Международный проект Минобрнауки РФ со странами БРИКС

Тема проекта: Устойчивое повышение ценности биомассы в рамках взаимосвязи вода-продовольствие-энергия: подход экономики замкнутого цикла для повышения эффективности использования ресурсов в условиях меняющегося климата.

Номер соглашения с Министерством науки и высшего образования РФ от 12 сентября 2024 г. № 075-15-2024-659

Организации исполнители проекта:

1.      Федеральным университетом Итажубы, Бразилия;

2.      Университет Витватерсранда, ЮАР;

3.      Китайский нефтяной университет – Пекин, Китай.

4.      Институт систем энергетики им. Л.А. Мелентьева СО РАН, Россия

Координатор международного консорциума и руководитель бразильского коллектива: профессор Электо Силва Лора.

Руководителю южно-африканского коллектива: профессор Юсуф Иса.

Руководитель китайского коллектива: профессор Юминг Чанг

Руководитель российского коллектива: заведующий лабораторией Термодинамики, к.т.н. Александр Козлов

Индустриальный партнер проекта:

ГК «РТ СОФТ Смарт Грид» - высокотехнологичная инжиниринговая компания, созданная в 1992 году. Среди основных сфер деятельности — разработка, создание и внедрение встраиваемых компьютерных технологий, программных продуктов, программно-технических комплексов, электронной аппаратуры, систем и сервисов. С их помощью предприятия решают задачи мониторинга и управления оборудованием и производственными процессами, оптимизации деятельности, повышения надежности электроснабжения, организации ИТ-инфраструктуры и энергетического менеджмента. В рамках замены импортных комплектующих и ПО на отечественные «РТСофт» предлагает ряд продуктов и решений, производство которых локализовано в РФ.

Направление исследований по проекту:

Системный ответ – использование подхода, основанного на взаимосвязи водных ресурсов, энергетики и продовольствия, с целью межсекторального управления изменением климата (определение нагрузки, оказываемой изменением климата и перераспределением водных ресурсов, на социальные и экономические факторы, а также разработка мер по смягчению последствий изменения климата путем превращения климатических и экологических проблем в возможности для различных секторов).

Цель проекта:

Повышение ценности биомассы/отходов и их роли посредством концепции экономики замкнутого цикла в энергетическом переходе для смягчения последствий изменения климата.

Задачи проекта:

1.         Получение рекомендаций по декарбонизации и смягчению последствий изменения климата с помощью энергетического перехода и технологий использования возобновляемых источников энергии;

2.         Выработка сценариев декарбонизации в странах БРИКС с использованием ресурсов биомассы как реакции на изменения климата в рамках взаимосвязи в системе вода/продовольствие/энергия;

3.         Оценка технико-экономического потенциала биомассы для стран БРИКC с учетом земельных и водных ресурсов, а также продовольственной безопасности;

4.         Разработка научных и научно-технических основ углероднейтральных технологий переработки биомассы, таких как термохимическая конверсия, получение биотоплива, древесного уксуса и углеродистых материалов с высокой добавленной стоимостью из биомассы/отходов и водорослей;

5.         Разработка алгоритмов оптимального управления энергетическими системами разного уровня от микросетей до крупных энергосистем, в том числе алгоритмов управления накопителями энергии и моделирования переходных состояний с точки зрения максимизации общественного благосостояния.

6.         Разработка научных и научно-технических основ для создания технологий производства биоугля с заданными характеристиками с целью устойчивого развития сельского хозяйства (повышение плодородия почвы, стимулирование роста сельского хозяйственных культур, удаление загрязняющих веществ из воды);

7.         Получение технико-экономических оценок, определение потенциала и технологических барьеров производства и использования зеленого водорода;

8.         Выработка рекомендаций и алгоритмов использования перспективных технологий Power-to-X на основе зеленого водорода;

9.         Выработка рекомендаций по устойчивому развитию и выявлению социальных последствий использования биомассы, получение оценок вклада биомассы в декарбонизацию стран БРИКС с учетом взаимосвязи в системе вода/продовольствие/энергия;

10.       Взаимодействие с зарубежными партнерами по вопросам смягчения последствий изменения климата и по развитию устойчивых энергетических технологий стран БРИКС.

Результаты первого этапа исследований по проекту (сентябрь – декабрь 2024 гг):

 1.         Выполнен анализ научно-технической литературы, нормативно-технической документации по теме проекта, которые показывает высокую актуальность исследований, направленных на анализ долгосрочных тенденций технологических и структурных преобразований в различных секторах экономики и топливно-энергетического комплекса. Исследования имеют региональный масштаб, требуют высокого временного и пространственного разрешения при моделировании. В России исследования по разработке долгосрочных сценариев вовлечения в топливно-энергетический баланс биомассы с использованием системных оптимизационных многокритериальных моделей не проводились. Разработка системной модели долгосрочного планирования развития ТЭК с детализированным рассмотрением ресурсов и технологий биомассы позволит выявить основные направления технологического и пространственного развития как для России, так и для стран БРИКС.

2.         Проведенное патентное исследование показало типичные и наиболее близкие технические решения, решаемых технических задач и требуемых технических результатов. Выполнена проверка, что на интересующей территории патентов с широкой правовой охраной, отсутствуют патенты, препятствующие свободному проведению разработок в рассматриваемой области.

3.         Показано, что широкое использование технологий термохимической конверсии в системе нексуса приводит: 1) к сокращению отходов, за счет повторного их использования, что позволяет эффективно закрывать циклы ресурсов, снижая нагрузку на водные и земельные ресурсы; 2) к снижению выбросов загрязняющих веществ и парниковых газов; 3) к устойчивому развитию сельского хозяйства, за счет переработки отходов в энергию или удобрения, что позволяет улучшить состояние почвы и снизить использование синтетических удобрений; 4) к диверсификации энергетических источников, за счет создания локальных энергетических систем, которые снижают зависимость от импорта энергии и способствуют децентрализации энергетики.

4.         В настоящее время, несмотря на обширные исследования, большинство прикладных полномасштабных работ по применениям биоугля и материалов, полученных из него, все еще находятся на начальной стадии и требуют значительных дальнейших исследований. Необходимы детальные исследования для оценки долгосрочных экологических последствий использования биоуглей. Кроме того, необходимо разрабатывать и внедрять системы стандартизации и контроля качества биоуглей на разных этапах производства. Не менее важны и экономические аспекты, т.к. необходимы инвестиции в технологии производства для снижения себестоимости данной продукции и соответственно, более широкое использование в реальных секторах экономики.

5.         Проведенная оценка поглощения парниковых газов лесами стран БРИКС показало, что обязательства всех стран мира по декарбонизации в настоящее время не считаются заслуживающими доверия: ни одна из рассматриваемых пяти стран БРИКС (и даже стран G20) не сокращает выбросы темпами, соответствующими их целевым показателям. Также несмотря на то, что многие из стран рассматривают компенсацию антропогенных выбросов парниковых газов лесными экосистемами как важный механизм декарбонизации, доля выбросов, компенсированная лесами, является недостаточной, поэтому первоочередной задачей всех стран должно быть снижение выбросов в секторах «Энергетика» и «Промышленность».

6.         Анализ направлений исследований в области управления электроэнергетическими системами со стохастическими элементами показал, что наиболее перспективным является развитие методов управления, основанных на расчете вероятностного установившегося режима. В сетях с большой долей стохастических элементов присутствует значительная доля распределенной генерации. Для управления в таких сетях востребованы модели и методы распределенного управления.

7.         Предложена модификация задачи расчетов оптимальных стратегий управления накопителями энергии с учетом оптимальных тарифов для потребителей и приведена программная реализация модификации MILP в среде MatLab. Разработанная авторская модификация позволяет свести исходную MILP-задачу к упрощенной LP-задаче, но не учитывает влияние КПД процессов зарядки и разрядки.

8.         Агентные технологии являются актуальным и эффективным инструментом для исследования свойств энергетических систем при их развитии в условиях энергетического перехода. Разработанная мультагентная система обеспечивает разделение большой и сложной системы с энергетическими объектами со сложным поведением на несколько подсистем, где поиск решения осуществляет агент определенного уровня, что в свою очередь позволяет осуществлять процесс поиска решения при развитии энергетических систем в условиях энергетического перехода

В части работ иностранных партнеров все запланированные ими работы выполнены, что подтверждается соответствующими аннотационными отчетами.

В рамках реализации проекта проведена очная встреча между руководителями и основными исполнителями международного проекта в г. Нанкин 28–30 ноября. Встреча проходила в расширенном составе, на которой присутствовали также представители других стран таких, как США, Пакистана и Австралии.  

На данной встрече была обсуждена дальнейшая концепция реализации проекта в ключе климатической повестки и нексуса вода–еда–энергия.

Также 18 декабря состоялся расширенный онлайн семинар между ключевыми участниками проекта.

Таким образом, налажено сотрудничество между научными группами из разных стран, которая позволяет оперативно разрешать трудности, возникающие при реализации проекта.

В результатах проекта имеется существенная заинтересованность индустриального партнера проекта в лице ООО «РТСофт-Смарт Грид», с которым был заключен основной договор по передаче результата интеллектуальной деятельности (РИД) для его дальнейшего внедрения. Также договором обговорены совместные мероприятия для успешного завершения проекта в будущем.

Результаты второго этапа исследований по проекту (январь – декабрь 2025) 

В 2025 году выполнен второй этап работ по теме «Устойчивое повышение ценности биомассы в рамках взаимосвязи вода-продовольствие-энергия: подход экономики замкнутого цикла для повышения эффективности использования ресурсов в условиях меняющегося климата». Все обозначенные в соглашении от 12 сентября 2024 года №075-15-2024-659 задачи выполнены в полном объеме, о чем свидетельствуют документы, предоставленные для отчета. В отчетном периоде получены следующие результаты:

Проведенные исследования показали, что в каждой из стран БРИКС имеются значительные объемы образования сельскохозяйственных отходов, которые являются потенциальной сырьевой базой для производства биоуглей для различных применений. В тоже время отсутствуют достоверные данные для некоторых стран о существующих опытных или промышленных производствах биоуглей, что затрудняет проведение полноценного анализа. Имеющиеся данные позволяют сделать вывод, что основной технологией для получения биоуглей из местных сельскохозяйственных отходов является пиролиз при температурах 300-800°С. Получаемые таким способом биоугли обладают свойствами, которые позволяют их использовать в качестве сорбентов и для мелиорации почв.

Определено, что биоресурсы играют ключевую роль в экономике замкнутого цикла при энергетическом переходе, обеспечивая возобновляемую энергию, материалы и сырье, а также способствуя утилизации отходов и снижению негативного воздействия на окружающую среду. Они позволяют создать циклические процессы, где отходы одного производства (например, лесоперерабатывающего или сельскохозяйственного) становятся сырьем для другого (энергетического), поддерживая устойчивое использование природных ресурсов и минимизируя образование отходов.

Бразилия, ЮАР и Китай в наибольшей степени участвуют в устойчивом использовании биоресурсов (88,2, 77,3 и 68,2 % соответственно). Использование отходов биоресурсов в России является недостаточным. Из потенциальных 67,7 млн. т у.т. в России в 2023 г. официально было произведено лишь 3,9 млн. т у.т. топлива. Ежегодно в России остаются недоиспользованными около 33 млн. т у.т. древесных биоресурсов и более 30 млн. т у.т. отходов сельского хозяйства. Ввиду неполноты данных в Индии официальный объем производства энергии из биоресурсов превышает статистически потенциально возможный. Это связано с выращиванием и использованием биомассы, не подлежащей статистическому учету, населением в сельской местности Индии.  

Разработана математическая модель для оценки удельного баланса воды в процессах термохимической конверсии биотоплив в равновесном приближении. Показано, что с увеличением удельного расхода воздуха КПД образования воды возрастает, а с ростом удельного расхода пара уменьшается. При этом выделяется область параметров, в которой реализуются условия полной конверсии углерода. Повышение энергетического КПД ведет во всех случаях к снижению выхода воды. Полученные результаты могут быть полезны при исследовании комплексной эффективности схем с производством воды и энергии на основе биотоплив в перспективных многоцелевых установках.

Результаты выполненного технико-экономического анализа и оценки системной роли технологий показывают, что биоэнергетику в контексте долгосрочной политики декарбонизации целесообразно рассматривать не как универсальный базовый элемент энергосистем будущего, а как технологии целевого, ситуационно обусловленного применения. Они обеспечивают высокую системную ценность там, где её специфические преимущества выражены наиболее ярко, но не является универсальным базовым решением для замещения ископаемой энергии во всех сегментах.

Power-to-X технологии, которые пока еще имеют высокую себестоимость, можно рассматривать как долгосрочный каркас глубокой декарбонизации, который обеспечивает перенос низкоуглеродной электроэнергии в те сегменты, где прямая электрификация технически или экономически затруднена. Биоэнергетика и Power-to-X технологии не являются прямыми конкурентами. Напротив, между ними формируется устойчивая технологическая и функциональная взаимодополняемость. Power-to-X технологии обеспечивают преобразование дешёвой низкоуглеродной электроэнергии в химически связанный энергоноситель (водород, аммиак, синтетические топлива), пригодный для использования в промышленности и транспорте. Кроме того, Power-to-X технологии создают новые трансграничные цепочки поставок энергии и сырья, а также обеспечивают сезонный перенос энергии через ее хранение.

Получены технико-экономические оценки по странам БРИКС, которые показывают, что Бразилия является ключевым бенефициаром биоэнергетики и биотоплив, Россия – стоимостной лидер газовых технологий, а перспективы Power-to-X технологий наиболее благоприятны там, где сочетаются низкие издержки ВИЭ и/или газа с возможностью создания экспортных кластеров и инфраструктуры улавливания и хранения углерода. Оптимальные стратегии стран БРИКС предполагают комбинированное использование биоэнергетики (для стабильности и теплоснабжения), биотоплив (для транспорта и частично промышленности) и PtX-решений (для экспортных и высокотемпературных индустриальных сегментов), с учётом национальной ресурсной базы, структуры спроса и климатической политики.

Проведено развитие методов построения оптимальной структуры управления ЭЭС с распределенной генерацией ВИЭ и активными потребителями. Рассматриваемые ЭЭС характеризуются значительной долей стохастических элементов, для учета которых минимизируемая при кластеризации целевая функция дополнена составляющей, позволяющей учесть стохастичность параметров ЭЭС. При допущении Гаусова распределения случайных параметров, предложен метод оценки градиента управления, вычисляемый за приемлемое время. Полученные результаты показали теоретическую эффективность предложенных подходов.

Разработан алгоритм взаимодействия агентов в мультиагентной системе при поиске решения по энергоснабжению потребителей. Приведена блок-схема алгоритма и выполнено подробное описание выполняемых агентами действий при поиске решения. Путем взаимодействия агентов между собой в соответствии с разработанным алгоритмом определяется наиболее приемлемое для всех участников энергоснабжения решение. В результате найденного решения определяется состав централизованных и распределенных источников энергии, а также участки сети, которые будут задействованы для доставки энергии потребителям.

Разработана и верифицирована вторая модификация математической модели расчета оптимальных параметров накопителей и пропускных способностей линий транспортировки энергоресурсов, позволяющая свести исходную задачу (MILP) к задаче линейного программирования, которая обеспечивает более высокую адекватность при описании реальных физических процессов в системе накопления энергии за счет точного учета неравенства коэффициентов.

Предложен подход к многокритериальной оценке долгосрочных модельных сценариев развития региональных энергетических систем в условиях энергетического перехода, который основан на использовании квазидинамической оптимизационной модели. Оптимизационный подход позволяет определить наиболее эффективные траектории технологического развития, эффективные направления использования ресурсов.

Расчеты показали, что ограничение на выбросы парниковых газов существенно влияет на состав энергоисточников. При заданных условиях и ограничениях основную роль в решении вопросов снижения выбросов парниковых газов играют низкоуглеродные технологии генерации, такие как атомные и гидравлические электростанции, когенерационные установки и котельные на биомассе, технологии улавливания СО2.

Биомасса является СО2-нейтральной технологией и может эффективно использоваться при реализации целей Стратегии социально-экономического развития России с низким уровнем выбросов парниковых газов до 2050 года. Вместе с тем, ограничение по доступному объему биомассы, ее низкая энергетическая плотность, сложность транспортировки, низкий уровень развития отечественного рынка технологий препятствуют их широкому внедрению. Удельные стоимостные показатели технологий глубокой переработки биомассы являются сравнительно высокими, однако ниже уровня, препятствующего их внедрению. В проведенном исследовании доля биомассы в производстве электрической и тепловой энергии варьируется от 1,6 до 13% в зависимости от сценария. Необходимо отметить, что рассмотренный в инновационном сценарии уровень использования технологий конверсии биомассы является практически предельным для Иркутской области, в связи ограничением по объему доступных ресурсов. Кроме того, установки по производству биомассы имеют низкую установленную мощность и не могут заместить крупные ТЭЦ или ГЭС.

Разработана численная модель на базе COMSOL Multiphysics, учитывающая локальное термическое неравновесие и гидродинамику пористых сред. Анализ тепловых нагрузок подтвердил значительный потенциал каскадной рекуперации низкопотенциального тепла на различных температурных уровнях технологической цепи. Бинарная смесь KNO₃-NaNO₂ доказала свою пригодность в качестве фазоизменяемых материалов для среднетемпературных тепловых аккумуляторов, а оптимизация капсул диаметром 4,5 мм обеспечивает эффективный теплоперенос при времени заряда 8 часов и емкости 59,5 МДж.

Бразильская научная группа получила в 2025 году следующие результаты по проекту:

Установлено, что понимание связи между пищевыми привычками населения и составом образующихся пищевых отходов является научной основой для разработки эффективных, адресных стратегий и мер, направленных на сокращение потерь пищи. Такие меры, сочетающие технологические и поведенческие подходы, критически важны для успешного перехода к экономике замкнутого цикла в рамках взаимосвязанной системы «вода – энергия – продовольствие», поскольку действие в одной области, неизбежно влияют на две другие. Установлено, что за последние 50 лет численность населения Бразилии возросла более, чем вдвое. За этот период значительно повысилось качество жизни населения, преодолена проблема голода. Энергетический потенциал биотоплива за 50 лет возрос в 3,6 раза. Темпы роста производства биотоплива (в 2,9 раза) опережают темпы роста его потребления (в 2,3 раза). Бразилия полностью поддерживает цели Парижского соглашения и создаёт дополнительные политические стимулы для увеличения доли биоэнергетики.

Рассмотрены основные направления в области снижения потребления воды для технологий энергетического использования биомассы (с упором на минимизацию забора пресной воды). Выделены наиболее перспективные направления по снижению водопотребления энергетическими установками на биомассе: применение неводных рабочих тел; воздушного и водо-воздушного охлаждения; очистка и возврат сточных вод и конденсата; комбинирование биомассы с другими возобновляемыми источниками энергии.

Показано что, в странах БРИКС целесообразно рассматривать применение биотопливных технологий уже в краткосрочном горизонте до 2030 г. прежде всего в авиации и тяжёлом автомобильном транспорте, где замещение жидких углеводородов технологически возможно с низкими затратами. Технологии «зеленого» водорода и Power-to-X пока имеют высокую стоимость и требуют подготовки инфраструктуры. Разумные политические меры (аукционы, субсидии) могут существенно ускорить вывод проектов в промышленную стадию. В средне- и долгосрочной перспективе на горизонте 2040-2050 гг. водород и семейство синтетических энергоносителей Power-to-X, способных обеспечить глубокое снижение совокупных выбросов в таких отраслях как авиаперевозки, морское судоходство, чёрной металлургия, производство аммиака, смогут играть системообразующую роль.

Показано, что регуляторно-институциональная повестка должна быть сфокусирована на закрытии разрыва издержек между низкоуглеродными и ископаемыми альтернативами (через контракты на разницу в цене, налогово-бюджетные стимулы и гарантированные контракты), устранении инфраструктурных узких мест (электро- и газовые сети, портовые терминалы для аммиака/метанола, логистика CO₂ и воды), а также на обеспечении жёстких критериев устойчивости сырьевой базы с учетом углеродного следа, включая требования к электрической энергии ВИЭ/АЭС, происхождению CO₂ и полному жизненному циклу топлив.

Китайская научная группа получила в 2025 году следующие результаты по проекту:

Установлено, что катализаторы облегчают конверсию легкого биомасла (ЛБМ) и модельных соединений, при этом катализатор Fe₁,₀-STC существенно увеличивает избирательное образование пятичленных циклов. Высокое содержание кислорода в ЛБМ было эффективно снижено при сохранении значительной части углерода в стабильной жидкой форме, что закладывает основу для каталитического обогащения ЛБМ в ценные химические вещества. Эффективное повышение выхода фенольных соединений достигнуто за счет использования железосодержащих углеродных катализаторов при пиролизе тяжелого биомасла.

Показано, что разработка технологий термохимической конверсии с использованием сельскохозяйственной биомассы – включая как лигноцеллюлозные материалы, так и водоросли – для производства биоугля и биогидроугля демонстрирует значительный потенциал для очистки оросительной воды. Эти материалы эффективно удаляют различные загрязняющие вещества, такие как органические загрязнители, тяжелые металлы и избыток питательных веществ, тем самым способствуя защите качества воды и качества почвы. Преодоление разрыва между лабораторными исследованиями и крупномасштабным применением будет иметь решающее значение для эффективного внедрения этих технологий для поддержки устойчивости сельского хозяйства и восстановления окружающей среды.

Разработана технология получения «зеленого» водорода. Результаты экспериментов показывают, что активация может создать пористую структуру биоугля, причем самое сильное положительное взаимодействие между летучими веществами и биоуглем для удаления смол наблюдалось при использовании биоугля, активированного при 800°С под действием CO₂. По сравнению с физической пористой структурой биоуглей, химическая структура полученного биоугля с высоким содержанием кислородсодержащих функциональных групп является основным фактором, обеспечивающим риформинга летучих веществ и повышение селективности образования водорода. Функциональные группы C=O способствовали реакции конверсии водяного газа, в то время как функциональные группы C-O усиливали паровой риформинг углеводородов. Лучшая селективность по H₂ (содержание 58,4 об.%) была получена с использованием биоугля, приготовленного при 600 ℃.

Южно-Африканская научная группа получила в 2025 году следующие результаты по проекту: Определено, что биоэнергетика с улавливанием и хранением CO₂ (BECCS) является не универсальным решением, а целевым инструментом энергетического перехода. Основное назначение – компенсация остаточных выбросов в секторах, где декарбонизация затруднена (цемент, металлургия, авиация, судоходство, тяжёлый транспорт и высокотемпературное тепло), обеспечение управляемой генерации электроэнергии и тепла, а также производства энергоносителей (водород, синтетические топлива) с отрицательной углеродной интенсивностью, формирование базового спроса на транспорт и долговременное хранение CO₂ в индустриальных кластерах.

BECCS даёт управляемую мощность и гибкость, дополняя переменные ВИЭ и сокращая потребность в резервировании, накопителях и избыточном сетевом усилении. В условиях возрастающей доли ВИЭ именно эта системная функция при отрицательном углеродном балансе обеспечивает общий эффект в виде снижения совокупных издержек перехода.

Установлено, что водоросли представляют собой высокоперспективное сырьё для производства биотоплива за счет высокой продуктивности, которая превышает традиционные сельскохозяйственные культуры, возможности круглогодичного культивирования на неиспользуемых землях с использованием солнечного света, CO₂ и воды, а также способность накапливать значительные количества липидов (до 75% массы), белков и углеводов. Процесс накопления липидов в водорослях (таких как Chlorella protothecoides, Nannochloropsis sp., Botryococcus braunii) может быть оптимизирован путём контроля питательных сред (дефицит азота при избытке углерода), что позволяет целенаправленно получать биомассу с высоким выходом липидов для дальнейшей переработки в биодизель.

Получаемое из водорослей биотопливо, в частности устойчивое авиационное топливо, по своему углеводородному составу (преобладание линейных и разветвленных алканов) и ключевым свойствам (теплотворная способность, термическая стабильность) соответствует или превосходит традиционные нефтепродукты, обладая при этом меньшим содержанием ароматических соединений.

Установлено, что условия выращивания водорослей напрямую влияют на качество водорослей как сырья для производства жидких продуктов путем термохимической конверсии. Проведенные исследования показывают, что водоросли, выращенные в условиях дефицита питательных веществ, содержат больше липидов и меньше белка, чем водоросли, выращенные в обычных условиях. Состав и качество жидких продуктов, как показали эксперименты зависят от качества биомассы водорослей и температуры пиролиза. Так количество азотсодержащих соединений в жидких продуктах из обычно выращенных водорослей составило 47,4 %, а выращенных в условиях дефицита равно 5,92 %.

Разработана технология пиролиза древесной биомассы для получения биоуглей в реакторе с неподвижным слоем в присутствии катализатора H-ZSM-5 и без катализатора. Показано, что повышение температуры пиролиза обеспечивает более глубокую термическую конверсию сырья, что приводит к повышению выхода жидких и газообразных продуктов и снижению производства твердого биоугля. Каталитический пиролиз обеспечивает более высокий выход жидких продуктов, что связано с протеканием крекинга образующихся продуктов.

Разработка технологий гидротермальной карбонизации для полупромышленного получения био-гидроугля из специфических отходов и их смесей опирается на совокупность знаний, полученных из различных исследований. Лабораторные эксперименты устанавливают базовые параметры процесса и выявляют ключевые инженерные проблемы, такие как необходимость создания непрерывных систем и управления побочными потоками. Исследования по предобработке сырья и совместной переработке смесей предлагают конкретные технологические решения для повышения эффективности, выхода и качества конечного продукта, адаптируя процесс к реальному, неоднородному сырью.

Проведены предварительные испытания водородного топливного элемента, которые показали, что напряжение холостого хода зависит от входного давления водорода на аноде. Максимальное полученное напряжение холостого хода составило 46,3 В при давлении водорода 25 кПа. Существуют различные потери во время работы топливного элемента. Мощность, вырабатываемая топливным элементом, пропорциональна плотности тока. При низкой плотности тока наблюдалось большое падение напряжения, но батарея поддерживала достаточное напряжение даже при высокой плотности тока. Максимальная полученная мощность составила 832,37 Вт. Максимальное значение КПД составило 62,16% при низкой плотности тока.

Проведены тестовые эксперименты на установке с генератором электроэнергии на основе синтез-газа, полученного путем термохимической конверсии биомассы, содержащей фотоэлектрические преобразователи. Были проведены запуски системы как на модельной пропан-бутановой смеси, так и на синтез-газе. Проанализировано поведение узла генерации на основе газа, поведение ФЭП и основные электрические характеристики системы. Применение комбинации солнечной энергии и конверсии биомассы позволяет восполнить недостатки обоих источников энергии и повысить стабильность энергосистемы.

Разработана математическая модель топливного элемента с протонно-обменной мембраной на водороде, предназначенная как для выполнения единичных расчётов, так и для проведения исследований в широком спектре изменений условий функционирования и решения задачи оптимизации как термодинамических, так и экономических показателей. С использованием разработанной математической модели ПЭМТЭ получены оптимальные параметры работы топливного элемента.

Показано, что выбор оптимальной технологии преобразования биомассы в электроэнергию требует тщательного учета конкретных условий проекта, включая доступность и стоимость сырья, требования к предварительной подготовке биомассы, доступный объем инвестиций и ожидаемые эксплуатационные затраты. Анаэробное сбраживание может быть предпочтительным при наличии бесплатного сырья и умеренных требованиях к мощности, газификация – при необходимости максимальной выработки электроэнергии и наличии средств для предварительной сушки, тогда как органический цикл Ренкина представляет интерес для проектов с ограниченными возможностями по подготовке сырья, но требующих относительно простой в эксплуатации системы.

В рамках реализации проекта проведены три очные встречи между руководителями и основными исполнителями международного проекта. Первая встреча состоялась 8 – 10 сентября в г. Иркутске в рамках проведения международной конференции «Системные исследования в энергетике – 2025», посвященная 65-летию ИСЭМ СО РАН. На международной секции было заслушано 12 докладов из России, Бразилии, Южной Африки и Ирана. 11 - 13 Сентября состоялась встреча в Китайском нефтяном университете (Пекин), в рамках которой были заслушаны доклады молодых участников проекта (студенты, аспиранты и молодые участники). Заключительная встреча состоялась в г. Кейптаун, ЮАР в рамках конференции «The 3rd Sustainable Bioenergy and Processes Conference», с 8 по 12 декабря 2025 года. В работе этой конференции приняли участие ведущие специалисты в области энергетики из ЮАР, США, Бразилии, Китая, России, Нигерии и других стран, с общим количеством 63 доклада.

В рамках этих встреч, представленные доклады содержали результаты выполнения работ по проекту «Устойчивое повышение ценности биомассы в рамках взаимосвязи вода-продовольствие-энергия: подход экономики замкнутого цикла для повышения эффективности использования ресурсов в условиях меняющегося климата». В ходе дискуссии были обсуждены вопросы потенциального вклада и роли биомассы в глобальный энергетический переход, пути возможного сотрудничества между научными коллективами стран БРИКС, а также подготовка совместных публикаций, участие и организация проведения будущих совместных научных конференций и семинаров.

Федеральным университетом Итажубы был организован вебинар для молодых участников проекта, который состоялся 8 и 12 мая 2025 года (the First Graduate Students Seminar of our BRICS project "Sustainable Valorization of Biomass within the Water-Food-Energy Nexus: A Circular Economy Approach to Resource Efficiency in a Changing Climate.").

Профессор Электо Силва Лора, который является координатором проекта, организовал проведение краткого курса для аспирантов и молодых ученых по энергетическому переходы и биотопливу, который проводился с 27 по 31 октября 2025 года на базе федерального университета Итажубы. Лекторами выступили руководители национальных команд проекта БРИКС, ведущие специалисты из США, Колумбии и Бразилии. Данный курс носил образовательный характер и способствовал получению новых знаний для аспирантов и молодых ученых. Кроме того, он способствовал налаживанию коммуникационных связей не только между руководителями и основными участниками проекта, но и между молодыми сотрудниками.

Таким образом, налажено сотрудничество между научными группами из разных стран, которая позволяет оперативно решать вопросы, возникающие в ходе реализации проекта, вести обмен знаниями и существенно повысить научный уровень проводимых исследований.

В 2025 году было опубликовано 4 статьи в журналах 1 и 2 уровня «Белого списка», также получено одно свидетельство о регистрации программы для ЭВМ.

В практических результатах проекта имеется существенная заинтересованность индустриального партнера проекта в лице ООО «РТСофт-Смарт Грид», с которым налажено регулярное взаимодействие.

В ходе работ по проекту во второй отчетный период достигнуты существенные результаты, которые способствуют пониманию места ресурсов биомассы в условиях меняющегося климата и энергетического перехода. Сформирована стратегия, направленная на оптимизацию использования ресурсов, снижение отходов и повышения устойчивости к изменению климата, что особенно актуально в условиях растущего дефицита ресурсов и климатических изменений.

Результаты, полученные на втором этапе, могут быть рекомендованы заинтересованным организациям в лице государственных структур и промышленных предприятий для формирования направления развития биоэнергетики. Показано, что при реализации Стратегии социально-экономического развития России до 2050 технологии переработки биомассы могут быть использованы для существенного снижения выбросов парниковых газов.

При оценке достижения целей второго этапа можно утверждать, что работы выполнены на 100 %, что составляет 75 % готовности от общего объема исследований, запланированных в проекте. Данный показатель соответствует заявленному в соглашении.