НТИ март 2012 Ч.1 Экология, Энергия.

Уважаемые коллеги, читатели «Методолога»!

 

После  опоздания с предыдущим обзором никак не могу войти в обычный график. В марте новостей было довольно много, но распределялись они по разделам не совсем привычным и равномерным образом. Пришлось расстаться  с некоторыми интересными новостями из «перегруженных» разделов, чтобы сохранить формат.

 

Расширился, по сравнению с предыдущими обзорами, раздел ЭКОЛОГИЯ.

«Зелёная» энергия может стать действительно зелёной», пишет 8 марта www.nanonewsnet.ru. «Несколько лет назад впервые был зафиксирован факт получения электричества от живого растения. Но только сейчас исследования ряда американских, голландских и японских учёных подошли к точке, где стала ясна возможность коммерциализации бактериальных топливных элементов (БТЭ), питающихся от продуктов жизнедеятельности растений. Такие БТЭ одновременно вырабатывают электричество и снижают образование парниковых газов. Американец Гордон Уэйлд, изобретатель из Иллинойса, первым обнаружил в 2006 году, что металлический гвоздь, вбитый в дерево и соединённый проводком с металлической же закопанной в землю пластиной, играет роль анода, по которому электроны устремляются к пластине-катоду. Теоретическое объяснение этому необычному факту дал физик Андреас Мершин из Массачусетского технологического института (США): в почве оказалось больше положительно заряженных ионов водорода, чем в дереве. По сути, энергия бралась из побочных последствий фотосинтеза, осуществляемого деревом. Но электричества при этом вырабатывалось весьма немного, и самостоятельным источником энергии такой «топливный элемент» стать не мог. Берт Хамелерс, исследователь из Вагенингенского университета (Нидерланды), подошёл к проблеме с противоположной стороны; его работа на эту тему недавно появилась в журнале Bioresource Technology. Целью учёного было создание бактериальных топливных элементов, но не таких, как нынешние (для переработки мусора и биоотходов), а автономных, не требующих систематической подпитки.

Г-н Хамелерс задался вопросом: где можно найти больше всего бактерий, не зависящих от внешней топливной подпитки? Этим местом оказалась почва. Почвенные бактерии получают около 50% углеводов, вырабатываемых растениями в процессе фотосинтеза. Аэробные бактерии разлагают углеводы, образующиеся при этом ионы водорода соединяются с кислородом; итог — молекулы воды. Вывод: как источник энергии аэробы не годятся. Поэтому исследователь обратил внимание на анаэробные бактерии, живущие в заболоченным почвах, где нет свободного кислорода. Он укладывал электроды рядами, засыпая пространство между ними смоченными мелкими графитовыми гранулами, играющими роль анода. После ряда опытов ему и биотехнологу Давиду Стрику удалось поднять энергоотдачу с 0,2 Вт с одного кв. м до 0,5 Вт. Г-н Стрик настолько воодушевился полученными результатами, что даже основал компанию Plant-e, с помощью которой надеется коммерциализировать новые бактериальные топливные элементы. Между тем усилия голландских учёных были замечены, и сейчас они работают по программе ЕС Plant Power, намереваясь поднять отдачу до 3,2 Вт на кв. м. И даже с половиной от этой цифры квадратный метр травяной крыши (что в Голландии почти общее место) сможет вырабатывать 14 киловатт-часов год, а с крыши в 50 м² — 700 кВт•ч; это составляет 20% от ежегодного потребления средней голландской семьи. Как Стрик и Хамелерс намерены получить такие результаты? 

  • Во-первых, есть растения, у которых основная часть массы расположена в почве, туда же они выделяют до 80% избыточных для себя углеводов. Особенно привлекательна в этом смысле обычная сахарная свёкла.
  • Другим значительным резервом остаётся бактериальная флора. Существующая естественная флора разлагает углеводы настолько быстро, что катод не успевает задействовать образующиеся электроны в реакции окисления. Подбор другой анаэробной флоры, по мнению исследователей, способен значительно повысить энергоотдачу. Сами «электростанции» можно располагать в любом болоте, на территориях, не имеющих никакого хозяйственного значения. В отличие от существующих ветровых и солнечных источников электроэнергии, бактерии «работают» и ночью — следовательно, не потребуется разворачивать сеть дорогостоящих промышленных энергонакопителей.

Сходными идеями руководствуется и Казуя Ватанабе, биолог из Токийского университета (Япония). Располагая электроды на затопленных рисовых чеках, он рассчитывает не только получать электричество, но и снизить негативное воздействие глобального потепления. Как отмечает Уилли Гермстрайт из Гентского университета (Бельгия), эта инициатива особо интересна потому, что заливные рисовые поля производят до 20% ежегодных выбросов метана — одного из сильнейших парниковых газов. Собственно говоря, все те ионы водорода, которые бактериальные почвенные топливные элементы окисляют при получении электроэнергии, раньше уходили на окисление «осколков» углеводных молекул и вели к выработке метана, попадавшего затем из почвы в воздух. БТЭ снижают метановые выбросы вне зависимости от типа растений, но рисовые поля в странах Азии занимают значительную площадь (в Японии это 12% территории страны), и при этом из-за обводнённости на них живут только анаэробные бактерии, особенно энергично вырабатывающие метан. Словом, у авторов новых топливных элементов на руках уже есть серьёзные экологические козыри. Будут ли им сопутствовать экономические и энергетические удачи, покажет время».

 «Зеленая энергетика приведет к дефициту редких металлов», утверждает 19 марта www.nanonewsnet.ru. «Исследование, опубликованное в издании Environmental Science and Technology, гласит, что переход на экологически чистые источники энергии вызовет кризис с поставками дефицитных металлов. А эти материалы очень важны для современной промышленности. Например, два редкоземельных металла, диспрозий и неодим, имеют ключевое значение для современных технологий производства ветряных турбин и электрических транспортных средств. Крупномасштабный переход от угольных электростанций и бензиновых автомобилей к ветрякам и электромобилям может привести к увеличению спроса на эти два и без того дефицитные металла, которые, к тому же, в основном добываются в одной стране – Китае. Спрос может вырасти на 600–2600% в течение следующих 25 лет, при этом сегодня добыча диспрозия и неодима увеличивается лишь несколько процентов в год. Сегодня правительства некоторых стран и промышленные компании выражают озабоченность по поводу устойчивости поставок 17 редкоземельных элементов, которые используются для производства оборудования самолетов, лазеров, медицинских приборов и т.д. Без этих материалов невозможно продолжить развитие экологически чистых технологий и снизить уровень углекислого газа в атмосфере до уровня 450 частей на миллион.

Команда ученых под руководством Рэндольфа Кирчейна проанализировала поставки лантана, церия, празеодима, неодима, самария, европия, гадолиния, тербия, диспрозия и иттрия при различных сценариях развития экономической ситуации и прогресса. Они спрогнозировали спрос на эти 10 редкоземельных элементов до 2035 года. В одном из сценариев, спрос на диспрозий и неодим может повыситься на 2600 и 700% соответственно. Для удовлетворения этой потребности, производство, например, диспрозия должно каждый год удваиваться. Несмотря на впечатляющие успехи по расширению производства редкоземельных материалов, достигнуть такого показателя будет очень трудно. Ученые считают, что избежать кризиса можно только заменой редкоземельных материалов более дешевыми и распространенными, а также переработкой отходов».

 «Непринтер: раз-печатка на бумаге» - название заметки, размещенной 20 марта на www.popmech.ru. ««Анти-принтер» способен удалять тонер с использованных листов бумаги для нового использования. Массовая гибель лесов – обезлесение – проблема, которая должна заботить каждого ответственного человека. Обычная причина этому – промышленная вырубка деревьев без должной высадки новых. По оценке ООН, в первые пять лет XXI в. по этой причине площадь лесов в мире ежегодно снижалась на 7,3 млн гектаров. Даже простое перечисление проблем, от климатических до социальных, к которым это ведет, способно повергнуть в уныние. По счастью, новые технологии позволяют мало-помалу снижать темпы этого процесса. Возможно, свою роль в этом сыграет и проект британских ученых из группы Джулиана Оллвуда (Julian Allwood) – «анти-принтер», способный превратить использованный лист бумаги снова в белый для повторного использования. В своих опытах авторы использовали обычную бумагу Canon и черно-белый лазерный принтер HP Laserjet. Они отработали в общей сложности десяток различных вариантов установки с использованием лазера, который должен испарять тонер с поверхности бумаги. Было апробировано лазерное излучение разной интенсивности и частоты, от ультрафиолетового до инфракрасного. В конечном итоге удалось подтвердить, что подход позволяет эффективно удалять тонер с бумаги, не повреждая ее поверхности, деградация структуры бумаги наблюдалась лишь после нескольких итераций распечатывания и «раз-печатывания». По оценке авторов, если такой подход станет обычным в бумажном делопроизводстве, он сам по себе способен вдвое снизить вредные выбросы, создаваемые бумагоперерабатывающими предприятиями – не говоря уж о том, что вырубку деревьев можно будет заметно сократить. А пока же ученым предстоит создать полноценный прототип такой установки».

Раздел ЭНЕРГИЯ в основном посвящен солнечным батареям.

«Индийцы представили солнечные батареи с хранением энергии», сообщает 5 марта www.membrana.ru. «По словам разработчиков, это первые в мире устройства, в которых непосредственно интегрированы фотоэлектрические ячейки и накопители электричества. Новинка призвана сглаживать неравномерность в выработке солнечной энергии. Она может питать потребителей даже ночью. Преобразователь под названием Amrita Smart создали учёные из индийского центра нанонауки и молекулярной медицины (ACNSMM). Общая идея проекта сходна с принципом японской разработки 2004 года – фотоконденсатором, собирающим энергию солнечных лучей. В панели Amrita Smart установлены фотогальванические элементы, под которыми находятся суперконденсаторы. Один из авторов прибора, Шантикумар Наир (Shantikumar Nair), рассказывает: «Продукт может удовлетворить потребность дома в электричестве и способен хранить энергию до семи дней. Это может быть особенно полезно в облачную или дождливую погоду». Опытные панели Amrita Smart дебютировали на конференции по нанотехнологиям в солнечной энергетике и системах хранения энергии Nanosolar 2012, прошедшей в конце февраля в штате Керала. Эти устройства могут зарядить ноутбук или смартфон после пребывания на солнце в течение всего четырёх часов. Вес таких панелей составляет порядка 200 граммов. Более крупные версии Amrita Smart в дальнейшем могут быть выпущены в виде "солнечной черепицы", утверждают индийцы. Они помогут упростить «солнечное питание» дома за счёт отказа от отдельных аккумуляторов. Разработчики надеются, что на рынок панели Amrita Smart попадут в течение одного-двух лет. «Они будут производиться с использованием тонкоплёночных суперконденсаторов и карбоновой рамы. Мы надеемся запустить их по всему миру в течение года», — заявил доктор Наир».

«Новая технология удешевит солнечные батареи вдвое», утверждает 14 марта www.membrana.ru. «Стоимость серийных батарей можно снизить до 40 центов за ватт против 80 у самых дешёвых сегодняшних образцов – таково обещание стартапа, представившего перспективную технологию обработки кремния. Калифорнийская компания Twin Creeks Technologies объявила о внедрении на своём заводе солнечных батарей, расположенном в штате Миссисипи, технологии изготовления ультратонких пластин монокристаллического кремния. В теории этот метод был предложен много лет назад, но заслуга Twin Creeks заключается в разработке и создании промышленного оборудования, способного реализовать данную идею при серийном выпуске СБ. Цель новации заключается в радикальном (до 90%) сокращении расхода кремния на квадратный метр панели при сохранении высокого КПД устройства. Ведь при производстве СБ большие денежные затраты во многом обусловлены самим чистым кремнием и всеми технологическими цепочками, которые он проходит, пока превращается в готовый фотоэлемент.

При этом существует, по меньшей мере, два проблемных места. Во-первых, батареи классической конструкции используют относительно толстый кристаллический кремний (от 100 до 300 мкм, но, обычно, 200 мкм). Во-вторых, при резке полупроводника на пластины возникает немало отходов (иной раз, до половины от начальной массы). Учёные и инженеры уже предлагали способы отрезания сверхтонких пластин от заготовок (различные виды пил и лазеры), поскольку для работы СБ достаточно куда более тонкого слоя материала. Но или способы получались затратными, или просто готовые пластины далее невозможно было приспособить к имеющимся производственным линиям – хрупкий кремний легко ломался. А вот Twin Creeks Technologies внедрила у себя почти безотходный метод отрезания листов кремния толщиной всего в 20 мкм – в десять раз меньше обычного. Для этой задачи она использует собственный ускоритель ионов Hyperion 3, совмещённый с большой вакуумной камерой. Аппарат бомбардирует поверхность исходной пластины ионами водорода (фактически — протонами) со строго рассчитанной энергией. Ионы проникают в толщу кремния и останавливаются на глубине 20 микрометров. Там создаётся насыщенный протонами слой. Далее облучённую заготовку быстро помещают в печь и нагревают. Ионы создают слой микроскопических пузырьков водорода.

Теперь достаточно слабого механического воздействия, чтобы по этой границе от исходной пластины аккуратно откололся 20-микрометровый пласт. Оставшийся материал запускается в новый цикл: с одной донорской пластины кристаллического кремния Twin Creeks получает 10-14 ультратонких заготовок. Ускоритель Hyperion 3 в десять раз производительнее предшественников, так как приспособлен к облучению большого количества пластин одновременно. Они помещаются внутрь вакуумной камеры и раскладываются вдоль обода вращающегося колеса. Процесс установки и удаления заготовок роботизирован. Одна машина Hyperion 3 может выпускать кремниевые пластины для СБ на «сумму» в 5-6 мегаватт в год. Следующий шаг – добавление к этому кремнию достаточно тонкой металлической подложки. Она позволяет запускать листы дальше по производственной цепочке, без опасения, что будущие фотоэлементы треснут от малейшего удара. Twin Creeks Technologies утверждает, что её процесс совместим с другими монокристаллическими материалами, например, с арсенидом галлия. Это ещё один фактор привлекательности технологии. Компания рассчитывает не столько сама выпускать СБ по новому методу (мощности фирмы малы – до 25 мегаватт в год), сколько продавать ускорители ионов и иное необходимое в данном случае оборудование другим производителям солнечных батарей. В ближайший год американцы надеются разместить на рынке 5-10 таких комплексов».

«Созданы рекордные пластиковые солнечные батареи», информирует 13 марта www.nanonewsnet.ru. «Новый рекорд эффективности дешёвых пластиковых солнечных батарей установлен исследователями из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе (США): их изделиям удалось преобразовать 10,6% солнечной энергии в электричество. Предыдущий рекорд, достигнутый летом 2011 года, равнялся 8,6%. Целью команды исследователей, руководимой Яном Яном, профессором материаловедения и инжиниринга из Университета Калифорнии в Лос-Анджелесе, было создание пластиковых фотоэлементов, которые смогли бы достичь показателей массово выпускаемых неорганических солнечных батарей, оставаясь при этом значительно более дешёвыми. Новый светопреобразующий полимер, разработанный совместно с Sumitomo Chemical, позволил приблизиться к решению этой задачи. Производящиеся сегодня кремниевые солнечные батареи, разумеется, способны на куда бóльшие КПД-подвиги. Лучшие лабораторные результаты для неорганических фотоэлементов стремятся к 43%, и даже промышленно выпускаемые батареи дают 24%. Но вот стоят они… Что-то вроде $3 тыс. на киловатт установленной мощности, а это в два-три раза дороже, чем у тепловых электростанций и крупных ГЭС.

Преимущества полимерных солнечных батарей очевидны: они гибки, легки, дёшевы в массовом производстве. Но до недавнего времени всё это перевешивалось одним, но важным недостатком — низким КПД, обычно в районе 5–7%. В новой полимерной батарее два слоя. Первый, внешний, извлекает энергию из видимого светового излучения, а второй, под ним, — из инфракрасного, теплового. Дело в том, что с ростом температуры производительность солнечных батарей падает. Получая электричество от тепловой энергии, второй слой ещё и охлаждает фотоэлемент, поддерживая его КПД на более высоком уровне. Напомним: лучшие неорганические фотоэлементы тоже состоят из слоёв, количество которых может доходить до восьми. Проблемой здесь является их стоимость: восьмислойные фотоэлементы на кремниевой основе приходится делать по стандартным радиоэлектронным технологиям, что в случае солнечных батарей слишком дорого — цены, приемлемые для микросхем, неподъёмны для гектарных гелиоэлектростанций. Полимеры же могут «печататься» в жидком виде, с последующим застыванием и не требуют всех этих вакуумных напылений и иных высокотемпературных экологически небезопасных процессов, обходящихся в копеечку.

Своей новой целью профессор Ян называет создание пластикового фотоэлемента с КПД 15%. По его словам, хотя 10% хватает для того, чтобы конкурировать с тонкослойным кремниевым солнечным фотоэлементом (который примерно втрое дороже пластикового), обычно любые фотоэлементы в лаборатории показывают эффективность в полтора раз выше, чем в «поле», в основном из-за производственно-технологических проблем (худшее качество изготовления в серии) и банальной запылённости (в большой энергетике никто не будет посылать лаборанта чистить от пыли каждый квадратный сантиметр батареи)».

«Американцы создали складной солнечный концентратор», сообщает 2 марта www.membrana.ru. «При разработке этого проекта инженеры вдохновлялись цветком лотоса. Авторы новации утверждают, что «на основе цветка» они выпустят на рынок относительно недорогой комбинированный генератор (электричество плюс тепло). Компания Monarch Power представила свой новый проект — Monarch Lotus. Его сердце – складной концентратор, представляющий собой 18 «лепестков лотоса». В разложенном виде этот зеркальный цветок насчитывает в диаметре 4 метра. 18 лепестков зеркала сгруппированы в 6 слоёв. Между собой лепестки в определённом порядке соединены струнами, так что перемещение шести базовых лепестков вызывает правильное раскрытие всех остальных. Площадь собирающей свет поверхности – 11 м2. Степень концентрации лучей – приблизительно три порядка. Площадь солнечных батарей, которые предполагается установить в фокусе этого зеркала, равна 120 см2. Это будет мозаика из ста двадцати сантиметровых ячеек. Авторы системы намерены использовать в ней эффективные серийные СБ (как пример таких батарей можно вспомнить Spectrolab C3MJ+ с КПД 39,2%).

Создатели системы Monarch Lotus рассчитывают, что в реальных условиях, с учётом всех потерь и не самой лучшей погоды, а также применения не самых рекордных фотоячеек, аппарат сможет генерировать 2-3 кВт электрической мощности. Кроме того, поскольку батареи потребуется интенсивно охлаждать, система будет производить как побочный продукт горячую воду. Расчётная тепловая мощность установки тоже составляет 2-3 кВт. Пока компания построила только прототип концентратора и ещё не устанавливала на нём солнечные батареи. Параллельно американцы ведут экспериментальную работу по созданию собственного альтернативного генератора электричества для «лотоса» – миниатюрной системы «паровой котёл плюс паровая машина». Какой способ преобразования окажется выгоднее, покажет практика.

По мнению Monarch Power, у её проекта есть очевидные преимущества перед аналогами. Концентратор-цветок выполнен из полимеров и алюминия. Он лёгок (вся установка должна весить порядка 100 кг) и транспортабелен. «Монарх лотос» может складываться при сильном ветре или ливне, поясняет Gizmag. А для перевозки этот «цветок» ещё и спускается вниз по своему алюминиевому столбу. В таком виде установку можно погрузить в крупный пикап. По оценке компании, система Monarch Lotus должна стоить порядка $9 тысяч. Это весьма привлекательные $1,5 за ватт установленной мощности (если считать по максимуму 3 кВт электрической и 3 кВт тепловой энергии). Авторы солнечного генератора надеются, что он будет востребован в самых разных ситуациях: как индивидуальная электростанция для коттеджа, придорожного кафе, автозаправки или зарядной станции электромобилей, как установка, которую можно взять с собой в путешествие на автокемпере и раскрывать на стоянке, как аварийный генератор, оперативно доставляемый в район стихийных бедствий. В отдалённых сообществах «лотос» может работать ещё и в роли опреснителя (за счёт энергии своей тепловой части), выдавая до 10 тысяч литров воды в день. Разумеется, пока это всего лишь проектные характеристики, да и сроков выхода «лотоса» на рынок Monarch Power не называет».

«В России создана первая в мире гибридная энергетическая магистраль», пишет 16 марта www.nanonewsnet.ru. «Сотрудники Института нанотехнологий микроэлектроники (ИНМЭ РАН), Всероссийского научно-исследовательского проектно-конструкторского и технологического института кабельной промышленности (ВНИИКП) и Московского авиационного института (МАИ) разработали и успешно испытали первую в мире гибридную энергетическую магистраль. Энергия в ней передаётся сразу двумя способами — в виде потока жидкого водорода и в виде электричества по сверхпроводящему кабелю. Создание новых типов линий электропередачи — дело весьма актуальное, но не простое. Сборный коллектив отечественных учёных и инженеров реализовал на практике выдвинутую в 2011 году идею кабельной линии энергопередачи, сочетающей сверхпроводник и хладоагент, который не только поддерживает сверхпроводящее состояние кабеля, но является энергоносителем. Идея доведена до опытного образца; в качестве хладоагента использован жидкий водород. Затраты на поддержание низкой температуры в «водорических» (от hydricity — hydrogen + electricity) магистралях для передачи электроэнергии составляют десятые доли процента от общего объёма передаваемой энергии, а экологичность водородных технологий и подобранный с учётом низкой стоимости сверхпроводящий материал — дополнительные, но также весомые аргументы. Обсуждение возможности создания гибридных транспортных энергомагистралей ведётся давно.

В мае 2011-го в Институте изучения устойчивости окружающей среды (Потсдам, ФРГ) под руководством Нобелевского лауреата Карло Руббиа состоялся симпозиум, на котором рассматривались возможности передачи потоков энергии порядка 10 ГВт на расстояния в тысячи километров. Был сделан теоретический расчёт, показавший, что оптимальным решением является именно гибридная магистраль с жидким водородом и сверхпроводящим кабелем на основе MgB2. А вот первая экспериментальная работа проведена в России, и это не может не радовать. В качестве сверхпроводящего материала российские специалисты использовали ленты диборида магния MgB2 производства итальянской фирмы Columbus Superconductor. Этот низкотемпературный сверхпроводник с критической температурой в ~39 К был открыт совсем недавно, в 2001 году. Он хорошо подходит для использования в водородной магистрали, так как может работать при температуре жидкого водорода, демонстрируя высокие сверхпроводящие свойства. Главное же в том, что он сравнительно прост в производстве и недорог (в 20 раз дешевле известных высокотемпературных сверхпроводников).

Кстати, созданный во ВНИИКП сверхпроводящий кабель — это второй случай использования диборида магния на практике; до сих пор преимуществами этого материала пользовались лишь разработчики магнитов МРТ-сканеров. Основной токонесущий слой нового сверхпроводящего кабеля состоит из пяти лент диборида магния, спирально уложенных на сердечник из пучка медных проволок. Диаметр кабеля — 26 мм, длина — около 10 м. Внутри конструкции остался изолированный канал диаметром около 12 мм, предназначенный для охлаждающего жидкого параводорода. Кроме того, параводород циркулирует в полости между внешней оболочкой кабеля (диаметром 28 мм) и внутренней стенкой криостата (40 мм).

Испытания экспериментальной энергомагистрали проводились на специализированном стенде Конструкторского бюро химавтоматики (Воронеж). Установка представляла собой макет гибридной энергетической магистрали (с рабочим давлением до 10 бар) для размещения сверхпроводящего кабеля, собственно сверхпроводящий кабель и токовые вводы. О результатах испытаний рассказывает завотделением сверхпроводящих проводов и кабелей ВНИИКП, д. т. н. Виталий Высоцкий: «Сегодня необходимый порядок величины расстояний передачи электроэнергии составляет 3 000–5 000 км, а требуемая мощность — около 10 ГВт. В модельной магистрали, которую мы испытали, поток жидкого водорода в 200–220 г/с несёт около 25 МВт мощности, плюс по сверхпроводящему кабелю идёт электричество — в нашем случае это 50 МВт. Но последний показатель легко увеличить втрое, добавив число сверхпроводящих лент, причём даже в нашей магистрали. В промышленном решении за счёт увеличения тока, напряжения и объёма потока водорода (увеличив диаметр трубы) можно пропускать куда более мощные энергопотоки».

Уместен вопрос: как всё это сопрягается с практикой? Вероятно, пока никак. Несмотря на то что жидкий водород действительно значительно превосходит в удельной энергетической ёмкости другие виды жидкого топлива (бензин — вдвое), пока нет ни развитой инфраструктуры, ни значительного числа потребителей. И всё-таки эксперимент многообещающий: использованный в качестве хладоагента жидкий водород имеет теплоту испарения 446 кДж/кг, в то время как для жидкого гелия она составляет 20,28 кДж/кг. Поэтому его применение позволило создать весьма компактную установку (максимальный наружный диаметр — 370 мм) с высокой тепловой стабильностью. И это уже не говоря о меньшей стоимости жидкого водорода (в сравнении с тем же гелием).

Комментирует работу старший научный сотрудник лаборатории Сверхпроводимости ФИАН, кандидат физико-математических наук Юрий Федорович Ельцев: «Работа вызывает целый ряд положительных эмоций. Во-первых, создание гибридной магистрали является, по сути, новым видом практического применения сверхпроводников. Во-вторых, использование токонесущего элемента на основе диборида магния, с момента открытия сверхпроводимости в котором прошло всего 10 лет, показывает, что этот материал является весьма перспективным и для других возможных применений в технике. В-третьих, этот пионерский эксперимент был сделан в России, показывая, что потенциал российской науки не исчерпан, и мы вправе ожидать новых достижений наших ученых».

Продолжение следует

 

Алфавитный указатель: 

Рубрики: 

Комментарии

Re: НТИ март 2012 Ч.1 Экология, Энергия.

Изображение пользователя Андрей Трошин.

Никогда солнечная энергетика не заменит традиционную по двум причинам:

- техническое решение  существенным образом зависит от климата

-  как следствие первой причины источник имеет периодическое действие и требует аккумулирования энергии, следовательно всегда система имеет

дополнительные расходы на аккумуляторы.

Re: НТИ март 2012 Ч.1 Экология, Энергия.

Сегодня я высказываюсь только про одну из заметок Сергея, на мой вкус - о наиболее перспективном направлении. Все остальные вполне укладываются в тренды, но не показывают никаких явных прорывов.

«Зелёная» энергия может стать действительно зелёной», пишет 8 марта www.nanonewsnet.ru. «Несколько лет назад впервые был зафиксирован факт получения электричества от живого растения. Но только сейчас исследования ряда американских, голландских и японских учёных подошли к точке, где стала ясна возможность коммерциализации бактериальных топливных элементов (БТЭ), питающихся от продуктов жизнедеятельности растений.

Достаточно подробная публикация здесь: http://www.indiaenvironmentportal.org.in/files/file/Power%20plants.doc

Здесь можно посмотреть кое-какие подробности в режиме «популярной статьи»:

http://www.newscientist.com/article/mg21328512.300-power-plants-grow-your-own-electricity.html

http://www.squidoo.com/plantselectricity

 

Исторически первая (кажется) публикация:

http://www.sitnews.us/0506news/050206/050206_energy_source.html

Гордон Вадле (Gordon Wadle) – не исключено, что это имя стоит запомнить. На фейсбуке его можно найти здесь: http://www.facebook.com/gordon.wadle

Тут же последовал и патент (Америка же!) POWER FROM A NON-ANIMAL ORGANISM,
US Patent Appln 2007279014, http://www.rexresearch.com/wadlevoltree/wadlevoltree.htm (правда, USPTO, почему-то этот патент не отдает)

Другим человеком, за которым стоит проследить в этом плане, является Андреас Мершин (Andreas Mershin) из MIT и Voltree power (http://www.voltreepower.com/aMershin.html).

Его можно поискать в ЛинкедИне (http://www.linkedin.com/pub/andreas-mershin/0/506/631) и на фейсбуке (http://www.facebook.com/pages/Andreas-Mershin/106002552763576).

В мае состоится и конференция на эту тему: http://www.idtechex.com/energy-harvesting-europe/eh.asp

Что же до топика, то им занимается Bert Hamelers (в общих сетях не нашел, в научных не искал). Сайт института: http://www.plantpower.eu/index.php?option=com_content&view=article&id=73&Itemid=36

Пару его статей на тему можно прочитать здесь:

http://www.microbialfuelcell.org/publications/wur/strik_et%20al_2008.pdf

http://www.waternetwerk.nl/downloads/news/xlcyFNkc7r1uQGNQ.pdf

Что же до самого решения, то выглядит весьма многообещающе, хотя очевидно огромное количество вторичных проблем, связанных с коммерциализацией этого дела.

Хочу только обратить внимание на один важный аспект.

На первый взгляд кажется, что этот вид возобновляемой энергии имеет тот же порок, что и большинство других: нестабильность. В данном случае, нестабильность сезонную. По крайней мере, для нетропических стран с ярко выраженной зимой. Однако, следует учесть, что кпд такого преобразования крайне низок (сейчас они получают что-то около 1-3%). это, в свою очередь, означает довольно большое тепловыделение в задействованных участках почвы. Соответственно, почва будет прогреваться и вполне вероятно, что падение энерговыделения зимой не произойдет. Но с другой стороны, не вполне очевидно, как это скажется на экологии.

Re: НТИ март 2012 Ч.1 Экология, Энергия.

content manager wrote:

«Новая технология удешевит солнечные батареи вдвое», утверждает 14 марта www.membrana.ru. «Стоимость серийных батарей можно снизить до 40 центов за ватт против 80 у самых дешёвых сегодняшних образцов – таково обещание стартапа, представившего перспективную технологию обработки кремния. Калифорнийская компания Twin Creeks Technologies объявила о внедрении на своём заводе солнечных батарей, расположенном в штате Миссисипи, технологии изготовления ультратонких пластин монокристаллического кремния. В теории этот метод был предложен много лет назад, но заслуга Twin Creeks заключается в разработке и создании промышленного оборудования, способного реализовать данную идею при серийном выпуске СБ. Цель новации заключается в радикальном (до 90%) сокращении расхода кремния на квадратный метр панели при сохранении высокого КПД устройства. Ведь при производстве СБ большие денежные затраты во многом обусловлены самим чистым кремнием и всеми технологическими цепочками, которые он проходит, пока превращается в готовый фотоэлемент.

Коллеги, с пренебрежением отнесся к этой заметке. А, возможно, зря. Рекомендую:

http://www.technologyreview.com/energy/39887/page1/

http://www.twincreekstechnologies.com/

Очень любопытно.

Рядышком еще сообщение на подобную тему (метод другой, но результат сходный!):

http://www.technologyreview.com/energy/39519/

Неужели кремниевые слитки диаметром 300 мм, действительно, можно нарезать на пластины толщиной 20 микрон!!!??? Обалдеть!

PS: я начинал в 80-е с пластин диаметром 40 мм, В.А. Леняшин в 70-е с диаметра 26 мм, В.В. Митрофанов в 60-е в 16 мм. Если бы тупо построить экспоненту, сейчас стоило бы ожидать 160 мм, а их уже 300 и бодро идем к 400 мм. Но это ладно, это как строить.

Но толщина!

А какие возможности открываются...

PPS: а какие возможности поговорить о трендах! Обратите внимание: приведены два абсолютно разных метода нарезания тонких пластин, но с одинаковым результатом.

Subscribe to Comments for "НТИ март 2012 Ч.1  Экология, Энергия."