

i

H2O ^ H2 + 1O2 . (1.3)

Катод и анод разделены в растворе щёлочи диафрагмой, которая пропускает воду и ионы, но препятствует смешению газов, обеспечивая требуемую чистоту продукта. Получаемый водород имеет чистоту 99,5-99,9 %; после последующей каталитической очистки его чистота может достигать 99,999 % [17-19].

Щелочной электролиз характеризуется высокой эффективностью при крупномасштабном производстве и длительным сроком службы установок. К недостаткам относят сравнительно низкую гибкость работы при переменных нагрузках, износ электродов и необходимость использования воды высокой чистоты. Современные исследования направлены на снижение перенапряжений электродных реакций за счёт применения более эффективных электрокатализаторов и оптимизации конструкции электролизёров [17-19].

Электролиз c протонообменной мембраной (PEM). Технология PEM-электролиза основана на применении мембраны с твёрдым полимерным электролитом в рабочем диапазоне температур 50-80 °C. На аноде происходит окисление воды с образованием кислорода, протонов (ионов H+) и электронов:

H2O ^ 2H + + 1O2 + 2e-. (1.4)

Протоны диффундируют через мембрану к катоду, где восстанавливаются с участием электронов, образуя молекулярный водород:

2Н+ + 2е- ^ Н2. (1.5)

Суммарная реакция также описывается уравнением (1.3).

Преимуществами РЕМ-электролиза по сравнению с технологией AEL являются более высокая плотность тока (>2 А/см2), достаточно высокая производительность, высокий уровень чистоты получаемого газа (особенно важная для применения в топливных элементах) и минимальный уровень утечки газов, что критически важно для безопасности. Основные ограничения технологии связаны с высокой стоимостью катализаторов (платина, иридий), ограниченной стабильностью мембран и деградацией материалов при длительной эксплуатации. Ведущие исследования сосредоточены на разработке более устойчивых полимерных мембран и катализаторов с пониженным содержанием драгоценных металлов [17-19].

Электролиз с твердооксидными электролизными ячейками (80ЕС). SOEC работают при высоких температурах (от 500 до 950 °С) с использованием твердого керамического электролита на основе иттрий-стабилизированного диоксида циркония (YSZ). Катод обычно изготавливают из оксидов лантана, легированных металлов, а анод - из YSZ легированного никелем. На катоде происходит электровосстановление молекул воды с образованием молекулярного водорода и ионов кислорода:

Н20 + 2е- ^ Н2 + О2-. (1.6)

Образовавшиеся ионы кислорода (О2-) мигрируют через твердый электролит на основе оксидных ионных проводников к аноду, где подвергаются окислению с образованием молекулярного кислорода:

О2- ^ 1О2 + 2е-. (1.7)

Суммарное уравнение электролиза воды в твёрдооксидном электролизере также описывается уравнением (1.3).

SOEC характеризуются высоким КПД, в ряде случаев превышающим 90% при комбинированном использовании электрической и тепловой энергии.

Ключевыми преимуществами являются возможность прямого использования водяного пара и интеграция с высокотемпературными источниками тепла. Основные ограничения технологии связаны с высокими рабочими температурами, что вызывает деградацию материалов, термомеханические напряжения при пусках и остановках, а также высокую стоимость применяемых керамических компонентов. Для повышения долговечности ведутся исследования в области новых композиционных материалов электродов и электролита, а также разрабатываются усовершенствованные системы терморегулирования, обеспечивающие стабильность рабочих условий [17-19].

Список литературы диссертационного исследования кандидат наук Казаринов Артем Витальевич, 2025 год

Список литературы

1. Fichtner M., Idrissova F. Fundamental properties of hydrogen // The Hydrogen Economy: Opportunities and Challenges / под ред. M. Ball, M. Wietschel. -Cambridge: Cambridge University Press, - 2009. - С. 271-276. - DOI: 10.1017/СВ09780511635359.010.

2. Тарасов Б. П., Лотоцкий М. В. Водородная энергетика: прошлое, настоящее, виды на будущее // Российский химический журнал. - 2006. - Т. 50, № 6. - С. 5-18.

3. Радченко Р. В., Мокрушин А. С., Тюльпа В. В. Водород в энергетике: учеб. пособие. Екатеринбург: Изд-во Урал. ун-та, 2014. - 229 с.

4. Плакиткин Ю. А., Плакиткина Л. С. Парижское соглашение как фактор ускорения «энергетического перехода»: меры по адаптации угольной отрасли к новым вызовам // Уголь. - 2021. - № 10 (1147). - С. 20-28.

5. Парижское соглашение, ООН РКИК. 2015. - [Электронный ресурс]. URL: https://unfccc.int/sites/default/files/russian paris agreement.pdf (дата обращения: 30.07.2025).

6. Martin-Roberts E., Scott V., Flude S., Johnson G., Haszeldine R. S., Gilfillan S. Carbon capture and storage at the end of a lost decade // One Earth. - 2021. - № 4. - С. 1645-1646. - DOI: 10.1016/j.oneear.2021.10.023.

7. Vitillo J., Eisaman M., Aradottir E., Passarini F., Wang T., Sheehan S. The role of carbon capture, utilization and storage for economic pathways that limit global warming to below 1.5 °C // iScience. - 2022. - № 25. DOI: 10.1016/j.isci.2022.104237.

8. European Commission. A Hydrogen Strategy for a Climate-Neutral Europe: Communication COM (2020) 301 final. Brussels, 08.07.2020. - [Электронный ресурс]. URL: https://eur-lex.europa.eu/legal-content/EN/TXT/?uri=CELEX:52020DC0301 (дата обращения: 30.07.2025).

9. Мастепанов А. М. Водородная энергетика России: состояние и перспективы // Энергетическая политика. - 2020. - № 12 (154). - С. 54-65.

10. IEA. Global Hydrogen Review 2024. - [Электронный ресурс]. URL: https://www.iea.org/reports/global-hydrogen-review-2024 (дата обращения: 30.07.2025).

11. Вечкинзова Е. А., Стеблякова Л. П., Сумарокова Е. В. Обзор мировых и российских тенденций развития водородной энергетики // Управление. - 2022. -Т. 10, № 4. - С. 26-37.

12. Terlouw T., Rosa L., Bauer C. и др. Future hydrogen economies imply environmental trade-offs and a supply-demand mismatch // Nature Communications. -2024. - № 15. - DOI: 10.1038/s41467-024-51251-7.

13. Willich C. Hydrogen as an Energy Carrier - An Overview over Technology, Status, and Challenges in Germany // Multidisciplinary Scientific Journal - 2024. - № 7. - С. 546-570. - DOI: 10.3390/j7040033.

14. Nnabuife S. G., Darko C. K., Obiako P. C. и др. Comparative Analysis of Different Hydrogen Production Methods and Their Environmental Impact // Clean Technologies. - 2023. - № 5. - С. 1344-1380. - DOI: 10.3390/cleantechnol5040067.

15. Шашкова Л. Фрактально-синергетические аспекты микроповреждаемости, разрушения и оптимизации структуры стали в условиях водородной хрупкости и сероводородного коррозионного растрескивания. М.: ЛитРес, 2013. - 305 с.

16. Казаринов А. В., Деревянов М. Ю., Плешивцева Ю. Э. Системный анализ развития низкоуглеродных технологий производства водорода // Известия вузов. Северо-Кавказский регион. Сер.: Технические науки. - 2023. - № 4 (220). -С. 19-32. - DOI 10.17213/1560-3644-2023-4-19-32.

17. Jeje S., Marazani T., Obiko J., Shongwe M. Advancing the hydrogen production economy: A comprehensive review of technologies, sustainability, and future prospects // International Journal of Hydrogen Energy. - 2024. - № 78. - С. 642-661. -DOI: 10.1016/j.ijhydene.2024.06.344.

18. U.S. DOE. Hydrogen Shot: Water Electrolysis Technology Assessment. 2024. - [Электронный ресурс]. URL: https://www.energy.gov/eere/fuelcells (дата обращения: 30.07.2025).

19. Sampangi D., Lim H. An overview of water electrolysis technologies for green hydrogen production // Energy Reports. - 2022. - № 8. - С. 13793-13813. -DOI: 10.1016/j.egyr.2022.10.127.

20. Hydrogen Europe. Clean Hydrogen Production Pathways Report 2024. -[Электронный ресурс]. URL: https://hydrogeneurope.eu/wp-content/uploads/2024/06/2024 H2E CleanH2ProductionPathwaysReport.pdf (дата

https://www.iea.org/data-; обращения: 30.07.2025).

product/hydrogen-projects-database (дата

27. Казаринов А. В., Деревянов М. Ю., Плешивцева Ю. Э. Классификация и анализ локализации проектов по производству водорода // Системы анализа и обработки данных. - 2022. - № 4 (88). - С. 31-48. - DOI 10.17212/2782-2001-20224-31-48.

28. Казаринов А. В. Анализ и перспективы развития водородных проектов // Наукосфера. - 2023. - № 7 (2). - С. 112-116.

29. Казаринов А. В. Прогресс развития мировых низкоуглеродных водородных проектов // Theoretical & Applied Science. - 2024. - № 8 (136). - С. 6470. - DOI: 10.15863/TAS.2024.08.136.8.

30. Boretti A. There are hydrogen production pathways with better than green hydrogen economic and environmental costs // International Journal of Hydrogen Energy. - 2021, - № 46, - С. 23988-23995.

31. Ingale G. U., Kwon H.-M., Jeong S. и др. Assessment of Greenhouse Gas Emissions from Hydrogen Production Processes: Turquoise Hydrogen vs. Steam Methane Reforming // Energies. - 2022. - № 15. - DOI: 10.3390/en15228679.

32. Аналитическая справка-отчёт о технологиях получения водорода. -[Электронный ресурс]. URL: https://www.solidgas.ru/faq/4 spr %D0%9D2.pdf (дата обращения: 30.07.2025).

33. Мезаал Н. А., Калютик А. А., Али К. А. и др. Паровая конверсия метана и пиролиз метана с захоронением и улавливанием СО2 на энергетическом объекте // Международный научно-исследовательский журнал. - 2024. - № 2 (140). - DOI: 10.23670/IRJ.2024.140.32.

34. Hydrogen Council; McKinsey & Company. Hydrogen Insights 2024. -[Электронный ресурс]. URL: https : //hydro gencouncil .com/wp-content/uploads/2024/09/Hydrogen-Insights-2024.pdf (дата обращения: 30.07.2025).

35. Moghaddam A., Hejazi S., Fattahi M. и др. Methane Pyrolysis for Hydrogen Production: Navigating the Path to a Net Zero Future // Energy & Environmental Science. - 2025. - № 18. - С. 2747-2790. - DOI: 10.1039/D4EE06191H.

36. U.S. Congress. CRS Report R48196: Hydrogen Production: Overview and Issues for Congress. - [Электронный ресурс]. URL: https://www.congress.gov/crs-product/R48196 (дата обращения: 30.07.2025).

37. Weger L., Abanades A., Butler T. Methane cracking as a bridge technology to the hydrogen economy // International Journal of Hydrogen Energy. - 2017. - № 42 (1). - С. 720-731. - DOI: 10.1016/j.ijhydene.2016.11.029.

38. McFarland E., Palmer C., Zeng J. Methane Conversion Routes - Status and Prospects // В кн.: Galvita V., Bos R. (eds.) Methane Conversion Routes: Status and Prospects. Green Chemistry Series, №. 76. Cambridge: RSC, 2023. - 376 С.

39. Sánchez-Bastardo N., Schlögl R., Ruland H. Methane Pyrolysis for Zero-Emission Hydrogen Production: A Potential Bridge Technology from Fossil Fuels to a Renewable and Sustainable Hydrogen Economy // Industrial & Engineering Chemistry Research. - 2021. - № 60, - С. 11855-11881. - DOI: 10.1021/acs.iecr.1c01679.

40. Аксютин О. Е., Ишков А. Г., Тетеревлёв Р. В., Романов К. В. Метан, водород, углерод: новые рынки, новые возможности // Транспорт на альтернативном топливе. - 2020. - № 6 (78). - С. 48-58.

41. Переход на водород. Российский научный фонд. Новость от 23.06.2021. - [Электронный ресурс]. URL: https: //rscf.ru/news/engineering-sciences/perekhod-na-vodorod/ (дата обращения: 30.07.2025).

42. McIvor C., Roy S., Morgan N., Maxwell B., Smallbone A. Techno-Economic Evaluation of Scalable and Sustainable Hydrogen Production Using an Innovative Molten-Phase Reactor // Hydrogen. - 2025. - № 6 (3). - DOI: 10.3390/hydrogen6030066.

43. Kim S., Lim Y.-I., Lee U.-D. и др. Effect of metal loss on hydrogen production cost and greenhouse gas emissions in molten metal-based methane pyrolysis // International Journal of Hydrogen Energy. - 2025. № 179. - DOI: 10.1016/j.ijhydene.2025.151548.

44. Razmi A. R., Hanifi A. R. Techno-economic analysis of methane pyrolysis in molten salt with heliostat solar field // Energy. - 2024. - № 301. - DOI: 10.1016/j.energy.2024.131644.

45. Долгих В. Д., Кудинов И. В., Пименов А. А. Исследование и сравнение термокаталитических методов разложения метана... // Водород как основа низкоуглеродной экономики: сб. тезисов, Шерегеш, 2023. Новосибирск: ИК СО РАН, 2023. - С. 48-49.

46. Pangestu M. R. G., Zahid U. Techno-economic analysis of integrating methane pyrolysis and reforming technology for low-carbon ammonia // Energy Conversion and Management. - 2024. - № 322. - DOI: 10.1016/j.enconman.2024.119125.

47. Boo J., Ko E. H., Park N.-K. и др. Methane Pyrolysis in Molten Potassium Chloride: An Experimental and Economic Analysis // Energies. - 2021. - № 14. - DOI: 10.3390/en14238182.

48. Oni A., Anaya Y., Giwa T., Di Lullo G., Kumar A. Comparative assessment of blue hydrogen from SMR, ATR, and natural gas decomposition // Energy Conversion and Management. - 2022. - DOI: 10.1016/j.enconman.2022.115245.

49. Leal Pérez B. J., Medrano Jiménez J. A., Bhardwaj R. и др. Methane pyrolysis in a molten gallium bubble column reactor: Proof of concept & techno -economic assessment // International Journal of Hydrogen Energy. - 2021. - № 46 (7). - С. 4917-4935. - DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.11.079.

50. Cheon S., Byun M., Lim D., Lee H., Lim H. Parametric Study for Thermal and Catalytic Methane Pyrolysis for Hydrogen Production: Techno-Economic and Scenario Analysis // Energies. - 2021. - № 14 (19). - DOI: 10.3390/en14196102.

51. Григорьев С. А., Порембский В. И., Фатеев В. Н., Самсонов Р. О., Козлов С. И. Получение водорода электролизом воды: современное состояние, проблемы и перспективы // Транспорт на альтернативном топливе. - 2008. - № 3 (3). - С. 62-69.

52. Cavaliere P. Fundamentals of Water Electrolysis // В кн.: Water Electrolysis for Hydrogen Production. Cham: Springer, 2023. - 866 С. - DOI: 10.1007/978-3-031-37780-8_1.

53. Boretti A., Banik B. Advances in Hydrogen Production from Natural Gas Reforming // Advanced Energy and Sustainability Research. - 2021. - № 2. - DOI: 10.1002/aesr.202100097.

54. Di Nardo A., Portarapillo M., Russo D., Di Benedetto A. Hydrogen production via steam reforming of different fuels: thermodynamic comparison // International Journal of Hydrogen Energy. - 2024. - № 55. - С. 1143-1160. - DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.11.215.

55. ПАО «Газпром». Чистый водород из природного газа. - [Электронный ресурс]. URL: https://www.gazprom.ru/press/news/reports/2020/pure-hydrogen/ (дата обращения: 30.07.2025).

56. Fulcheri L., Rohani V.-J., Wyse E., Hardman N., Dames E. An energy-efficient plasma methane pyrolysis process for high yields of carbon black and hydrogen // International Journal of Hydrogen Energy. - 2023. - № 48 (8). - С. 29202928. DOI: 10.1016/j.ijhydene.2022.10.144.

57. IRENA, Making the Breakthrough: Green Hydrogen Policies and Technology Costs. International Renewable Energy Agency, - Abu Dhabi, 2021. - 68 С.

58. Comparative analysis of electrolytic hydrogen production technologies with low-carbon (CCS-abated) hydrogen pathways. Technical Report 2024. IEAGHG. DOI: 10.62849/2024-08. - [Электронный ресурс]. URL: https://publications.ieaghg.org/technicalreports/2024-

08%20Analysis%20of%20electrolytic%20hydrogen.pdf (дата обращения: 30.07.2025).

59. Wnukowski M. Methane Pyrolysis with the Use of Plasma: Review of Plasma Reactors and Process Products // Energies. - 2023. - № 16. - DOI: 10.3390/en16186441.

60. Schneider S., Bajohr S., Graf F., Kolb T. State of the Art of Hydrogen Production via Pyrolysis of Natural Gas // ChemBioEng Reviews. - 2020. - № 7. - С. 150-158. - DOI: 10.1002/cben.202000014.

61. Schneider S., Bajohr S., Graf F., Kolb T. Verfahrensübersicht zur Erzeugung von Wasserstoff durch Erdgas-Pyrolyse // Chemie Ingenieur Technik. -2020. - № 92 (8). - С. 1023-1032. - DOI: 10.1002/cite.202000021.

62. de Caprariis B., Damizia M., Busillo E., De Filippis P. Advances in molten media technologies for methane pyrolysis // Advances in Chemical Engineering. Academic Press, - 2023. - № 61. - С. 319-356. - DOI: 10.1016/bs.ache.2023.03.001.

63. Neuschitzer D., Scheiblehner D., Antrekowitsch H., Wibner S., Sprung A. Methane Pyrolysis in a Liquid Metal Bubble Column Reactor for CO2-Free Production of Hydrogen // Energies. - 2023. - № 16. - DOI: 10.3390/en16207058.

64. Kytömaa H., Wechsung A., Dimitrakopoulos G., Cook N., Jaimes D., Hur I. Y., Faraji S. Industry R&D needs in hydrogen safety // Applications in Energy and Combustion Science. - 2024. - № 18. - DOI: 10.1016/j.jaecs.2024.100271.

65. BASF. Innovative processes for climate-smart chemistry (Methane pyrolysis). 2021. - [Электронный ресурс]. URL: https://report.basf.com/2021/en/shareholders/basf-on-the-capital-market/methane-pyrolysis.html (дата обращения: 30.07.2025).

66. Monolith. Our Story. - [Электронный ресурс]. URL: https://monolith-corp.com/monolith-story (дата обращения: 30.07.2025).

67. Rohani H., Sudiiarova G., Lyth S. M., Badakhsh A. Recent Advances in Electrified Methane Pyrolysis Technologies for Turquoise Hydrogen Production // Energies. - 2025. - № 18. - DOI: 10.3390/en18092393.

68. Tabakaev R., Kalinich I., Chekmeneva D., Mostovshchikov A., Shanenkov I. Influence of liquid products formed at microwave pyrolysis of solid organic raw materials on process duration and energy consumption // Energy Conversion and Management. - 2025. - № 343. - DOI: 10.1016/j.enconman.2025.120197.

69. Дудоладов А. О., Власкин М. С., Волков Д. А. и др. Разработка технологии утилизации нефтяного газа путем его пиролиза с получением низкоуглеродного водорода и технического углерода // Нефтяное хозяйство. -2024. - № 10. - С. 115-119. - DOI: 10.24887/0028-2448-2024-10-115-119.

70. Аксютин О. Е., Ишков А. Г., Романов К. В., Тетеревлёв Р. В. Роль российского природного газа в развитии водородной энергетики // Энергетическая политика. - 2021. - № 3 (157). - С. 6-19.

71. Kerosirov E., Grishin A., Pashin A. и др. Experimental study of the process of hydrogen production by methane pyrolysis in a molten tin layer // E3S Web of Conferences. - 2023. - № 411. - DOI: 10.1051/e3sconf/202341101009.

72. Пашин А. В., Михеева Г. В., Кудинов И. В., Амиров Т. Ф., Пименов А. А. Исследование локально-неравновесного процесса индукционного нагрева металла в реакторе генерации водорода // Прикладная математика & Физика. -2024. - Т. 56. - № 2. - С. 153-162.

73. Казаринов А. В. Сравнительный анализ эффективности технологии каталитического пиролиза метана на основе DEA-метода // Вестник Самарского государственного технического университета. Сер.: Технические науки. - 2024. -Т. 32, № 3 (83). - С. 46-62. - DOI: 10.14498/tech.2024.3.4.

74. Распоряжение Правительства РФ от 05.08.2021 № 2162-р «Об утверждении Концепции развития водородной энергетики в Российской Федерации.

75. Распоряжение Правительства РФ от 12.04.2025 № 908-р «Об утверждении Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2050 года».

76. Распоряжение Правительства РФ от 29.10.2021 № 3052-р «Об утверждении Стратегии социально-экономического развития Российской Федерации с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года.

77. Ashik U. P. M., Wan Daud W. M. A., Abbas H. F. Production of greenhouse gas free hydrogen by thermocatalytic decomposition of methane: A review

// Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2015. - № 44. - С. 221-256. - DOI: 10.1016/j.rser.2014.12.025.

78. Smith C., Nicholls Z. R. J., Armour K., Collins W., Forster P., Meinshausen M., Palmer M. D., Watanabe M. The Earth's Energy Budget, Climate Feedbacks, and Climate Sensitivity. Supplementary Material // In: Climate Change 2021: The Physical Science Basis. Contribution of Working Group I to the Sixth Assessment Report of the IPCC / Eds.: V. Masson-Delmotte et al. - 2021. -[Электронный ресурс]. URL: https://www.ipcc.ch/report/ar6/wg1/downloads/report/IPCC AR6 WGI Chapter07 S M.pdf (дата обращения: 17.07.2025).

79. Parkinson B., Balcombe P., Speirs J. F., Hawkes A. D., Hellgardt K. Correction: Levelized cost of CO2 mitigation from hydrogen production routes // Energy & Environmental Science. - 2022. - № 15 (12). - С. 5425-5433. - DOI: 10.1039/D2EE90059A.

80. Global Methane Tracker 2024: report. - Paris: International Energy Agency (IEA), 2024. [Электронный ресурс] - URL: https://www.iea.org/reports/global-methane-tracker-2024 (дата обращения: 16.07.2025).

81. Perreault P., Boruntea C.-R., Dhawan Yadav H., Portela Solino I., Kummamuru N. B. Combined Methane Pyrolysis and Solid Carbon Gasification for Electrified CO2-Free Hydrogen and Syngas Production // Energies. - 2023. - № 16 (21). - DOI: 10.3390/en16217316.

82. Lang Z., Zhu Y., Xu S., Cao G., Duan H. A Mini-Review on Hydrogen and Carbon Production from Methane Pyrolysis by Molten Media // Energy & Fuels. -2024. - № 38. - DOI: 10.1021/acs.energyfuels.4c03860.

83. Holler J., Vine D. Methane Pyrolysis for Hydrogen Production: Closer Look brief. - Arlington, VA: Center for Climate and Energy Solutions (C2ES), September 2025. - 38 С. [Электронный ресурс] - URL: https://www.c2es.org/wp-

content/uploads/2025/09/methane-pyrolysis-for-hydrogen-production.pdf (дата

обращения: 06.07.2025).

84. Pudukudy M., Yaakob Z. Methane decomposition over Ni, Co and Fe based monometallic catalysts supported on sol-gel derived SiO2 microflakes // Chemical Engineering Journal. - 2015. - № 262. - С. 1009-1021. - DOI: 10.1016/j.cej.2014.10.077.

85. Pudukudy M., Yaakob Z., Mazuki M. Z., Takriff M. S., Jahaya S. S. One-pot sol-gel synthesis of MgO nanoparticles supported nickel and iron catalysts for undiluted methane decomposition into COx-free hydrogen and nanocarbon // Applied Catalysis B: Environmental. - 2017. - № 218. - С. 298-316. - DOI: 10.1016/j.apcatb.2017.04.070.

86. Keipi T., Tolvanen H., Konttinen J. Economic analysis of hydrogen production by methane thermal decomposition: Comparison to competing technologies // Energy Conversion and Management. - 2018. - № 159. - С. 264-273. - DOI: 10.1016/j.enconman.2017.12.063.

87. Porsin A., Kulikov A., Amosov Yu., Rogozhnikov V., Noskov A. Acetylene synthesis by methane pyrolysis on a tungsten wire // Theoretical Foundations of Chemical Engineering. - 2014. - № 48. - С. 397-403. - DOI: 10.1134/S0040579514040241.

88. Amin A., Croiset E., Epling W. Review of methane catalytic cracking for hydrogen production // International Journal of Hydrogen Energy. - 2011. - № 36. - С. 2904-2935. - DOI: 10.1016/j.ijhydene.2010.11.035.

89. Galvita V. Methane Conversion Routes Status and Prospects // Royal Society of Chemistry, 2023. № 76 (6) - 376 с.

90. Mirkarimi R., Bensaid S., Negro V., Chiaramonti D. Review of methane cracking over carbon-based catalyst for energy and fuels // Renewable and Sustainable Energy Reviews. - 2023. - № 187. - DOI: 10.1016/j.rser.2023.113747.

91. McConnachie M., Konarova M., Smart S. Literature review of the catalytic pyrolysis of methane for hydrogen and carbon production // International Journal of

Hydrogen Energy. - 2023. - № 48 (66). - С. 25660-25682. - DOI: 10.1016/j.ijhydene.2023.03.123.

92. Abbas H. F., Wan Daud W. M. A. Hydrogen production by methane decomposition: A review // International Journal of Hydrogen Energy. - 2010. - № 35 (3). - С. 1160-1190. - DOI: 10.1016/j.ijhydene.2009.11.036.

93. Kudinov I. V., Kosareva E. A., Dolgikh V. D. et al. Hydrogen Production by Thermocatalytic Decomposition of Methane: Modern Achievements (A Review) // Petroleum Chemistry. - 2025. - № 65. - С. 10-34. - DOI: 10.1134/S0965544124080176.)

94. Кудинов И. В., Великанова Ю. В., Ненашев М. В., Амиров Т. Ф., Пименов А. А. Пиролиз метана в расплавленных средах для получения водорода: обзор современных достижений // Нефтехимия. - 2023. - Т. 63, № 5. - С. 627-639. - DOI: 10.31857/S0028242123050015.

95. Geißler T., Abanades A., Heinzel A., et al. Hydrogen production via methane pyrolysis in a liquid metal bubble column reactor with a packed bed // Chemical Engineering Journal. - 2016. - № 299. - С. 192-200. - DOI: 10.1016/j.cej.2016.04.066.

96. Upham D. C., Agarwal V., Khechfe A., Snodgrass Z. R., Gordon M. J., Metiu H., McFarland E. W. Catalytic molten metals for the direct conversion of methane to hydrogen and separable carbon // Science. - 2017. - № 358 (6365) - С. 917-921. - DOI: 10.1126/science.aao5023.

97. Dadsetan M., Khan M. F., Salakhi M., Bobicki E. R., Thomson M. J. CO2-free hydrogen production via microwave-driven methane pyrolysis / // International Journal of Hydrogen Energy. - 2023. - Т. 48. - № 39. - С. 14565-14576.

98. Dolgikh V. D. et al. Experimental research of the process of methane pyrolysis in a layer of liquid tin aiming to get hydrogen // IOP Conference Series: Earth and Environmental Science. - 2022. - № 1070 (1). - DOI: 10.1088/17551315/1070/1/012017.

99. Чудакова М. В., Попов М. В., Коровченко П. А., Кудинов И. В. Получение водорода и углерода разложением метана с использованием плазмы и расплава металлов // Мир нефтепродуктов (Серия: «Газпромнефть. Промышленные инновации»). - 2023. - № 6. - С. 25-29.

100. Чудакова М. В., Коровченко П. А., Попов М. В. [и др.]. Получение водорода термическим разложением метана в различных жидкометаллических средах // Мир нефтепродуктов. - 2023. - № 6. - С. 60-66. - (Серия: «Газпромнефть. Промышленные инновации»).

101. Palmer C., Tarazkar M., Metiu H., Gordon M., McFarland E. Methane pyrolysis in low-cost, alkali-halide molten salts at high temperatures // Sustainable Energy & Fuels. - 2021. - № 5 (23). - С. 6107-6123. - DOI: 10.1039/D1SE01408K.

102. Kang D., Palmer C., Mannini D., Rahimi N., Gordon M., Metiu H., McFarland E. Catalytic Methane Pyrolysis in Molten Alkali Chloride Salts Containing Iron // ACS Catalysis. - 2020. - № 10 (13). - С. 7032-7042. - DOI: 10.1021/acscatal.0c01262.

103. Parkinson B., Patzschke C. F., Nikolis D., Raman S., Dankworth D. C., Hellgardt K. Methane pyrolysis in monovalent alkali halide salts: kinetics and pyrolytic carbon properties // International Journal of Hydrogen Energy. - 2021. - № 46. - С. 6225-6238. - DOI: 10.1016/j.ijhydene.2020.11.150.

104. Водопьянов А. В., Мансфельд Д. А., Синцов С. В., Корнев Р. А., Преображенский Е. И., Чекмарев Н. В., Ремез М. А. Плазмолиз метана при помощи высокочастотного плазмотрона // Письма в журнал технической физики. - 2022. - № 48 (23). - С. 34-37. - DOI: 10.21883/PJTF.2022.23.53950.19383.

105. Wnukowski M. Methane Pyrolysis with the Use of Plasma: Review of Plasma Reactors and Process Products // Energies. - 2023. - № 16 (18). - DOI: 10.3390/en16186441.

106. IBM Corp. IBM SPSS Statistics 27: [Электронный ресурс]. - Armonk, NY: IBM Corp., 2022. URL: https://www.ibm.com/products/spss-statistics (дата обращения: 31.07.2025).

107. Python Software Foundation. Python Language Reference: [Электронный ресурс]. - URL: https://docs.python.org/37reference/ (дата обращения: 10.07.2025).

108. Python Software Foundation. The Python Tutorial: [Электронный ресурс]. - URL: https: //docs. python. org/3. 13/tutorial/ (дата обращения: 31.07.2025).

109. Charnes A., Cooper W.W., Lewin A.Y., Seiford L.M. Data Envelopment Analysis: Theory, Methodology, and Applications. - Dordrecht: Springer Netherlands, 1994. - № (13). - С. 513. - DOI: 10.1007/978-94-011-0637-5.

110. Cooper W.W., Seiford L.M., Tone K. Data Envelopment Analysis: A Comprehensive Text with Models, Applications, References and DEA-Solver Software. - 2nd ed. - New York, NY: Springer, 2007. - XXXVIII, - С. 492 - DOI: 10.1007/9780-387-45283-8.

111. Charnes A., Cooper W.W., Rhodes E. Measuring the efficiency of decision making units // European Journal of Operational Research. -1978. - № 2 (6). - С. 429444. - DOI: 10.1016/0377-2217(78)90138-8.

112. Cook W.D., Seiford L.M. Data envelopment analysis (DEA) - Thirty years on // European Journal of Operational Research. - 2009. - № 192 (1). - С. 1-17. - DOI: 10.1016/j.ejor.2008.01.032.

113. Pleshivtseva Y., Rapoport E., Nacke B. [et al.] Design and control of electrotechnological systems: A multi-objective optimization approach // COMPEL. The International Journal for Computation and Mathematics in Electrical and Electronic Engineering. - 2019. - № 39 (1). - С. 239-247. - DOI: 10.1108/COMPEL-11-2019-0454.

114. Лисситса А., Бабичева Т. Анализ оболочки данных (DEA) -современная методика определения эффективности производства. // Institute of Agricultural Development in Central and Eastern Europe (IAMO). - 2003. - № 50. - С. 38.

115. Дилигенский Н.В., Цапенко М.В. Методология DEA: оценка эффективности экономических объектов, анализ метода и свойств решений // «Высшее образование, бизнес, предпринимательство - 2001»: межвузовский

сборник научных трудов. - Самара: СамГТУ; Поволжский институт бизнеса, -2001. - С. 149-159.

116. Tone K. A slacks-based measure of efficiency in data envelopment analysis // European Journal of Operational Research. - 2001. - № 130 (3). - С. 498-509. -DOI: 10.1016/S0377-2217(99)00407-5.

117. Andersen P., Petersen N.C. A procedure for ranking efficient units in data envelopment analysis // Management Science. - 1993. - № 39 (10). - С. 1261-1264. -DOI: 10.1287/mnsc.39.10.1261.

118. Banker R.D., Charnes A., Cooper W.W. Some models for estimating technical and scale inefficiencies in data envelopment analysis // Management Science. - 1984. - № 30 (9). - С. 1078-1092. - DOI: 10.1287/mnsc.30.9.1078.

119. Соммервилл И. Инженерия программного обеспечения. 10-е изд. - М.: Вильямс, - 2018. - 704 с.

120. Макконнелл С. Совершенный код. Мастер-класс. - М.: Русская редакция, - 2017. - 896 с.

121. Larman C. Agile and Iterative Development: A Manager's Guide. -Addison-Wesley Professional, - 2003. - 376 с.

122. Pressman R. S., Maxim B. R. Software Engineering: A Practitioner's Approach. 9th ed. - McGraw-Hill Education, 2019. - 928 С.

123. Parnas D. On the Criteria to Be Used in Decomposing Systems into Modules // Communications of the ACM. - 1972. - № 15. - DOI: 10.1145/361598.361623.

124. VanderPlas J. Python Data Science Handbook: Essential Tools for Working with Data. - O'Reilly Media, 2016. - 548 С.

125. McKinney W. Python for Data Analysis: Data Wrangling with Pandas, NumPy, and IPython. 2nd ed. - O'Reilly Media, 2017. - 550 С.

Приложение - акты внедрения

Общество с ограниченной ответственностью «Газпром водород»

(ООО «Газпром водород»)

142717. Московская область, т.о. Ленинский, л Развилка, ул. Газовиков, д. 15. стр. 1 e-mail: [e-mail] ОКПО 63443848. ОГРН 1215000045424, ИНН 5003144602, КПП 500301001

« <x/-ZijC^ 20 №_v'-fti^_

Акт

о возможном использовании результатов диссертационной работы в деятельности ООО «Газпром водород»

Настоящим удостоверяем, что материалы диссертационного исследования Казаринова Артема Витальевича на тему «Многофакторный анализ эффективности технологических процессов производства водорода» обладают актуальностью, практической значимостью и могут быть использованы в деятельности ООО «Газпром водород» в целях реализации мероприятий «дорожной карты» развития высокотехнологичного направления «Водородная энергетика» на период до 2030 года, утвержденной протоколом межведомственной рабочей группы по развитию в Российской Федерации водородной энергетики № 3 от 28 декабря 2022 г.

Результаты исследования соответствуют задачам, сформулированным в Энергетической стратегии Российской Федерации на период до 2050 года, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 12 апреля 2025 г. № 908-р, и Концепции развития водородной энергетики в Российской Федерации, утвержденной распоряжением Правительства Российской Федерации от 5 августа 2021 г. № 2162-р, и могут найти применение в следующих направлениях:

1. Оценка и выбор перспективных технологий каталитического пиролиза метана (газофазного и жидкометаллического) на основе системного многофакторного анализа.

2. Разработка алгоритмов поддержки принятия решений для выбора эффективных катализаторов и режимов работы реакторов с целью повышения производительности и снижения удельных энергозатрат.

3. Формирование научно-методической базы для масштабирования экспериментальных и опытно-промышленных результатов на промышленный уровень.

4. Оптимизация экономической эффективности за счет учета рыночной стоимости побочных углеродных продуктов (технический углерод, углеродные наноматериалы, графит).

5. Минимизация рисков при реализации водородных технологий, в том числе при использовании жидкометаллических катализаторов.

Результаты диссертационной работы могут быть использованы ООО «Газпром водород» при формировании и реализации инновационных проектов в области низкоуглеродного производства водорода и способствовать достижению целей дорожной карты.

Генеральный директор

К.В. Романов

Министерство науки и иысиш о образовании Российской Федерации

Федеральное государственное бюджетное учреждение науки Самарский федеральный исследовательский центр Российской академии наук

ИНСТИТУТ ПРОБЛЕМ УПРАВЛЕНИЯ СЛОЖИВШИ СИСТЕМАМИ РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК - ОБОСОБЛЕННОЕ ПОДРАЗДЕЛЕНИЕ ФЕДЕРАЛВНОГО ГОСУДАРСТВЕННОГО БЮДЖЕТНОГО УЧРЕЖДЕНИЯ НАУКИ САМАРСКОГО ФЕДЕРАЛВНОГО ИССЛЕДОВАТЕЛБСКОГО ЦЕНТРА РОССИЙСКОЙ АКАДЕМИИ НАУК

(ИПУСС РАН - САМНЦ РАН)

Садовая ул., 61, г. Самара, 443020; тел./факс [phone]; e-mail: ¡[e-mail]; http://www.iccs.ru ОКПО 94655724; ОГРН 1036300448898; ИНН / КПП 6316032112/631745001

19.05.2025 г. б/н

СПРАВКА

Об использовании результатов диссертационного исследования Казаринова A.B.

«МНОГОФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА»

Настоящим подтверждаю, что следующие результаты диссертационного исследования Казаринова A.B. «МНОГОФАКТОРНЫЙ АНАЛИЗ ЭФФЕКТИВНОСТИ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ ПРОИЗВОДСТВА ВОДОРОДА» планируется использовать в научно-исследовательских работах (НИР) ИПУСС РАН - СамНЦ РАН в 20262028 гг.:

1. Методику системного анализа технологий каталитического пиролиза метана, учитывающую совокупность технологических, энергетических, экономических и экологических факторов для условий газофазной и жидкометаллической сред.

2. Алгоритм многофакторной сравнительной оценки эффективности режимов пиролиза и компонентных составов катализаторов.

3. Оценки потенциала масштабирования технологий пиролиза метана в газофазной и жидкометаллической средах для промышленного внедрения.

4. Алгоритм принятия решений, интегрирующий показатели эффективности и эффекты масштаба для выявления резервов и формирования рекомендаций по оптимизации технологических режимов, апробированных на лабораторных установках.

Указанные результаты будут учтены при определении тематических направлений и показателей результативности НИР в планах ИПУСС РАН - СамНЦ РАН на 2026-2028 гг.

Утверждаю: Первый проректор -

АКТ

научно-технической комиссии о внедрении результатов диссертационной работы на соискание ученой степени кандидата технических наук Казаринова Артема Витальевича на тему «Многофакторный анализ эффективности технологических процессов производства водорода» в учебный процесс ФГБОУ ВО «Самарский государственный технический университет»

Комиссия в составе д.т.н., зав. кафедрой Лившица М.Ю., д.т.н., доцента Деревянова М.Ю., к.т.н., доцента Гавриловой A.A. составила настоящий акт о том, что результаты, полученные в рамках диссертационной работы Казаринова A.B., внедрены в учебный процесс на кафедре «Управление и системный анализ теплоэнергетических и социотехнических комплексов» при подготовке бакалавров по направлению 13.03.01 «Теплоэнергетика и теплотехника» и магистров по направлению 13.04.01 «Оптимизация и интеллектуализация автоматизированных процессов управления в теплоэнергетике и энерготехнологиях».

Результаты научных исследований, полученные Казариновым A.B., использованы при чтении лекций и проведении занятий по дисциплинам «Интегрированные системы проектирования и управления», «Энергосбережение в теплоэнергетике и теплотехнике», «Современные проблемы управления технологическими процессами в теплоэнергетике и теплотехнике».

Реализация полученных автором результатов исследований позволила повысить эффективность и качество учебного процесса.

Заведующий кафедрой «Управление и системный анализ теплоэнергетических и социотехнических комплексов»,

д.т.н., профессор , М. Ю. Лившиц

Доцент, д.т.н., доцент

Доцент, к.т.н., доцент

А. А. Гаврилова