«Проект экологически безопасного освоения ресурсов Чёрного моря, обеспечение Севастополя и других регионов РФ экологически чистой энергией»

Интеллектуальная собственность по способам и оборудованию для получения НГЭС ИКТ защищена отечественными патентами и заявками на изобретение:

1. Установка для выращивания из жидкой фазы наногетероэпитаксиальных структур с квантовыми точками. Патент РФ No 2610050, приоритет 2015 г.

2. Способ выращивания в вертикальном реакторе многослойных наногетероэпитаксиальных структур с массивами идеальных квантовых точек -заявка No 2017140566 от 21.11.2017 г., Российская Федерация.

2.1.4. Сертификация и координирование работы с наблюдающими властями
Организация производства ФЭП на основе НГЭС ИКТ в соответствии со стандартами ISO-9000,предусматривает расходы в объеме ₽ 600 000 (Табл.2).

2.1.5. Аренда помещений в промышленной зоне.
Для реализации проекта на начальной стадии будут арендоваться помещения высокой степени чистоты в Севастопольском государственном университете (СевГУ), где уже созданы вентиляционная система, подводки водорода, азота, сжатого газа, вводы к вакуумным системам от насоса.
Промышленная технологическая линейка для выращивания НГЭС ИКТ будет размещаться в помещениях промышленной зоны.
Для контроля и характеризации параметров НГЭС ИКТ и ФЭП будут использоваться помещения площадью 75 м2.
Панируемое финансирование на аренду в объеме ₽ 1 000 000.

Сумма затрат на пилотное производство ФЭП на основе НГЭС ИКТ Табл. 3

Как следует из Таблицы 4, подготовка, обучение и оплата персонала для изготовления продукции,запланированной из инвестиций в размере ₽3 710 000. В связи с тем, что проект является наукоемким, то уровень заработных плат практически не будет отличаться в зависимости от категории специалиста, т.к. каждая работа требует неформального подхода к своим обязанностям. Это обусловлено тем, что только творческое отношение, которое будет стимулироваться заработной платой, даст возможность в столь короткий период времени организовать производство сложной системы – производство ФЭП, НГЭС ИКТ. Также предусмотрено финансирование командировок в объеме ₽ 690 000.

После окончания проекта эти же специалисты будут востребованы в производстве не только ФЭП, НГЭС ИКТ для космического базирования, но и фотоэлектрических модулей (ФМ) и солнечных фотоэлектрических установок (СФЭУ) с системой слежения за солнцем, производство которых будет являться продолжением развития бизнеса, созданного в результате реализации проекта.

Средняя оплата труда работников, занимающихся изготовлением ФЭП НГЭС ИКТ за 1 час,определяется отношением Оклада в месяц/Число рабочих часов в месяц и составляет ₽60. В соответствии со штатным расписанием, в таблице 4 приведены ежеквартальные и помесячные оплаты всем сотрудникам, принимающим участие в реализации предлагаемого проекта.

Оплата труда персонала

Табл. 4

Изготовление опытных партий ФЭП на основе НГЭС ИКТ
Табл. 5

К преимуществам высокоэффективных однопереходных ФЭП на основе НГЭС ИКТ на подложках кремния относятся:

•   высокая радиационная стойкость при взаимодействии с потоком космических частиц;

•   меньшая масса ФЭП в связи с использованием в качестве подложек кремния, плотность которого в 2,3 раза меньше плотности германия, стоимость которого существенно выше стоимости кремния;

•   изготовление металлических контактов ФЭП ИКТ в одном технологическом процессе с НГЭС ИКТ, что позволит понизить себестоимость радиационно-стойких, энергоэффективных ФЭП;

•   Срок службы – 50 лет

  Финансирование на текущие расходы при изготовлении ФЭП, НГЭС ИКТ осуществляется за счет заемных средств, поэтому необходимо учитывать преимущества высокоэффективных однопереходных ФЭП на основе НГЭС ИКТ, не имеющих аналогов.Такие панели предназначены для российского космоса, в основном для проектирования электростанции будущего. Солнечная батарея в космосе является единственным источником выработки необходимого количества электроэнергии. Низкая радиационная стойкость негативно влияет на структуру солнечных элементов, что влечет снижение выработки электроэнергии. Разработки космических солнечных модулей на земной орбите стоит в списке первоочередных задач энергетиков и специалистов, проектирующих электростанции будущего.

  Поэтому цена реализации ФЭП, имеющих высокую радиационную стойкость,формируется из расчета ₽20 000 за панель. Запланированный объем 16560 ФЭП/год имеет мощность 66240 Вт. В 2021 г. будет осуществляться переход на 2 промышленные установки с вертикальным реактором для подложек диаметром 4″. Производство 115920 штук ФЭП, НГЭС ИКТ с эффективностью =50% будут иметь мощность 463380 Вт, что соответствует получению денежных средств на сумму 54 655076 рублей. Для возврата

денежных средств можно также использовать возможность продажи интеллектуальной собственности участников проекта, которая подтверждена патентами.

Объем промышленного производства ФЭП на основе НГЭС ИКТ на 2-х промышленных установках.

Табл. 6

Производство 115920 штук ФЭП, НГЭС ИКТ с эффективностью 50% будут иметь мощность 463380Вт, что соответствует получению денежных средств на сумму54 655 076 рублей. Возврат денежных средств по проекту будет осуществлен в конце второго года и в до конца 2021 года. Для возврата денежных средств можно также использовать возможность продажи интеллектуальной собственности участников проекта, которая подтверждена патентами.

2.2. СПОСОБ ЭКОЛОГИЧЕСКИ БЕЗОПАСНОГО ИЗВЛЕЧЕНИЯ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИХ И МИНЕРАЛЬНЫХ РЕСУРСОВ ЧЕРНОГО МОРЯ

относится к сфере экологии и энергетики, в частности, к извлечению из глубинных вод Черного моря сероводорода, серы, водорода, цветных и редких металлов. Способ основан на природном процессе разложения сероводорода, растворенного в воде поступающим из атмосферы кислородом путем смешивания верхних слоев морской воды, содержащей кислород, с холодной сероводородсодержащей водой. На воздухе сероводородная вода постепенно окисляется до свободной серы, которая выпадает в осадок на дно в виде коагулированной серы 2Н2S + О2 = 2S + 2Н2О. Задачей данного способа является безопасное извлечение энергетических и минеральных ресурсов Черного моря: из холодной придонной сероводородсодержащей воды извлечение серы и водорода, а из придонной суспензии – серы, цветных и редкоземельных металлов. Извлечение энергетических и минеральных ресурсов осуществляется из придонной воды по вертикальным многосекционным трубопроводам, установленным стационарно на разных глубинах моря. К любому из трубопроводов подходит судно, на котором сначала насос с клапаном осуществляет движение забортной воды с поверхности моря в устройство для нагрева. Затем по горизонтальному трубопроводу нагретую воду через отводы с клапанами поочередно направляют в емкости, где каждая емкость с крышкой располагается внутри источника постоянного нагрева. Подъем порции холодной воды с придонной суспензией осуществляется по вертикальному многосекционному трубопроводу с помощью гибкого прочного шланга, а затем по горизонтальному трубопроводу через отводы с клапанами в емкости с нагретой водой.

Многократное заполнение емкостей порциями придонной воды и нагрев ее до заданной температуры приводит к понижению растворимости сероводорода в сероводородсодержащей воде или в воде с придонной суспензией, разложению сероводорода на коагулированную серу, цветные, редкоземельные металлы и газообразную водородсодержащую среду. При этом поддерживается контролируемый уровень воды в емкостях, её избыток направляется в отстойник, где послебарботирования воздухом, очищенная вода возвращается в море, а водород, полученный в электролизере из газообразной среды, используют для нагрева воды и емкостей. После заполнения емкостей осадками коагулированной серы, цветных и редкоземельных металлов до контролируемого уровня, погружают на суда-перевозчики для доставки потребителям.

2.2.1. Оценка объема рынка

В воде Чёрного моря содержится серебро и золото. Промышленным способом, по своим особым технологиям, серебро и золото добывают из воды Чёрного моря только Турция, Болгария и Румыния. В 2011 году, по данным U. S. Geological Survey, производство серы в мире составило порядка 69 млн т. Около 63,8 % этого объема пришлось на элементарную серу, полученную главным образом при переработке нефти 49,8 % и природного газа 44,3 %, а также при освоении месторождений самородной серы 1,2 %. Еще 29 % на отходящие газы цветной металлургии, коксовые газы, кислый гудрон нефтеперерабатывающих заводов и другое сырье, используемое в основном для прямого выпуска серной кислоты. И только 7,2 % на пириты. Крупнейшими производителями серы на глобальном рынке сегодня являются Китай 13,9 %, США 12,8 %, Канада 10,3 и Россия 10,3 %. На долю стран Ближнего Востока суммарно приходится 12,8 % мирового выпуска серы. Основные объемы газовой и нефтяной серы производят американские компании ExxonMobil, ConocoPhillips, Chevron и Valero Energy, один из крупнейших переработчиков нефти в США, британская BP, англо-голландская Shell, CITGO Petroleum дочерняя структура Petrоleos de Venezuela и российский «Газпром»(http://www.webeconomy.ru/index.php?page=cat&newsid=1300&type=news).

Около 90 % всей получаемой в мире серы сегодня перерабатывается и затем потребляется в виде серной кислоты. Приблизительно 65 % серной кислоты используется для производства фосфорных и комплексных удобрений. Еще 11-12 % приходится на другие области сельского хозяйства, выработку сульфата аммония и прочих серосодержащих удобрений, средств защиты от вредителей и различных химикатов. Остальное на горнодобывающую промышленность — выщелачивание медных и других руд, химический комплекс — производство синтетических каучуков и резинотехнических изделий, красителей, искусственных волокон и так далее, нефтяную отрасль -приготовление буровых растворов, алкилирование в нефтепереработке и целлюлозно-бумажную промышленность — сульфитная и сульфатная варка целлюлозы. Основными импортерами серы сегодня являются Индия 6%, Южная Америка 7%, США 10%, Северная и Южная Африка 24%, и Китай 32%.

Регулировать объемы добычи серы в соответствии с колебаниями рынка не представляется возможным, это обусловлено тем, что подавляющая ее часть получается попутно при производстве других целевых продуктов. В результате с 2000 года мировой выпуск серы превышал ее потребление, кроме периода 2004-2006 годов, когда спрос резко вырос благодаря введению новых мощностей по выпуску фосфатных удобрений и развитию металлургической промышленности в США, Южной Америке, Африке и Восточной Азии. В Канаде, Казахстане и России были накоплены значительные объемы нереализованной серы. Поэтому цены на серу были достаточно низкими, за исключением 2008 года, когда они выросли более чем в 10 раз и достигли 800 долларов за тонну. К настоящему времени, после резкого падения в период глобального финансово экономического кризиса, они вернулись к своим средним показателям в 150-200 долларов.

На текущий момент мировой рынок серы относительно сбалансирован. Как в прошлом, так и в нынешнем году конъюнктура способствует размещению серы по ценам, которые позволяют получать прибыль. Но перспективы развития рынка связаны прежде всего с планируемым широкомасштабным вводом на Ближнем Востоке новых мощностей по добыче и переработке углеводородов в 2014-2015 годах. Очевидно, что последствием этого станет резкий рост конкуренции на глобальном рынке между производителями серы. И в первую очередь это касается российских экспортеров.

В результате уже во втором полугодии «Газпром экспорт» вышел на объемы продаж, равные докризисному уровню. А в 2010 г. отгрузка серы за рубеж достигла рекордного показателя 4,941 млн т. Уменьшение объемов экспорта в прошлом году связано с тем, что были реализованы все накопленные ранее запасы и осуществлялся только сбыт товара, выпускаемого в реальном времени, поставки комовой и гранулированной серы составили 3,776 млн т. На текущий год задача компании сохранить существующие позиции на целевых рынках и диверсифицировать географию поставок.

В мире есть варианты использования и утилизации серы. Между тем наиболее рациональным и перспективным считается направление, предполагающее расширение рынка сбыта продукта. Речь идет прежде всего о применении серы при производстве новых строительных материалов. К их числу относят серобетон и изделия из него, а также сероасфальтобетон. В перспективе на их изготовление могут уходить такие же объемы серы, как сегодня на производство фосфатов. Дело в том, что стройматериалы с добавлением серы обладают высокими прочностными характеристиками, повышенной износо, коррозионно и химической стойкостью, низкой водопроницаемостью, высокой устойчивостью к резким перепадам температур, они очень экономичны и экологически безопасны.

Предполагается создание собственной лаборатории для разработки инновационных способов полимеризации серы, новых технологий изготовления изделий из серобетона и сероасфальта, химически конструкций, а также для снижения себестоимости выпускаемой продукции. Впоследствии, используя исключительные свойства серобетонов, планируется создание мобильных комплексов по производству конструкций непосредственно на строительных площадках при любых климатических и погодных условиях.

В Крыму и Севастополе является актуальным использование серного бетона,изготовления изделий из серобетона и сероасфальта. Сера высокой степени чистоты, извлеченная из вод Черного моря, необходима не только для серно-натриевых аккумуляторов. Она широко будет использоваться при изготовлении красок, в косметике, в оборонной промышленности (при изготовлении пороха), при производстве серной кислоты, для вулканизации каучука, как фунгицид в сельском хозяйстве и как сера коллоидная — лекарственный препарат. т.е. ее добыча имеет большой коммерческий интерес для Крыма и Севастополя, а также является наиболее эффективным способом оздоровления Черного моря.

Из сероводорода, при получении с помощью электролизеров 1,5 кг серы, дополнительно получают 1 м3 водорода, который необходим для водородной энергетики и как восстановительная среда в высокотехнологичных экологически чистых производствах полупроводниковых наноструктур. На начальной стадии объем рынка определяется потребностями Севастополя, а затем объемом рынка Крыма и других регионов России. Очевидно, и другие страны могут проявить интерес к технологиям получения экологически чистой энергетики. Также можно извлекать тяжёлую воду, которая используется в любом атомном реакторе: с тяжелой водой медленнее происходят практически все реакции.

2.2.2. Бюджет проекта «Оздоровление и экологически безопасное извлечение минеральных и энергетических возобновляемых ресурсов из вод Черного моря»

Затраты, связанные с реализацией предлагаемого проекта
Необходимое оборудование и материалы на общую сумму — ₽ 100 000 000

Табл. 1

2.2.3. Защита интеллектуальной собственности
Интеллектуальная собственность на способ защищена отечественными патентами.

«Способ экологически безопасного извлечения энергетических и минеральных ресурсов Черного моря». Заявка на изобретение No 2017121468 от 19.06.2017г., Российская Федерация.

Доход от продажи серы, получаемый из воды Черного моря, в 10 раз превышает расходы на ее добычу предлагаемыми методами. Возврат денежных средств за счет извлекаемой серы из вод Черного моря начнется с начала ее добычи. Сера в первую очередь будет использоваться в г. Севастополе и Крыму, которые станут основными потребителями этого продукта по минимальной цене, что позволит осуществлять возврат денежных средств.

Добыча из глубинных вод Черного моря (более 200 м) извлекаются редкоземельные и драгоценные металлы, тяжелая вода, цена которых в несколько раз выше, чем извлекаемые из воды на малой глубине сера и соль.
Возврат денежных средств по проекту будет осуществлен в конце второго года и до конца 2021 года. Для возврата денежных средств можно также использовать возможность продажи интеллектуальной собственности участников проекта, которая подтверждена патентами.

2.3. СЕРНО-НАТРИЕВЫЕ АККУМУЛЯТОРЫ

Стабильное обеспечение электроэнергией, получаемой при преобразовании солнечного излучения, возможно только при наличии аккумулирующих устройств большой емкости. В условиях Севастополя наиболее перспективным дополнительным источником энергии является водородная энергетика, т.к. дешевый водород может быть получен с помощью солнечной энергии из воды Черного моря. В качестве аккумулирующих устройств большой емкости перспективно использовать серно-натриевые аккумуляторы, наличие которых позволяет обеспечивать регион при неблагоприятных погодных условиях на протяжении 3-х недель и более.

Твердый электролит содержит гексагональные слои со структурой шпинели, содержащей атомы алюминия и кислорода. Ионы натрия, расположенные в плоскости перпендикулярно кристаллу, обладают высокой подвижностью, достигающей 0,3 Ом*см. Создание глинозема β-А12О3 осуществляется путем высокотемпературного спекания при температуре 1550С предварительно спрессованных заготовок (Рис. 6).

В аккумуляторах используется натрий промышленного уровня чистоты, получаемый электролитическим методом на предприятиях химической отрасли, лимитируется содержание кальция – не более 0,5%. Используемая в аккумуляторах сера, также требуется высокой степени чистоты. В качестве уплотняющих узлов конструкции используются стеклоприпои и фланцы из технического глинозема. Металлические детали, контактирующие с натрием, изготавливаются из алюминия, а контактирующие с серой – из стали с защитным покрытием. Производство узлов деталей и готовых аккумуляторов возможно на местных предприятиях химической, металлургической, электротехнической и других отраслей. В Японии и США (не имеющих сероводородных ресурсов Черного моря) такие аккумуляторы производят серийно для энергоснабжения населенных пунктов (Рис.7).

Этот тип батареи, питающей электрический двигатель, становится конкурентом двигателю внутреннего сгорания. Конечно, должна быть развита инфраструктура по обслуживанию и зарядке батарей, но все выглядит многообещающим. Есть оценка, что стоимость эксплуатации электрического транспортного средства составит менее 15% от бензиновой версии, впрочем, выгоду могут свести на нет дополнительные затраты на производство. Окупаемость серно-натриевых аккумуляторов при наличии серы и натрия из вод Черного моря, обусловлена тем, что он применяется как стационарный источник для снятия пиковых нагрузок на промышленных электростанциях, первоначально найдёт применение именно в этой области. Для стационарного варианта отсутствуют термоудары, связанные с выходом на режим, и возможна тщательная диагностика каждого аккумулятора.