31 дек. 2009 г.

Энергоэффективность по-шведски

Швеция — яркий пример успеха . Успеха в построении высокоразвитого, современного государства, сумевшего превратиться из бедной аграрной страны в высокотехнологичное, богатое государство.




Население Швеции составляет 9,2 млн. человек, с позиции макроэкономики очень маленький рынок сбыта. По этому шведский бизнес очень зависим от экспорта. Серьезная международная конкуренция в значительной мере укрепила качественные показатели производимой продукции. Примерами успешных брендов с мировым именем являются : “Вольво”, “Сааб”, “Эриксон”, “Астра Сенека”, “Электролюкс”, “Икеа”, “Абсолют Водка” и другие.

Диаппазон открытий сделанный шведскими изобретателями поражает своими масштабами —


раздвижной гаечный ключ


раздвижной гаечный ключ и хирургический лучевой гамма-нож,


гамма-нож 


система классификации растений , животных , минералов и упаковка “ТетраПак”,


упаковка "ТетраПак" 


шарикоподшипник и кардиостимулятор, холодильник и зеркальный фотоаппарат, динамит и молочный сепаратор, гребной винт и паровая турбина, компьютерная мышка и пояс безопасности Булина, лекарства от язвы желудка и т.д..

Как и во всем остальном шведы успешны в развитии альтернативной энергетики и энергоэффективных технологий .

Шведская энергетическая политика направленна на создание устойчивой энергосистемы, основанной на возобновляемых источниках энергии. Несмотря на рост промышленного производства, потребление нефти снизилось с 70% общих энергоносителей до 30% . Главным образом это достигнуто за счет диверсификации видов топлива и более эффективного использования энергии.

Доля возобновляемых источников энергии в энергетической системе Швеции резко возросло за последние десять лет, с 22% от общего объема выработанной энергии в 1994 году до 28% сегодня. Значительно увеличена доля биомассы как топлива. Энергетический потенциал ветроэнергетики составляет почти 1 млрд. кВт-ч .

Швеция имеет обширный сектор теплоснабжения. На централизованное теплоснабжение приходится около 40% от рынка отопления в Швеции. Изменения в структуре топливного баланса был потрясающим. По сравнению с 1970, когда нефть была основным топливом, сегодня на долю нефти приходится лишь несколько процентов . Более 62% топлива для отопления составляет биомасса. За последнее время была проделана работа по снижению затрат на выработку тепла и снижение теплопотерь при передаче теплоносителя от поставщика к потребителю . Энергоэффективность в сфере центрального теплоснабжения достигается за счет применения современных технологий прокладки теплопроводов, примером может служить бесканальная бескомпенсаторная прокладка теплопроводов заводского изготовления со встроенными проводными системами обнаружения мест увлажнения теплоизоляции . Наибольшее распространение получила конструкция теплопроводов с защитной трубой-оболочкой из высокоплотного полиэтилена и пенополиуретановой теплоизоляцией. Затраты на эксплуатацию и ремонт теплопроводов этой конструкции многократно ниже, чем на эксплуатацию традиционных теплопроводов в каналах, благодаря существенному повышению надежности и уменьшению потерь теплоты и теплоносителя. Также для производства тепла и электричества используются возобновляемые источники – энергия сточных вод, сжигание мусора, солнечные панели, расположенные на крышах и стенах домов. Системы отопления, основанные на солнечных батареях, обеспечивают выработку половины энергии, необходимой для горячего водоснабжения жилищ, 35% поступает от избыточного тепла, вырабатываемого системами очистки сточных вод, остальное производится из биотоплива. Сжигание мусора обеспечивает половину энергии, требуемой для центрального отопления домов.

Образцом энергосбережения и энергоэффективности может служить один из районов Стокгольма – Хаммарбю Шьёстад (Hammarby Sjöstad).


Хаммарбю Шьёстад

Некогда самый грязный промышленный район столицы стал образцовым экологическим поселением . Ренновация земель под застройку потребовала вывоза примерно 500 тыс. тонн грунта. Среди прочего было убрано 130 тонн мазута, 60 тонн свинца и 90 тонн цинка. Местные водоемы были так загрязнены, что в районе не было мест, разрешенных для купания. «Несмотря на то что данный ареал сохранял идиллический вид, дно каналов было настолько грязным, что его удалось очистить с большим трудом. Общая стоимость проекта составляет 20 млрд шведских крон (примерно 2 млрд евро). 30% средств в строительство инвестировала городская администрация, а оставшиеся средства привлекли частные подрядчики. При строительстве Хаммарбю Шьёстад провозглашались две главные цели: энергопотребление должно быть снижено в четыре раза, а выбросы двуокиси углерода сокращены на половину. Достигнутые результаты пока скромнее: жители района снизили потребление энергии лишь в два раза, а эмиссия двуокиси углерода уменьшилась на 30%. Тем не менее это весьма важный результат, поскольку домашние хозяйства производят около 40% выбросов углекислого газа.


Хаммарбю Шьёстад 


Отличия нового района от типовых застроек довольно велики, но самыми главными особенностями являются следующие.

Приоритет общественного транспорта. Местные власти поощряют жителей пользоваться трамваями и автобусами, кроме того, есть возможность бесплатной доставки до центра на пароме. Планируется, что к 2012 году 80% поездок будет совершаться на общественном транспорте или велосипедах, автомобилям, работающим на биотопливе, достанется всего 15% транспортных коммуникаций.
Для производства тепла и электричества используются только возобновляемые источники – энергия сточных вод, сжигание мусора, солнечные панели, расположенные на крышах и стенах домов. Системы отопления, основанные на солнечных батареях, обеспечивают выработку половины энергии, необходимой для горячего водоснабжения жилищ, 35% поступает от избыточного тепла, вырабатываемого системами очистки сточных вод, остальное производится из биотоплива.
Сжигание мусора обеспечивает половину энергии, требуемой для центрального отопления до
мов. Дождевая вода также подвергается глубокой очистке: перед тем как попасть в море, она скапливается в специальном резервуаре с фильтрами. Кроме того, на крышах домов высажена трава для дополнительной очистки дождевых вод. А твердые осадки, содержащиеся в дождевойводе, в свою очередь, способствуют росту травяного покрова. Кроме того, чтобы снизить потребление воды, в нее добавляется больше воздуха. Квартиры оснащаются энергосберегающими системами освещения, а также кухонной техникой, которая потребляет меньше энергии и воды.
Мусор в Хаммарбю отправляется на переработку со скоростью свыше 60 км/ч по стальным
вакуумным трубопроводам, расположенным под землей. Такое решение позволило резко
уменьшить число грузовиков, собирающих мусор из помойных баков. В результате выхлопы от мусоровозов сократились на 60%. Жители сортируют и помещают образовавшийся мусор в соответствующие шахты для стекла, бумаги, пищевых отходов и опасных предметов (таких, как использованные элементы питания). Мусор накапливается в промежуточных отстойниках, которые расположены в отдалении от жилищ. Оттуда он поступает либо в переносные контейнеры, либо в большие хранилища, и лишь затем его забирают грузовики. Диаметр трубопроводов варьируется от 324 до 500 мм; во всем районе используются всего три специальных «пылесоса» мощностью 75 Вт каждый. Мусор может перемещаться по трубопроводам на расстояние до 2 км. При этом во время эксплуатации трубопроводы не требуют ни очистки, ни мытья, ни каких либо иных специальных мер. Сегодня весь мусор, который производится в Хаммарбю Шьёстад, стал сырьем для ТЭЦ.


здание Парламента Швеции


Швеция является одним из мировых лидеров в области экологии. Экологическая политика страны утверждена на законодательном уровне — Шведский парламент принял решение о необходимости оставить будущим поколениям общество, в котором будут решены наиболее важные экологические проблемы. Шведы не единственные , кто разрабатывает цели качества окружающей среды , но тяжело найти страну, где эти цели использовались бы так конкретно для направления работы в правильное русло и обеспечивались бы соответственной оценкой проделанной работы.

26 дек. 2009 г.

Дорожную разметку будет печатать струйный принтер на колесах и с солнечной батареей

Всем известно, что дорожная разметка со временем приходит в негодность под воздействием солнечного света и стираясь покрышками автомобилей. И, особенно часто весной, мы можем наблюдать группы дорожных рабочих, восстанавливающих знаки дорожной разметки. Для облегчения и автоматизации этой работы, которая, к тому же, неблагоприятна для человеческого организма, промышленные дизайнеры Хоянг Ли (Hoyoung Lee), Доянг Ким (Doyoung Kim) и Хонгжю Ким (Hongju Kim) разработали концепцию устройства, которое предназначено для автоматического нанесения дорожной разметки на поверхность дороги и получает энергоснабжение от солнечных батарей.

В памяти микрокомпьютера этого струйного принтера на колесах находятся заготовки для "печати" практически всех видов знаков дорожной разметки, таких как, разворот на 180 градусоа, автобусная остановка, знак "Стоп" и всевозможные стрелки. Управление этим роботом, Road Printer, осуществляется с помощью нажатия на кнопки, расположенные на одной из его боковых поверхностей, и содержащие изображения знаков, печать которых может осуществляться устройством. После нажатия на кнопку, которая благодаря конструкции может выдержать и пинок ботинком, робот начинает печатать соответствующий знак дорожной разметки. Естественно, что перед началом нанесения разметки, робота надо сориентировать на дороге должным образом.



Печатающая головка этого принтера на колесах представляет собой, по сути, миниатюрный пульверизатор, который может двигаться по направляющим, расположенным между колесами робота. Краска к этому пульверизатору подается из емкости, находящейся в задней его части, что обеспечивает удобную дозаправку емкости краской. Сжатый воздух, необходимый для работы пульверизатора, обеспечивает миниатюрный турбинный компрессор, приводимый в действие электроэнергией.

DailyTechInfo

Нано в Политехе

- ... И тогда нас собрали и сказали: "ищите пути выживать без денег", - рассказывает директор Политехнического музея Г. Григорян. Политех знал очень плохие времена - и тем приятнее его новый расцвет, происходящий во многом благодаря помощи РОСНАНО. И именно нанотехнологиям посвящена сегодняшняя выставка в политехе - "Нано-Поли-Техно", в рамках которой состоялось также награждение стипендиатов РОСНАНО.
Нанометр невозможно увидеть глазом. Человеку, далекому от нанотехнологи, сложно даже представить себе такую величину. Именно поэтому на выставке стоят стенды, на которых приведено множество сравнений, позволяющих оценить, что такое 10-9, или просто восхититься существованием таких маленьких объектов.

"Успели узнать себя в зеркале? А в это время ваши волосы выросли на 1 нм!" "Представьте себе 1 бит информации. А здесь карта в 1 Гб. Наверное, вы догадались, что в таком же масштабе соотносятся 1 нм и 1 м." "Если этого слона уменьшить до размера микроба, то сидящую на нем божью коровку можно будет измерять в нанометрах."

На выставке множество красочных плакатов, привлекающих внимание как детей, так и взрослых. Поскольку нанометр невозможно увидеть глазом, предупреждает нас главред "Химии и жизни" Любовь Стрельникова, большинство экспонатов размещено на стенах в виде фотографий и пояснений. На таких же красочных плакатах описана и история нанотехнологии - от статьи Р. Фейнмана "Там внизу еще много места", положившей начало интересу к этой области, до открытия фуллерена - наномолекулы - и введения Норио Танигучи в научный обиход термина "нанотехнология". Все эти великие ученые встречают гостей выставки, глядя с плакатов и улыбаясь молодым гостям - возможно, будущим великим ученым.

Но вот вы сворачиваете из прямого коридора и попадаете... Да, вот они, настоящие нанотехнологические продукты! Солнечные батареи, материалы для светодиодов, наноалмазы, нанозоли и даже нанокирпич! Приветливо покачивают головками забавные человечки, питающиеся энергией солнца. А в соседней комнате от солнца - с помощью солнечных батарей - можно даже зарядить телефон!

- Ну как, заряжается? - на одном и зарядных устройств уже висит iPhone. - Да! Только медленно...

А в соседней комнате, питаясь энергией солнца, бьются два рыцаря.


Вот их изображение в замедленной съемке - а на самом деле они размахивают мечами в 10 раз быстрее! А рядом под маскирующей радиопоглощающей броней прячутся два танка. Накрывающая их броня обеспечивает отражение радиосигнала не более 0.5%, что делает спрятанные объекты почти невидимыми.


Вероятность обнаружения не превышает 0.3, а броня, кроме всего прочего, не боится влаги и работает от -60 до +60 оС. При горенииматериал является самозатухающим - при удалении источника огня она гаснет сама без остаточного тления.

Для локального экранирования электромагнитного излучения предназначена и радиорассеивающая ткань. Наноструктурированный металлический слой обеспечивает обратное отражение на уровне 1%. Используется она для экранирования оконных проемов переговорных комнат.




А рядом лежит... кирпич! Но не простой: на нем демонстрировали мощь первых лазеров, под действием которых материал кирпича расплавлялся, превращаясь в аморфное стекло. Сейчас лазеры работают более кропотливо, например, для записи информации, плотность которой в скором времени должна возрасти в тысячу раз.




В соседней комнате светятся стекла. На них нанесен тонкий слой люминесцирующего материала толщиной не более 100 нм. Сейчас стекла светятся в узком диапазоне, обеспечивая четкие цвета - красный и зеленый - под действием УФ излучения, но пройдет немного времени, и они акже засветят в светодиодах при пропускании тока.

А рядом фломастер и доска, покрытая трековой мембраной. Это полимер, который бомбардировали тяжелыми ионами для формирования сплошных треков заданной толщины. Мембрана кажется сплошной, но краска фломастера проникает сквозь нее. Под конец первого дня выставки на соседней мембране уже было написано "Спартак - чемпион!"

А вот и баночка, заполненная диоксидом кремния. Нет, не на 800 мл, а только 80: остальные 90% - воздух. Этот аэрогель обладает превосходными сорбционными свойствами благодаря тому, что состоит из взвеси мельчайших наночастиц. Посмотрим, не осядет ли взвесь за те 2 месяца, что проходит выставка!

Рядом по черной гуще бегают ежики и вновь прячутся от нас. Это взвесь магнитных наночастиц, которые, находясь в магнитном поле, вястраиваются, превращаясь в такого ежа. Пока еще неясно, как это можно использовать, но вряд ли ежики надолго останутся без дела!

И вот - под лупой лежат наноалмазы. Нет, не совсем: наноалмазы показывают рядом на экране, а под лупой все-таки их микро-собратья.
- Надо же было вам что-то показать! - объясняет Л. Стрельникова.
Наноалмазы будут обладать еще лучшей сорбцией, чем активированный уголь, и мы в будущем будем принимать именно их. Не слишком ли дорого? Покажет время!

А в соседней комнате - детский уголок. Там ребята рисуют макронанотехнологии и мечтают о новых открытиях...

Нанометр.ру

24 дек. 2009 г.

Создан транзистор состоящий из одной молекулы

 По информации журнала Nature -  группа ученых из США и Южной Кореи  создала транзистор - элемент электрической цепи, состоящий из одной органической молекулы.
Это открытие показывает принципиальную возможность создания таких сверхминиатюрных устройств с заданными параметрами на основании теоретических представлений о строении молекул.Авторами разработки стала группа ученых  под руководством Марка Рида из Йельского университета и Такхи Ли из Университета Кванджу. Их одномолекулярный транзистор представляет собой молекулу бензола, помещенную между двумя золотыми контактами, соединенную с ними специальными функциональными группами, содержащими атомы серы. Вся конструкция расположена на основании из алюминия, служащего управляющим электродом.
Было обнаружено, что, при подаче электрического  напряжения на золотые контакты, они регистрируют течение электрического тока через молекулу, и, прилагая в то же самое время электрическое поле к молекуле с помощью алюминиевого электрода, могут регулировать силу электрического тока через молекулу.
Такая работа устройства  аналогична работе полевого транзистора, являющегося основным элементом в конструкции современных кремниевых микропроцессоров, которые повсеместно используются в компьютерах.
Подобные молекулярные полевые транзисторы ранее демонстрировались учеными физиками из Мичиганского технологического университета.
Однако  создателям одномолекулярного транзистора, в отличие от своих коллег, удалось впервые показать изменения в энергетическом состоянии молекулы бензола при приложении к ней электрического поля, которые и приводят к изменению силы тока через устройство.

На разработку технологии ушло около 10 лет . Дело в том, что подобные устройства требуют формирования золотых контактов, находящихся на расстоянии друг от друга всего в несколько нанометров, а также усовершенствования современных методов спектроскопического анализа для выявления изменений, происходящих с одиночной органической молекулой под воздействием электрического поля.

По словам Марка Рида их  работа,  не позволяет начать создавать молекулярные электрические схемы и микропроцессоры нового поколения -  от этих возможностей ученых  отделяют еще годы технического прогресса, несмотря на это удалось разрешить проблему, волновавшую ученых в течение десятилетия, и доказать, что одна-единственная молекула может функционировать как транзистор.

Sharp разработала высокоэффективную гибкую солнечную ячейку

В последнее время перед учеными все чаще встает задача поиска новых возобновляемых источников энергии. Одним из способов решения подобной задачи является сбор солнечной энергии в космосе, где ее интенсивность значительно выше, чем на поверхности планеты. В последующем накопленную энергию планируется передавать на Землю.




Теперь же компания Sharp, которая недавно предложила новый тип ячеек для солнечных панелей, разработала очередную новинку. Представленная ею солнечная ячейка является гибкой и в то же время устойчивой к условиям космоса. Кроме того, она обладает рекордной эффективностью на уровне 36%. Толщина новой солнечной ячейки составляет всего 20 микрон, она изготавливается путем объединения кристаллов индия, арсенида галлия и индий- галлийного арсенида. Такие слои из единичных кристаллов производятся на твердотельных подложках, после чего переносятся на гибкую пленку.

В настоящее время разработанная солнечная ячейка доступна только в виде прототипа, однако Sharp планирует наладить их серийный выпуск к 2012 году.

19 дек. 2009 г.

Разработана миниатюрная ядерная батарейка для питания микроустройств

Типичная химическая батарея не сможет использоваться годами без осечек. Наступает новая эра – эра бетавольтаксов или крошечных ядерных батарей, которые получают энергию от радиоактивных источников, таких как тритий.

Компания Widetronix разработала новую ядерную батарею, которая может работать до 25 лет и питать крошечные устройства во всем, начиная от военной техники и заканчивая смартфонами.
«Ядерная» в данном случае не относится к области деления и расщепления атомов, вместо этого происходит естественный распад электронов, выделяемых радиоактивными источниками. Полупроводник, такой как кремний, собирает электроны подобно тому, как полупроводники в фотоэлектрических элементах собирают фотоны от солнечной энергии. Первый бетавольтакс бал разработан с помощью кремниевых полупроводников более 50 лет назад. Но Widetronix создала карбид-кремниевые полупроводники, которые используются в крошечных чипах. «Это наше профессиональное мнение, что, чем выше эффективность, тем ниже стоимость устройства, и меньший объем, который оно занимает», – сказал Джонатан Грин, исполнительный директор Widetronix в Итаке, штат Нью-Йорк.
Бетавольтакс в настоящее время производит всего лишь нановатты энергии, что составляет одну миллиардную ватта. Но Widetronix уже начали экспериментировать с чипами, чтобы создать ядерную батарею, которая может обеспечить микроватт, или одну миллионную ватта.
Такие крошечные источники энергии могут обеспечить питание для растущего роя крошечных устройств в гражданской жизни.

Источник: Интернет-портал сообщества ТЭК

14 дек. 2009 г.

Как отобрать энергию у ветра?

Для того, чтобы забрать энергию у ветра совсем не обязательно использовать устройства, в которых что-то вращается. Можно также задействовать и колебательное движение. Один из вариантов такого ветряка и рассмотрен.
Как отобрать энергию у ветра? Нужно заставить его совершить какую-то механическую работу. Обычно для этих целей используют различные вращающиеся ветряки. Но это не единственный способ. Например, можно заставить рабочее тело колебаться под действием ветра.

А если при этом использовать достаточно простые линейные генераторы, которые уже неоднократно были описаны на сайте www.mobipower.ru, то получится весьма простой источник электричества, в котором, заметим, нет ни одного шарнира, т.е. в нём нечему ломаться и изнашиваться.

Наверное, все видели, как колеблется на ветру натянутая плоская стропа или лента. Принцип работы описанного ниже генератора, тот же самый - натянутая лента будет неустойчива в воздушном потоке и начнёт совершать колебания. Осталось только эти колебания превратить в электричество.

На сайте журнала "Популярная механика" дан пример одной из возможных конструкций. Рисунки и фотографии взяты с того же сайта.




Внешний вид генератора показан на рисунке ниже.




Видно, что в жесткой рамке натянута лента из майларовой пленки (заметим, прекрасно подойдёт лента от старой "большой" видеокасеты).

С одной стороны рамки лента просто жестко закреплена, как видно из рисунка ниже. (Плёнка сфотографирована колеблющаяся, поэтому на фото она выглядит размытой).




А с другой стороны к пленке прикреплены два магнита и рядом на рамке установлены токосъёмные катушки.




При колебаниях магнита, в катушках наводится переменное напряжение, которое может быть использовано потребителями.

Частота колебаний ленты в данной модели от 10 до 30 Гц.

Данный макет отдаёт мощность около 40 мВт, т.е. ток около 8мА при напряжении 5В. Много это или мало? Да, этой энергии не хватит даже для зарядки сотового телефона, но ведь эта мощность получена с совсем небольшой площади. Т.е. отобрана у воздушного потока небольшого сечения.

В общем-то, получается не так уж и мало. Например, при размерах рамки 30х2см используется всего 60 квадратных сантиметров потока. А у описанного в предыдущей статье 12-ти дюймового ветряка мощностью около 2Вт, ометаемая винтом поверхность составляет около 0.2 кв.метра или 2000 кв.см. Т.е. для выработки одного Ватта энергии винтовому ветряку нужно 1000 кв.см, а колеблющемуся 1500 кв.см.

Т.е. "КПД" колеблющегося "преобразователя" оказался всего в полтора раза ниже. А с учётом оценочного характера расчёта, можно сказать, что эффективности съёма винтового и колеблющегося генераторов соизмеримы.

Кстати, как оказалось, этот оценочный расчёт почти совпал с данными разработчиков. По информации на их сайте, можно снимать около 100 Вт с одного квадратного метра площади сечения потока воздуха, т.е. 1 Вт с 1000 кв.см.

Для увеличения отдаваемой мощности нужно либо увеличивать количество таких генерирующих ячеек, либо делать более крупные модели. Последнее, наверное, будет даже более полезным, т.к. лента при колебаниях издает шум, гудение частотой несколько десятков Герц, и лучше бы оно было в неслышном инфразвуковом диапазоне (хотя, тут надо "сильно подумать", ведь влияние инфразвука ещё не исследовано до конца, и некоторые частоты оказываются вредными для здоровья и психики. А может, для развлечения, стоит настроить ленту на "частоту страха", например?... ;-)

В общем, идея есть, а реализация за читателями.

Видео описанной выше модели можно посмотреть здесь.

Источник: www.mobipower.ru 

12 дек. 2009 г.

«ЭНЕРГИЯ И ФИЗИКА»

Исторический экскурс

П.Л.Капица

                                             
Общепризнано, что основным фактором, определяющим развитие материальной культуры людей, является создание и использование источников энергии. Производимая ими работа теперь во много раз превосходит мускульную. Так, в наиболее развитых странах мощность разнообразных источников энергии составляет до 10 киловатт на человека, это по крайней мере в 100 раз по крайней мере в 100 раз больше, чем средняя мускульная мощность одного человека.
Если люди будут лишаться энергетических ресурсов, то несомненно их материальное благосостояние будет падать.
Получение, преобразование и консервирование энергии и есть фундаментальные процессы, изучаемые физикой. Основная закономерность, которую установила физика — это закон сохранения энергии. На основании этого закона предсказывается глобальный кризис в получении энергии .
Сейчас в качестве основных энергетических ресурсов используются торф, уголь, нефть, природный газ. Установлено, что запасенная в них химическая энергия была накоплена в продолжении тысячелетий благодаря биологическим процессам. Статистические данные по использованию этих ресурсов показывают, что в ближайшие столетия они будут исчерпаны. Поэтому на основе закона сохранения энергии люди, если они не найдут других источников энергии, будут поставлены перед необходимостью ограничения ее потребления, и это приведет к снижению уровня материального благосостояния человечества.
Неизбежность глобального энергетического кризиса сейчас полностью осознана, и поэтому энергетическая проблема для техники и науки стала проблемой номер один. Сейчас в ведущих странах отпускаются большие средства на научно-технические исследования в этой области. Главное направление этих поисков обычно ведется с узко техническим подходом, без достаточного учета тех закономерностей, которые установлены физикой.
Жизнь показала, что эффективность исследований значительно повышается, если они ведутся с более глубоким учетом базисных законов физики.
В моем сообщении я хочу отметить те закономерности физики, которым следовало бы играть ведущую роль в решении энергетических проблем.
Энергия, которой пользуются люди, делится теперь на две части. Первая, это так называемая «бытовая». Она непосредственно обеспечивает культурный образ жизни. Эта энергия используется для освещения, для питания холодильников, телевизоров, электробритв, пылесосов и большого количества других приборов, которыми пользуются в повседневной жизни. Используемая в быту мощность исчисляется обычно киловаттами. Другой вид энергии — это промышленная энергия, энергия больших мощностей.
Ее используют в металлургии, транспорте, в машиностроении, в механизации строительства и сельского хозяйства и ряда подобных областей. Эта энергия значительно больше бытовой, она исчисляется в мегаваттах, ее масштабы и стоимость определяют уровень валового продукта в народном хозяйстве страны. Конечно, предстоящий кризис будет вызван недостатком ресурсов энергии только в энергетике большой мощности, и обеспечение получения этой энергии в достаточном количестве и является основной проблемой, которая ставится перед наукой.
Я уже сказал, что предсказания предстоящего энергетического кризиса делаются на основе закона сохранения энергии. Как известно, другой закон, который тоже играет большую роль в ограничении возможности использования энергетических ресурсов, это закон, требующий во всех процессах преобразования энергии возрастания энтропии. Оба эти закона накладывают «вето» на преодоление кризиса путем создания «перпетуум-мобиле». Закон сохранения энергии накладывает «вето» на «перпетуум-мобиле» первого рода. Энтропия накладывает «вето» на так называемый «перпетуум-мобиле» второго рода. Интересно отметить, что этот второй род «перпетуум-мобиле» и по сей день продолжают предлагать изобретательные инженеры и часто опровержение такого рода устройств связано с большими хлопотами. Эта область относится к термодинамике, она хорошо изучена, и я на ней останавливаться не буду.
Я ограничусь рассмотрением закономерностей, которые определяют развитие энергетики больших мощностей и связаны с существованием в природе ограничений для плотности потока энергии. Как будет видно, часто эти ограничения не учитываются и это ведет к затратам на проекты, заведомо бесперспективные. Это и будет основной темой моего доклада.
Все интересующие нас энергетические процессы сводятся к трансформации одного вида энергии в другой, и это происходит согласно закону сохранения энергии. Наиболее употребительные виды энергии — электрическая, тепловая, химическая, механическая, а теперь и так называемая ядерная. Трансформацию энергии обычно можно рассматривать .как происходящую в некотором объеме, в который через поверхность поступает один вид энергии, а выходит преобразованная энергия.

Мне пришлось на практике встретиться с технической проблемой, когда поток электрической энергии ограничивал ее осуществление. Это произошло при следующих поучительных обстоятельствах.
В 40-х годах мой учитель А. Ф. Иоффе занимался осуществлением оригинальной конструкции электростатического генератора, который питал небольшую рентгеновскую установку. Этот генератор был прост по своей конструкции и неплохо работал. Тогда у Иоффе возникла идея заменить в широком масштабе электромагнитные генераторы па электростатические и перевести на них всю большую электроэнергетику страны. Главным
основанием было то, что электростатические генераторы не только проще по своей конструкции, но могут сразу давать высокое напряжение для линий передач. Мне пришлось тогда опровергать осуществимость этого проекта, исходя из оценки плотности потока электроэнергии при трансформации ее в механическую.
Ограничение плотности потока энергии приводит к тому, что для энергетики больших мощностей приходится отказываться от ряда весьма эффективных процессов трансформирования энергии. Так, например, в газовых элементах, где происходит прямое превращение химической энергии окисления водорода в электроэнергию, уже сейчас этот процесс может осуществляться с высоким к. п. д., который достигает 70%. Но возможность применения газовых элементов для энергетики больших мощностей ограничивается весьма малой скоростью диффузионных процессов в электролитах, поэтому на практике плотность энергии его очень мала и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 ватт. Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией.
Другое, тоже казалось бы очень перспективное направление, но на которое по той же причине нельзя возлагать надежды,— это прямое превращение химической энергии в механическую. Как известно, эти процессы широко осуществляются в живой природе, в мускулах животных.
К стыду биофизиков эти процессы еще по-настоящему не поняты, но хорошо известно, что их к. п. д. весьма высок. Даже если со временем эти процессы будут воспроизведены не на живой природе, то все же они не могут быть применимы для энергетики больших мощностей, так как и здесь плотность энергии будет мала, поскольку она ограничивается малой скоростью диффузионных процессов, происходящих через мембраны или поверхность мускульных волокон, и скорость диффузии здесь не выше, чем в электролитах, поэтому плотность энергетического потока не может быть больше, чем в газовых элементах.
Сейчас главный интерес привлекают те методы генерирования энергии, которые не зависят от количества энергии, запасенной в прошлые века в топливе различного вида. Здесь главным из них считается прямое превращение солнечной энергии в электрическую и механическую, конечно, в больших масштабах. Опять же осуществление на практике этого процесса для энергетики больших мощностей связано с ограниченной величиной плотности энергии. Оптимальный расчет сейчас показывает, что снимаемая с одного квадратного метра освещенной солнцем поверхности мощность в среднем не будет превышать 100 ватт. Поэтому, чтобы генерировать 100 мегаватт, нужно снимать электроэнергию с площади в один квадратный километр. Ни один из предложенных до сих пор мето- дов преобразования солнечной энергии не может этого осуществить так, чтобы капитальные затраты могли оправдаться полученной энергией.
Чтобы это было рентабельно, надо понизить затраты на несколько порядков, и пока даже не видно пути, как это можно осуществить. Поэтому следует считать, что практическое прямое использование солнечной энергии в больших масштабах нереально. Но по-прежнему это остается возможным через ее превращение в химическую энергию, как это испокон веков делается при содействии растительного мира. Конечно, не исключено, что со временем будет найден фотохимический процесс, который откроет возможность более эффективно и проще превращать солнечную энергию в химическую, чем это происходит сейчас в природе. Такой процесс химического накопления будет иметь еще то большое преимущество, что даст возможность использования солнечной энергии вне зависимости от изменения ее интенсивности в продолжение дня или времен года.
Сейчас также идет обсуждение вопроса использования геотермальной энергии. Как известно, в некоторых местах мира на земной поверхности, где имеется вулканическая природа, это успешно осуществляется, правда, в небольших масштабах. Преимущество этого метода для энергетики больших мощностей несомненно очень велико, энергетические запасы
здесь неистощимы и, в отличие от солнечной энергии, которая имеет колебания не только суточные, но также зависимые от времен года и от погоды, геотермальная энергия может генерировать непрерывно. Еще в начале этого века гениальным изобретателем современной паровой турбины Ч. Парсонсом разрабатывался конкретный проект ее использования.
Конечно, он не мог предвидеть тех масштабов, которых достигнет энергетика теперь, и его проект имеет только исторический интерес.
Современный подход к этой проблеме основывается на том, что в любом месте земной коры на глубине в 10—15 километров достигается температура в несколько сотен градусов, достаточная для получения пара и генерирования энергии с хорошим к. п. д. При осуществлении этого проекта на практике мы опять наталкиваемся на ограничения, вызванные плотностью потока энергии. Как известно, теплопроводность горных пород очень мала, и для подвода тепла к нагреваемой воде в необходимом количестве при существующих внутри Земли небольших градиентах темпера тур необходимо это осуществлять с очень больших площадей, что на глубине 10—15 километров весьма трудно выполнимо, и возможность осуществления нагрева необходимого количества воды сомнительна.
Сейчас на Западе выдвигается ряд интересных предложений. Напри мер, на этой глубине взрывать атомные бомбы и этим создавать либо большую каверну, либо большое количество глубоко проникающих тре щин. Осуществление такого проекта будет стоить очень дорого, но ввиду важности проблемы и больших преимуществ геотермального метода, я думаю, что, несмотря па эти расходы, следует, по-видимому, рискнуть осуществить этот проект.
Кроме солнечной и геотермальной энергии, не истощающих запасы, есть еще гидроэнергия, получаемая при запруживании рек и при использовании морских приливов. Накопленную таким образом гравитационную энергию воды можно весьма эффективно превращать в механическую.
Сейчас в энергетическом балансе использование гидроэнергии составляет не более 5% и, к сожалению, дальнейшего увеличения не приходится ждать. Связано это с тем, что запруживание рек оказывается рентабельным только в горных местах, когда на единицу площади водохранилища имеется большая потенциальная энергия. Запруживание рек с подъемом воды на небольшую высоту обычно экономически не оправдывает себя,
в особенности, когда это связано с затоплением плодородной земли, так как приносимый ею урожай оказывается значительно более ценным, чем получаемая энергия. Опять тот же недостаток плотности энергии.
Использование ветра также из-за недостаточной плотности энергетического потока оказывается экономически не оправданным. Конечно, использование солнечной энергии, малых водяных потоков, ветряков часто может быть полезным для бытовых нужд в небольших масштабах.
Но из приведенного анализа следует, что найти замену истощающимся в природе запасам химической энергии для энергетики больших мощностей рентабельно не представляется возможным. Очевидно, можно и следует более бережно относиться к использованию энергетических ресурсов. Конечно, желательно, например, не тратить их на военные нужды. Однако все это только отсрочит истощение топливных ресурсов, но не предотвратит кризиса.
Как это уже становится общепризнанным, вся надежда на решение глобального энергетического кризиса связана с использованием ядерной энергии. Физика дает полное основание считать, что эта надежда обоснованна.
Как известно, ядерная физика дает два направления для решения энергетической проблемы. Первое уже хорошо разработано и основывается на получении цепной реакции в уране, происходящей при распаде его ядер с выделением нейтронов. Это тот же процесс, который происходит в атомной бомбе, но замедленный до стационарного состояния. Подсчеты показали, что при правильном использовании урана его запасы достаточны, чтобы не бояться их истощения в ближайшие тысячелетия. Электростанции на уране уже сейчас функционируют и дают рентабельную электроэнергию. Но также хорошо известно, что на пути их дальнейшего широкого развития и перевода всей энергетики страны на атомную энергию лежит необходимость преодоления трех основных трудностей:
1. Шлаки от распада урана являются сильно радиоактивными и их надежное захоронение представляет большие технические трудности, которые еще не имеют общепризнанного решения. Самое лучшее было бы отправлять их на ракетах в космическое пространство, но пока это считается недостаточно надежным.
2. Крупная атомная станция на миллионы киловатт представляет большую опасность для окружающей природы и в особенности для человека. В случае аварии или саботажа вырвавшаяся наружу радиоактивность может на площади многих квадратных километров погубить всеживое не меньше, чем атомная бомба в Хиросиме. Опасность сейчас расценивается настолько большой, что в капиталистическом мире ни одна страховая компания не берет на себя риск таких масштабов.
3. Широкое использование атомной электроэнергии приведет такжек широкому распространению плутония, являющегося необходимым участником ядерной реакции. Такое распространение плутония по всем странам земного шара сделает более трудным контроль над распространением атомного оружия. Это может привести к тому, что атомная бомба может стать орудием шантажа даже для предприимчивой группы гангстеров.
По-видимому, под угрозой энергетического кризиса люди найдут пути преодоления этих трудностей. Например, две последние трудности можно было бы преодолеть, располагая атомные электростанции на небольших необитаемых островах в океане далеко от густонаселенных мест. Эти станции находились бы под тщательным контролем и в случае аварии ее последствия не представляли бы большой опасности для людей.
Вырабатываемой энергией можно было бы, например, разлагать воду, и полученный водород в жидком виде транспортировать и использовать как топливо, которое при сгорании не загрязняет атмосферу.
Следует, однако, признать, что лучшим выходом’из создавшегося положения нужно считать получение энергии путем термоядерного синтеза ядер дейтерия и трития. Известно, что этот процесс осуществляется в водородной бомбе, но для мирного использования он должен быть замедлен до стационарного состояния. Когда это будет сделано, то все указанные трудности, которые возникают при использовании урана, будут отсутствовать, потому что термоядерный процесс не дает в ощутимых количествах радиоактивных шлаков, не представляет большой опасности при аварии и не может быть использован для бомбы как взрывчатое вещество. И наконец, запас дейтерия в природе, в океанах, еще больше, чем
запас урана.
Но трудности осуществления управляемой термоядерной реакции пока еще не преодолены. Я буду говорить о них в своем докладе, потому что, как теперь оказывается, эти трудности в основном также связаны с созданием в плазме энергетических потоков достаточной мощности.
На этом я останавливаюсь несколько подробнее.
Хорошо известно, что для полезного получения термоядерной энергии ионы в плазме должны иметь очень высокую температуру — более 108 градусов. Главная трудность нагрева ионов связана с тем, что нагрев плазмы происходит в результате воздействия на нее электрического поля. и при этом практически вся энергия воспринимается электронами, которые благодаря их малой массе при соударениях плохо передают ее ионам. С ростом температуры эта передача становится еще менее эффективной. Расчеты передачи энергии в плазме от электронов к ионам при их кулоновском взаимодействии теоретически были надежно описаны еще в 30-х годах Л. Д. Ландау.

Главное препятствие в данное время лежит в том, что еще недостаточно глубоко изучены физические процессы в плазме. Теория, которая здесь хорошо разработана, относится только к нетурбулентному состоянию плазмы. Наши опыты в над свободно парящим плазменным шнуром, полученным в высокочастотном поле, начали показывать, что горячая плазма, в которой электроны имеют температуру в несколько миллионов градусов, находится в магнитном поле в турбулентном состоянии. Как известно, даже в обычной гидродинамике турбулентные процессы не имеют полного количественного описания, и в основном все расчеты основаны на теории подобий. В плазме, несомненно, гидродинамические процессы значительно сложнее, поэтому придется идти тем же путем.
Пока нет оснований считать, что трудности нагрева ионов в плазме не удастся преодолеть, и мне думается, что термоядерная проблема получения больших мощностей будет со временем решена.
Основная задача, стоящая перед физикой,— это более глубоко экспериментально изучить гидродинамику горячей плазмы, как это нужно для осуществления термоядерной реакции при высоких давлениях и в сильных магнитных полях. Это большая, трудная и интересная задача современной физики. Ее решение тесно связано с решением энергетической проблемы, которая становится решающей для нашей эпохи. Конечно, это проблема физики номер один.

(напечатано в сокращенном виде)

1976г.
Институт физических проблем
АН СССР

Источник: www.energy-efficient.kiev.ua

3 дек. 2009 г.

Ветроэлектростанции. Влияние на окружающую среду

         У каждой медали есть две стороны . Энергия ветра используется человеком с незапамятных времен - когда-то это были ветряные мельницы, а сейчас - ветроэлектростанции. Переоценить их  положительную роль в альтернативной энергетике очень сложно.
В Германии введено в действие более 23000 МВт.  В Дании доля ветроэнергетики в балансе мощности и энергии достигла 20%!
Показатели мощности ветроэнергетических установок на конец  2008 года по Европе :

  •   Германия -  23903 МВт  
  •   Испания -  16740  МВт
  •  Италия -  3736  МВт
     
  •  Франция -  3404  МВт
     
  •  Великобритания -  3241  МВт
     
  •  Дания -  3180  МВт
     
  •  Португалия-  2862  МВт
     
  •  Голландия - 2225  МВт
     
  •  Швеция-  1021  МВт
     
  •  Ирландия - 1002  МВт
     
  •  Австрия-  995  МВт
     
  •  Греция -  985  МВт
     
  •  Польша -  472  МВт
     
  •  Бельгия - 384  МВт
     
  •  Болгария - 158  МВт
     
Однако существует и обратная сторона - влияние ветроэлектростанций на окружающую среду.
Журнал "Наука и жизнь" - провел обзор публикаций  на эту тему в ряде научных изданий  и выяснил так ли безвредны для здоровья людей и окружающей среды ветроэлектростанции?
В отличие от тепловых электростанций они не выбрасывают в воздух продукты горения. В отличие от атомных — не дают радиации и не оставляют радиоактивных отходов. В отличие от ГЭС — не требуют затопления больших площадей.
Но вращающиеся лопасти ветродвигателей опасны для птиц и летучих мышей. Птицы просто сталкиваются с лопастями. Причина гибели летучих мышей сложнее: природный эхолот, как правило, позволяет им не попадать на лопасти, но они залетают в область низкого давления, тянущуюся за вращающейся лопастью. От внезапного попадания в почти безвоздушное пространство лопаются капилляры в лёгких и зверёк гибнет. Для борьбы с этим явлением предлагают останавливать турбины в те ночи, когда ветер слабый. При сильном ветре летучие мыши не летают, а слабый ветер всё равно даёт мало энергии, так что потери будут незначительными.
Ветроэнергетика сейчас активно развивается в США. Так, в 2007 году 35% прироста энергетических мощностей дал именно ветер. В 2009 году общая мощность американских ветроэлектрогенераторов достигла 30 тысяч мегаватт. Но нередко строительству новых ветродвигателей противятся местные жители. Они жалуются на шум от установленных неподалёку генераторов, который при сильном ветре может сравниться с шумом от взлетающего самолёта. Хотя, например, в Висконсине фермер получает ежегодно до 5—7 тысяч долларов за аренду от энергетической компании, поставившей свою установку на его поле, это утешает немногих. Дело ещё и в неслышимом, но действующем на организм инфразвуке (при длительном воздействии он может вызывать головную боль, головокружение и даже депрессию). Неприятно действует и постоянное мелькание солнечного света, прерываемого лопастями или отражающегося от них. При определённой частоте мельканий у некоторых людей иногда возникают эпилептические припадки. Если в соседних домах приём телевидения идёт на наружную антенну, а не через кабель, то вращение лопастей создаёт помехи приёму. По американским нормам ветроэлектрогенераторы не должны устанавливаться ближе 300 метров от жилых построек, но на самом деле неприятные эффекты могут ощущаться в зависимости от размеров и мощности установки в радиусе километра и более. Американский педиатр Нина Пирпонт утверждает, что близость ветроустановок вызывает у детей мигрень, головокружение, беспокойство, ухудшает зрение и даже пищеварение.

По материалам изданий: "Наука и жизнь" и "Европейский энергетический портал" .

2 дек. 2009 г.

Израильский ученик российского ученого изобрел супердвигатель

Доктор Александр Капулькин из израильского технологического университета запатентовал новое изобретение, уже вызвавшее в мире огромный интерес. Двигатель, разработанный для спутников, в будущем может послужить для дальнейшего развития космических технологий.
Исследователи центра по изучению космоса при Технионе разработали и запатентовали революционно новый ракетный электрический двигатель для небольших спутников CAMILA (Co-Axial Magneto-Isolated Longitudinal Anode), принадлежащий к типу плазменных двигателей (Hall Thrusters). Проект вызвал интерес после того, как был представлен на двух международных научных конференциях, сообщает сайт Hayadan.org.il.

Принцип работы плазменного двигателя заключается в ионизации (образование ионов из нейтральных атомов или молекул) топлива и электрического ускорения в магнитном поле. Главный разработчик проекта – д-р Александр Капулькин, ученик всемирно известного профессора Алексея Морозова из московского Института атомной энергии, одного из отцов плазменных двигателей. До своей репатриации в 1999 году д-р Капулькин возглавлял физико-инженерную лабораторию в Днепропетровске, а также был профессором на факультете аэронавтики в университете. В 2000 году он как ведущий специалист он примкнул к своим коллегам из Техниона.

Одна из особенностей новой разработки заключается в скорости выброса газа, которая на порядок выше, чем в обычном ракетном двигателе. Новшество, по утверждению разработчиков, существенно снизит затраты на топливо при запуске спутников, а также сэкономит энергию спутника в космосе.

Источник: http://izrus.co.il 

Правительство Бразилии хочет увеличить массовое содержание биотоплива до 20% к 2015 году

Бразильское правительство предлагает постепенное увеличение количества биосоставляющей в дизельном топливе до 20% , к 2015 году. В основном продажа нового топлива ориентирована на крупные города - страдающие от чрезмерного загрязнения воздуха.
Серхио Бельтрао глава бразильского союза производителей биодизеля заявил, что производители смогут обеспечить новые обьемы биотоплива в 2010 году, что будет означать увеличение поставок на 2800 млн. литров в год.
Увеличение до 20% содержания биодизеля в топливной смеси  позволит снизить уровень серы в дизтопливе.   Он также отметил что биотопливный сектор способен производить до 5000 млн. литров в год, но половина установленной мощности простаивало из-за отсутствия спроса. Союз ожидает, что кроме крупных городов, 10% биотоплива будет добавлено к дизтопливу по всей Бразилии с 2015 года. Для реализации этих предложений потребуется внесение изменений в нормативно- правовые базы отрасли, добавил он.
Бразильское правительство обьявило, что по состоянию на январь 2010 года, автомобили работающие на дизельном топливе, будут работать на топливной смеси содержащей 5% биодизеля. Если это так то Бразилия сможет превзойти в этом направлении США и Францию и стать вторым крупнейшим производителем биодизеля после Германии.
На сегодняшний день на бразильском рынке биодизеля работают 43 завода с общей производственной мощностью 3600 млн. литров в год.

По материалам: xinhuanet.com 

1 дек. 2009 г.

Первая осмотическая электростанция заработала в Норвегии


Начала работу первая в мире электростанция, позволяющая извлекать энергию из разницы в солёности морской и пресной воды. Установка построена норвежской государственной компанией Statkraft в городке Тофте (Tofte) близ Осло.
Гигантский агрегат вырабатывает электричество, используя природное явление осмоса (osmosis), которое позволяет клеткам наших организмов не терять влагу, а растениям поддерживать вертикальное положение.
Поясним. Если разделить два водных раствора с разными концентрациями солей полупроницаемой мембраной, то молекулы воды будут стремиться перейти в ту часть, где их меньше, то есть туда, где концентрация растворённых веществ выше. Этот процесс приводит к увеличению объёма раствора в одном из отделений.





Нынешняя опытная электростанция расположена у устья реки, впадающей в Северное море. Морскую и речную воду направляют в камеру, разделённую мембраной. В отсеке с солёной водой осмос создаёт давление, эквивалентное воздействию водяного столба высотой 120 метров. Поток идёт на турбину, вращающую генератор.
Правда, если вычесть ту энергию, что идёт на подпитывающие насосы, то получается, что пока норвежская махина создаёт очень мало энергии (2-4 киловатта). Отметим, что чуть позже планируется повысить выход до 10 киловатт, а через 2-3 года создать ещё одну тестовую версию, вырабатывающую до одного мегаватта энергии.
К тому же по ходу эксплуатации установки предстоит решить массу проблем. Например, нужно будет найти способ борьбы с загрязняющими фильтры бактериями. Ведь, несмотря на предварительную очистку воды, вредоносные микроорганизмы могут заселить все участки системы.
"Без сомнений, трудности будут, – говорит глава нового предприятия Стейн Эрик Скилхаген (Stein Erik Skilhagen). – Какие именно, мы пока предсказать не в состоянии". Но ведь надо же с чего-то начинать.
"Потенциал технологии очень высок", — добавил на церемонии открытия министр энергетики Терье Риис-Йохансен (Terje Riis-Johansen).
По оценкам Statkraft, занимающейся разработкой и созданием установок, вырабатывающих возобновляемую энергию, общемировой годовой потенциал осмотической энергии (osmotic power) составляет 1600-1700 тераватт-часов. А это ни много ни мало – 10% всего мирового потребления энергии (и 50% энергопотребления Европы).
Многие крупные города стоят близ устья рек, так почему бы им не обзавестись подобными электростанциями? Тем более что встроить такую машину можно даже в подвал офисного здания.
Несмотря на то что в течение года уровень воды в потоке обычно меняется, осмотическая установка может стать достойной альтернативой куда более переменчивым ветровой и солнечной энергиям, отмечают разработчики.

Источник: www.membrana.ru 

23 нояб. 2009 г.

Водоросли как источник водорода



Водород является сильным конкурентом для различных видов альтернативного (био) топлива.
Ученые постоянно стремятся свести к минимуму все его недостатки и максимально использовать его преимущества .
К недостаткам водорода относятся :
  •  высокие затраты на получение водорода;
  •  избыточно высокая температура сгорания водорода (при сгорании с чистым  кислородом температура достигает 2800°С);
  •  водород при смеси с воздухом образует взрывоопасную смесь - гремучий газ , наибольшую взрывоопасность имеет при объемном соотношении водорода и кислорода 2:1 или водорода и воздуха 2:5;
  •  водород является пожароопасным газом;
  •  жидкий водород при попадании на кожу может вызвать сильное обморожение 
Все эти свойства создают припятствия в развитии водорода как надежного альтернативного топлива. Проблема снижения затрат при получении водорода - является одной из самых актуальных в данное время.
Примеры получения водорода в промышленных условиях:
  •   Электролиз воды. Себестоимость процесса $6-7 за килограмм водорода при использовании электричества из промышленной сети. В будущем возможно снижение до $4 за килограмм. $7-11 за килограмм водорода при использовании электричества, получаемого от ветрогенераторов. В будущем возможно снижение до $3 за килограмм. $10-30 за килограмм водорода при использовании солнечной энергии. В будущем возможно снижение до $3-4 за килограмм.

  • Пропускание паров воды над раскаленным коксом при температуре около 1000°C.
    Старейший способ получения водорода. Уголь нагревают с водяным паром при температуре 800—1300 °С без доступа воздуха. Себестоимость процесса $2-2,5 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение цены до $1,50, включая доставку и хранение.

  • Из природного газа.В настоящее время данным способом производится примерно половина всего водорода. Водяной пар при температуре 700—1000 °С смешивается с метаном под давлением в присутствии катализатора. Себестоимость процесса $2-5 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение цены до $2-2,50, включая доставку и хранение.

  • Использование атомной энергии для производства водорода возможно в различных процессах: химических, электролиз воды, высокотемпературный электролиз. Себестоимость процесса $2,33 за килограмм водорода.

  • Водород из биомассы. Водород из биомассы получается термохимическим или биохимическим способом. При термохимическом методе биомассу нагревают без доступа кислорода до температуры 500—800 °С (для отходов древесины), что намного ниже температуры процесса газификации угля. В результате процесса выделяется H2, CO и CH4. Себестоимость процесса $5-7 за килограмм водорода. В будущем возможно снижение до $1,0—3,0. В биохимическом процессе водород вырабатывают различные бактерии, например, Rodobacter speriodes.

  • Крекинг и риформинг углеводородов в процессе переработки нефти.

  • Разложение воды электротоком . Один из лабораторных способов получения водорода, который иногда применяется и в промышленности. Обычно в лаборатории водород получают взаимодействием цинка с соляной кислотой. 
 Ученые из  University of Tennessee и  Oak Ridge National Laboratory  ищут экономный способ получения водорода с помощью водорослей и хорошо извесного явления фотосинтеза.
Фотоси́нтез (от греч. φωτο- — свет и σύνθεσις — синтез, совмещение, помещение вместе) — процесс образования органического вещества из углекислого газа и воды на свету при участии фотосинтетических пигментов (хлорофилл у растений, бактериохлорофилл и бактериородопсин у бактерий). В современной физиологии растений под фотосинтезом чаще понимается фотоавтотрофная функция — совокупность процессов поглощения, превращения и использования энергии квантов света в различных эндэргонических реакциях, в том числе превращения углекислого газа в органические вещества.
Ученые считают, что фотосинтез может  решить проблему получения и  использования водорода в качестве топлива.


Они обнаружили, что управляя внутренними процессами фотосинтеза ,  с помощью платинового катализатора, водоросли будут способны генерировать постоянный запас водорода в присутствии солнечного света.   Привычный процесс производства биотоплива включает в себя этапы культивации растений, сбора урожая, использования дорогостоящего оборудования для переработки биомассы в этанол или биодизель. Если исключить  эти энергозатратные шаги - можно напрямую использовать растения для получения биотоплива.



Интенсивность процеса фотосинтеза зависит от степени освещенности , а это в свою очередь ведет к повышению температуры. Не все водоросли способны поддерживать жизнедеятельность при высокой температуре. Ученые обратили внимание на сине-зеленые водоросли , которые обладают термофильными качествами. Процесс фотосинтеза   в этих водорослях может проходить при температуре до 55 ° С, что удобно в условиях  пустыни , где интенсивность солнечного света довольно высока.  Применение данной технологии  в промышленных условиях, позволит сократить энергозатраты, необходимые  на производство биотоплива.



Немного истории:
В 1939 году немецкий исследователь Hans Gaffron, работая в University of Chicago, обнаружил, что изучаемая им водоросль Chlamydomonas reinhardtii (зеленая водоросль) иногда переключается с производства кислорода на производство водорода.  Gaffron не обнаружил причину этого переключения. В течение многих лет причину переключения не удавалось обнаружить и другим ученым. В конце 1990-х годов профессор Anastasios Melis, работая исследователем в Беркли, обнаружил, что в условиях недостатка серы биохимический процесс производства кислорода, т. е. нормальный фотосинтез, переключается на производство водорода. Он обнаружил ответственный за это поведение фермент гидрогеназу, теряющий эти функции в присутствии кислорода. Melis обнаружил, что серное голодание прерывает внутреннюю циркуляцию кислорода, меняя окружение гидрогеназы таким образом, что она становится способна синтезировать водород.  Другой тип водорослей Chlamydomonas moeweesi также перспективен для производства водорода.



Ферма водородопроизводящих водорослей площадью со штат Техас производила бы достаточно водорода для покрытия потребностей всего мира. Около 25 тыс. квадратных километров достаточно для возмещения потребления бензина в США. Это в десять раз меньше чем используется в сельском хозяйстве США для выращивания сои.


По материалам: AENews.info , Wikipedia , Newscientist.com

19 нояб. 2009 г.

Захоронение углекислого газа ( часть ІII )

  Повышение энергоэффективности предоставляет возможность, сокращая выбросы парниковых газов, сберегать энергию и ресурсы. За прошедшее столетие энергоэффективность в развитых странах возросла в десятки раз. Например, исследования производства электроэнергии в Великобритании показывают, что в 1891 г. для производства 1 кВт*ч энергии расходовалось 10–25 фунтов угля, в 1947 г. – 1,5 фунта, а в наши дни – всего 0,7 фунта. Тем не менее, потенциал сокращения выбросов парниковых газов за счет более эффективного использования энергии еще достаточно высок. Международное энергетическое агентство оценивает его в 16 Гт СО2-экв. в год.   Наряду с мерами по энергоэффективности необходимо разрабатывать и внедрять низкоуглеродные технологии. Среди них следует прежде всего
выделить использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) – ветроэнергетики, приливных электростанций, солнечных батареи, гидроэнергетики, биоэнергетики. К сожалению, во многих случаях эти технологии оказываются значительно дороже, чем традиционные технологии, основанные на сжигании ископаемого топлива. Поэтому для их
внедрения требуется государственная поддержка и специальные меры стимулирования. Особое место занимает ядерная энергетика. И не только в силу повышенной опасности ядерных объектов и неоднозначного отношения к ней. А еще и потому, что потенциал развития ядерной энергетики в мире весьма ограничен и она в любом случае не сможет сыграть решающей роли в сокращении выбросов парниковых газов.




  Переход на низкоуглеродную модель экономики требует осуществления широкомасштабных мер по сокращению выбросов парниковых газов. Такими мерами могут и должны стать:
  а) сокращение спроса на высокоуглеродную продукцию со стороны потребителей;
  б) повышение энергоэффективности, причем одновременно на стороне предложения (т.е. повышение эффективности использования топлива для производства энергии) и на стороне спроса (т.е. повышение эффективности использования и снижение потерь энергии при производстве конечных товаров и услуг);
  в) разработка и внедрение низкоуглеродных технологий;
  г) улавливание и захоронение углекислого газа;
  д) изменение земле- и лесопользования, предотвращение сведения и охрана лесов.
  Успешный пример реализации мер, направленных на повышение энергоэффективности и внедрение низкоуглеродных технологий, демонстрирует Дания. За период с 1990 по 2007 гг. энергоемкость экономики Дании уменьшилась на 18,3%, а удельные выбросы парниковых газов на 1 долл. ВВП – на 28%. В 2005 г. доля возобновляемых источников в конечном энергопотреблении составила 17%, а в производстве электроэнергии – без малого 30%.
Дания стала инициатором использования ветровой энергии в прибрежных водах. Установленная мощность ветропарка составляет 400 МВт и продолжает увеличиваться год от года.   В целом в странах Евросоюза, удельные выбросы парниковых газов на 1 долл. ВВП снизились по сравнению с 1990 г. более чем на 20%. На перспективу до 2020 г. страны Евросоюза ставят своей целью дополнительно сократить энергопотребление на 20% и увеличить долю возобновляемой энергетики в энергобалансе до 20%.
  Перспективным представляется также улавливание и захоронение углерода. Привлекательность этой технологии состоит в том, что она позволяет использовать традиционные ископаемые виды топлива, избегая при этом значительных выбросов СО2.
По данным МГЭИК, потенциал захоронения углерода в геологических структурах Земли составляет от 1700 до 11100 Гт СО2-экв. Это равнозначно такому количеству СО2, которое было выброшено при сжигании ископаемого топлива в течение 70–450 лет.
Практическое применение этой технологии уже началось. Так, 12 января 2009 г. губернатор штата Иллинойс (США) Род Благоевич подписал Билль 1987, согласно которому новые угольные ТЭЦ, вводимые в строй в 2009–2015 гг., обязаны улавливать и захоранивать 50% своих выбросов углекислого газа;
для станций, вводимых в 2016–2017 гг., требование возрастает до 70%;
а угольные станции, вводимые после 2017 г., обязаны будут улавливать и захоранивать 90% выбросов СО2.
Билль также устанавливает, что к 2025 г. не менее 25% электроэнергии штата должно вырабатываться на высокоэффективных угольных ТЭЦ с применением технологии
улавливания и захоронения углекислого газа.
  Переход к низкоуглеродной экономике, реализация в глобальном масштабе мер с целью сокращения выбросов парниковых газов открывают возможности для развития новых секторов и видов деятельности, ведут к структурной перестройке в энергетике и других отраслях и сопровождаются целым рядом позитивных экономических и экологических эффектов как на глобальном, так и на местном уровне. Так, уже сегодня мировой рынок возобновляемой энергетики оценивается в 38 млрд долларов в год и уверенно растет. В 2005 г. прирост
составил примерно 25%. Количество установок, работающих на солнечных батареях, увеличилось на 55%. К середине XXI столетия ожидается рост рынка низкоуглеродной энергетики до 500 млрд. долларов в год. А это не только сокращение выбросов  парниковых газов, но и миллионы новых рабочих мест и в самой энергетике. и в смежных отраслях,
включая науку, образование, прикладные исследования и разработки. Сегодня по всему миру в
отрасли занято уже 1,7 млн человек, и это только начало. В 2007 г. совокупные инвестиции в ВИЭ во всем мире составили около 70 млрд долларов.   В сфере финансов большие возможности связаны с торговлей сокращенными выбросами – квотами на выбросы, чистой энергетикой, страхованием. Вот лишь несколько цифр. В 2008 г. оборот углеродного рынка превысил 100 млрд. долларов и составил 122 млрд долларов. В том числе оборот торговли сертифицированными сокращениями выбросов с развивающимися странами составил
32 млрд долларов. И это не предел. Внедрение системы квотирования и торговли выбросами парниковых газов в Соединенных Штатах приведет к многократному увеличению емкости и оборота углеродного рынка.




  Мероприятия по сокращению выбросов парниковых газов сопровождаются сокращением выбросов традиционных загрязнителей (SO2, NOx, твердые частицы), что благотворно сказывается на здоровье населения и состоянии окружающей среды на местном уровне. Многочисленными исследованиями доказано, что загрязнение воздуха влияет на здоровье, а значит, и на качество жизни населения. Особенно заметно это влияние в развивающихся странах. По степени негативного воздействия на здоровье населения загрязнение атмос-
ферного воздуха в развивающихся странах может сравниться с такими явлениями, как недоедание, нехватка воды, плохая санитария. Соответственно, снижение выбросов вредных веществ, в том  числе в результате реализации мер, направленных на сокращение выбросов парниковых газов, дает ощутимый положительный эффект на локальном уровне. Подсчитано, например, что в Китае выгоды от снижения загрязнения воздуха традиционными загрязнителями при сокращении выбросов парниковых газов на 10–20% от нынешнего уровня превзойдут затраты на реализацию соответствующих мер. Впрочем, выиграют не только развивающиеся страны. По данным Европейского экологического агентства, снижение выбросов традиционных, вредных для здоровья загрязнителей в результате выполнения европейскими странами мероприятий  по снижению выбросов парниковых газов, необходимых для удерживания роста глобальной температуры в пределах 2°С, приведут к сокращению расходов на здравоохранение в этих странах на 16–46 млрд евро в год.


По материалам  доклада Николаса Стерна «Экономика изменения климата»  

Захоронение углекислого газа ( часть ІІ )

Похороны углекислого газа возмутили население Восточной Германии

  
Жители небольших городов Нойтребин и Бисков на востоке Германии протестуют против проекта захоронения под их домами углекислого газа с тепловых электростанций, который задуман как мера борьбы с глобальным потеплением.
Шведская компания Vattenfall, крупнейший производитель электроэнергии в своей стране, считает захоронение углекислого газа на глубине нескольких сотен метров путем к экологически чистой угольной энергетике: ведь тогда парниковые газы не будут поступать в атмосферу. Однако местные жители опасаются утечек.
Некоторые вспоминают случай, произошедшей на озере Ниос в Камеруне в 1986 году, когда вырвавшийся из котловины высокогорного вулканического озера углекислый газ убил свыше 1700 человек. Противники проекта говорят и о том, что технология захоронения углекислого газа в подобных масштабах не отработана, а экономический эффект от нее будет даже отрицательным.

Похоронить и не откапывать

Самые первые ТЭЦ на угле были достаточно грязным источником энергии. Тонны сажи дополнялись оксидом серы, который при взаимодействии с водой давал сернистую кислоту. В окрестностях электростанций осаждалась угольная пыль и шли кислотные дожди. Позднее, когда требования к чистоте воздуха заставили владельцев ТЭЦ заняться выбросами всерьез, на них стали устанавливать фильтры. Частицы сажи улавливали с помощью электрического поля, а оксид серы связывали химическим путем. На выходе оставались лишь углекислый газ и водяной пар – вещества, долгое время считавшиеся совершенно безвредными.
С точки зрения химии они действительно безвредны. Углекислый газ опасен только при накоплении его в низинах, но при этом он является тем газом, который выдыхает человек. Его опасность – не в токсическом действии на живые организмы.
Углекислый газ неспроста назвали парниковым – он действительно напоминает парниковое стекло, которое пропускает свет, но задерживает тепловое излучение. Планета получает больше тепла, чем отдает, и за счет этого ее температура повышается. А повышение температуры ведет не только к более мягким зимам и расширению пригодных для сельского хозяйства территорий в приполярных и умеренных широтах, но и к нарушению сложившейся системы воздушных потоков, таянию ледников и росту уровня моря. Подтопления прибрежных территорий, погодные аномалии, засухи – все это следствия глобального потепления.
И чтобы хотя бы замедлить нагрев планеты, концентрацию углекислого газа (уже заметно выросшую с начала промышленной революции) надо снижать. В частности, путем захоронения либо только что произведенного на электростанциях, либо даже специально извлеченного из атмосферы газа. Если весь газ, который образуется при работе ТЭЦ, будет закачан вглубь земли, то влияние на окружающую среду будет сведено к минимуму. По крайней мере так считают авторы проекта.

За чей счет?

На реализацию проектов по захоронению парникового газа в одном только Евросоюзе затрачено $1,5 млрд. За каждую выброшенную в атмосферу тонну углекислого газа энергетикам придется платить дополнительные налоги, поскольку иначе дорогостоящие работы по утилизации газа просто теряют всякий экономический смысл. Да и с учетом налогового бремени, как считают процитированные Wall Street Journal (http://online.wsj.com/article/SB125476964655765445.html) экологи, «чистый уголь» не окупит себя: стоимость получаемой на такой ТЭЦ энергии будет сопоставима с электроэнергией от альтернативных источников вроде ветрогенераторов.

Углекислый газ – возвращение из глубин

В дорогостоящем проекте, который позиционируется как спасение от парникового эффекта, жителей Нойтребина смущает вероятность утечки газа и возможное падение стоимости их земельных участков. В апреле 2009 года, когда было объявлено о проекте захоронения углекислого газа, в Нойтребине поднялась волна протестов, а ранее построенная опытная установка в Шварц Пампе так и не начала свою работу из-за отсутствия разрешения от властей, извлекаемый углекислый газ по-прежнему выбрасывается в атмосферу.
Компания Vattenfall пытается развеять страхи, организуя встречи с жителями с участием геологов и специалистов по горному делу. Инженер Томас Лаутш, который провел шесть таких встреч, указывает, что в Германии насчитывается 40 месторождений природного газа, часть из которых расположены прямо под домами. Природный газ куда как более опасен, чем углекислый, говорит он – однако никто же по этому поводу не переживает!
Другой аргумент, основанный непосредственно на практике, гласит, что норвежская нефтяная компания StatOil уже закачивала под землю, в бывшие месторождения природного газа, углекислый газ – и никаких утечек там не было. Глиняные породы и насыщенные рассолом пласты в принципе не пропускают газ, будь он природным или углекислым: по мнению ученых, проект безопасен.
Однако по мнению жителей, которые приходят на встречи с плакатами «Мы не подопытные морские свинки!», это далеко не так. Чем закончится противостояние, пока неизвестно. Правительство в свете недавно прошедших выборов предпочитало молчать, а местные власти упорно не желали подписывать разрешения на проведение опытных работ.

Не под моим двором

История с закачкой углекислого газа под землю повторяет судьбу ряда других проектов, которые должны по замыслу их авторов снизить наносимый окружающей среде или человеку вред. Углекислый газ, выбрасываемый в атмосферу, ведет к повышению температуры планеты – это плохо, с этим надо бороться, большинство развитых стран заявляют о намерении сократить его производство... но вот с конкретными альтернативами пока получается не очень хорошо.
В Германии, где собрались закачать на несколько сотен метров под землю парниковый газ, до этого было принято решение постепенно закрыть все атомные электростанции: также из природоохранных соображений.
Затем, когда цены на нефть превысили $140 за баррель, а альтернативная энергетика так и не смогла потеснить реакторы – о АЭС заговорили снова, но уже в ином ключе. Победа на выборах Ангелы Меркель может, как считает издание World Nuclear News, означать то, что вместо сворачивания ядерной энергетики немцы начнут строительство новых станций.
 

 Алексей Тимошенко
Источник: gzt.ru 

Захоронение углекислого газа ( часть І )

Захоронение углекислого газа совместят с геотермальной энергетикой


Общий принцип геотермальной электростанции прост. 
Прокачиваемая через глубокие горизонты вода несёт
полученную энергию к турбинам. Однако вариаций
технологии может быть несколько, 
в том числе – довольно экзотических 
(иллюстрация с сайта geothermal.marin.org). 

Американское министерство энергетики (DOE) направило средства на несколько исследовательских проектов, призванных впервые скрестить две различные технологии — захоронение парникового газа в глубоких подземных горизонтах и выработку даровой энергии за счёт геотермальных источников.


Недавно министерство объявило о выделении $338 миллионов на исследования по геотермальной энергии, в том числе $16 млн — на девять проектов разработки и тестирования экзотической гибридной технологии, скрещивающей геотермальную электростанцию с комплексом захоронения CO2. Среди получателей этих фондов — несколько университетов США, ряд американских компаний и национальных лабораторий, в частности Lawrence Berkeley National Laboratory.
Основная идея отталкивается от модифицированной версии геотермальной электростанции (вот, к слову, самый передовой такой объект). Ещё в 2000 году физик Дональд Браун (Donald Brown) из лаборатории в Лос-Аламосе (LANL) предложил в таких станциях заменить воду на суперкритический углекислый газ (горячую жидкость, находящуюся под давлением и готовую в любой момент выпустить большое количество пара).
Такой состав обладает меньшей вязкостью, чем вода, и легче проникает в глубинные трещины в породе. На его прокачивание через подземные горизонты можно тратить меньше энергии, так как из-за разности плотностей более холодной жидкости, направляемой вниз, и разогретого газа, рвущегося вверх, возникнет сифонный эффект.


И главное — вместо использования драгоценной пресной воды такая станция могла бы заодно работать и как система захоронения парникового газа, ведь часть диоксида углерода в такой схеме будет постоянно захватываться в ловушку в глубинных породах.
А ведь над самым оптимальным способом захоронения CO2 от тепловых электростанций (в свете борьбы с глобальным потеплением) учёные размышляют уже много лет, предлагая самые разные варианты — от использования водоносных слоёв и нефтяных месторождений до превращения выброса ТЭС в биотопливо и кирпичи.
В 2006-м был сделан ещё один шаг к появлению "гибрида": физик и гидрогеолог из лаборатории Лоуренса Карстен Прюсс (Karsten Pruess) провёл моделирование и посчитал, что замена H2O на CO2 может привести к 50-процентному увеличению мощности геотермальной станции.
Теперь эта идея должна быть проверена на практике. Например, получившая свою долю гранта гидрогеологическая исследовательская группа университета Миннесоты (Geofluids Research Group) предлагает не превращать геотермальные станции в хранилища углерода, а напротив, добавлять геотермальную энергетическую часть к уже имеющимся, разрабатываемым и строящимся комплексам по захоронению CO2. После серии экспериментов воплощение такого замысла должно начаться в течение следующих трёх лет.
Интересно также, что некоторые американские компании продвигают аналогичные идеи и без денег от министерства. Так, GreenFire Energy совместно с Enhanced Oil Resources намерены построить на границе Аризоны и Нью-Мексико демонстрационную комбинированную станцию на 2 мегаватта, которая будет одновременно и захоранивать парниковый газ в глубинных слоях породы и получать от циркулирующего газа энергию. Бурение скважин в рамках данного проекта начнётся уже в 2010 году. Партнёры утверждают, что выбранная площадка теоретически позволит получать из-под земли до 800 мегаватт и захоранивать углекислоту сразу от нескольких угольных электростанций.
Во всех случаях учёным ещё предстоит уточнить, как жидкий углекислый газ будет взаимодействовать с теми или иными породами и что именно случится с подземными горизонтами, когда в них начнут закачивать большие массы углекислого газа, не начнётся ли растворение скал.
Дело в том, что при попадании в такую жидкость воды образуется весьма активная "содовая". Мартин Саар (Martin Saar), глава Geofluids Research Group, впрочем, считает, что опасность преувеличена: суперкритический CO2 имеет меньшую плотность, чем водяной рассол, и потому будет подниматься вверх, скапливаясь над водой — под "крышками" скальных полостей.

Источник : membrana.ru

18 нояб. 2009 г.

Китайцы готовят революцию в сфере стройматериалов

Ученые всего мира единогласно называют нанотехнологии самым перспективным и многообещающим ноу-хау XXI века. Именно этой области фундаментальной и прикладной науки принадлежит ключевая роль в мировом экономическом и социальном развитии. Особенно значимые прорывы относятся к применению нанотехнологий в строительных материалах, передает Инфобуд. И даже несмотря на относительно недавнее начало работ в этой области , уже сегодня можно говорить о том, что данные технологии не только способствуют появлению новых продуктов, но и повышают эффективность использования существующих материалов и, соответственно, качество жизни миллионов людей. Китаю в связи с этим есть что продемонстрировать миру.
С помощью наночастиц можно изменять цвет искусственного покрытия, их функции самоочищения позволяют создавать специальный антибактериальный слой, проводимость – формировать специальное проводящее покрытие, ультрафиолетовая защита – повышать свойства антистарения и предотвращать появление желтизны (что, например, очень ценно для металлопластиковых окон и дверей), высокая способность к устойчивости помогает укреплять силу сопротивления материалов на поверхности пластиковых труб, передает Инфобуд. Наноматериалы, обладающие уникальными оптическими, электрическими, тепловыми и магнитными свойствами, могут совершить революцию во многих отраслях производства строительных материалов.
Разработка и развитие нанотехнологий стало одним из приоритетных направлений развития китайской науки. Более того, сегодня в КНР от научного исследования и развития наноотрасли начинается переход к началу массового внедрения ее продуктов в производство.

Шлагбаум для старости

Создание антибактериальных керамических продуктов на основе использования антибактериальной функции наночастиц с применением инфракрасного излучения. Проведенные китайскими учеными исследования доказали, что выпускаемые таким способом керамические продукты способствуют улучшению кровообращения, повышению иммунитета и даже останавливают преждевременное старение, что переводит изобретение в категорию «очевидное – невероятное» и обещает широкое научное и общественное признание в ближайшем будущем.
Сегодня неорганические неметаллические материалы являются одними из популярнейших в строительстве. Однако применение изделий из них зачастую имеет ряд ограничений по таким характеристикам как высокая теплопроводность, хрупкость и низкая пористость, передает Инфобуд. Вышеописанное изобретение, принадлежащее Шанхайскому институту керамики, расширяет сферы применения керамических изделий, существенно повышая эффективность их использования.

«Эффект лотоса»

Создание специального покрытия для стройматериалов, с помощью нанотехнологий способного противостоять загрязняющему воздействию водных и нефтяных капель. В итоге достигается так называемый «эффект лотоса»: капли, как шарики ртути, скатываются с поверхности листа, сохраняя его всегда чистым и сухим, смывая одновременно всю грязь и никогда не оставляя следов.


Самая масштабная область применения открытия – Большой национальный театр в Пекине, на постройку прозрачного полушария которого было потрачено порядка $588,24 млн. Покрытие стеклянной поверхности размером 6000 кв. м, вызывающей недоумение у непросвещенных посетителей («Чего же стоит отмыть этот купол от уличной грязи?»), изготовлено с использованием нанотехнологий. И хотя первоначально в проекте строительства такая возможность не рассматривалась, создателям пришлось обратиться за помощью к специалистам Пекинского промышленного парка Чжунгуаньцунь (известного как Китайская силиконовая долина), где и была предложена и вскоре с успехом внедрена технология применения наночастиц с использованием «эффекта лотоса» в покрытии для стеклянного материала. Лист лотоса всегда остается чистым за счет особого строения листа, передает Инфобуд. Он никогда не намокает (высокая плотность), и капельки воды/грязи скатываются с него, не оставляя никаких следов.



Солнечный аккумулятор

Нанопокрытия, накапливающие солнечную энергию. Технология была изобретена в Шанхайском центре науки и нанотехнологий (Shanghai Nano Science and Technology Center). Может использоваться на лестницах зданий при отсутствии электрического освещения, а также в качестве аварийной иллюминации на случай эвакуации (указывает путь к выходу), например, в развлекательных заведениях. Приобретает все большую популярность для домашнего применения – не только как эксклюзивный декор, но и как энергосберегающий источник света, передает Инфобуд.Причем в качестве «солнечных батарей» могут использоваться окна помещения. Одно из главных преимуществ технологии – более низкая цена по сравнению с дорогостоящими традиционными солнечными батареями.

Эффект «термоса»

Использование нанопористого покрытия для стен, позволяющего сохранять тепло в помещении зимой и кондиционерную прохладу летом. Устройство представляет собой полупрозрачную пленку, обладающую высокими изоляционными свойствами и способную обеспечить так называемый «эффект термоса». По замыслу создателей, изобретение предполагается использовать в основном в крупномасштабном строительстве. Так, например, подобным материалом покрыты стены Шанхайского музея науки и технологии площадью почти 3000 кв. м. Планируется также использовать эти методики в выставочном зале Немецкого национального павильона. Специалисты считают, что уже в самом ближайшем будущем наноизоляционные покрытия «придут» в жилые районы, обеспечивая дополнительную экономию энергии и защиту окружающей среды.


Нанотехнологии уже нашли применение в строительстве объектов для Олимпийских игр в Пекине. Например, в пекинском дворце спорта Capital Gymnasium наночастицы были использованы для покрытия потолков, что обеспечило звукоизолирующую функцию помещений, а также способность более сильного противостояния деформации. Использование наноматериалов в покрытии стен защищает их от грязи и воды, передает Инфобуд. Нанопластиковые двери, окна и трубы становятся более износостойкими и устойчивыми к коррозии. Нанометодики на сегодняшний день уже нашли широкое применение в спортивном оборудовании и инвентаре – их используют в производстве лыжных палок, трамплинов для прыжков, теннисных ракеток и т.п. Специалисты знают, насколько трудно спортсмену стоять на пятиметровом трамплине шириной всего полметра, а нанотехнологии позволяют сделать поверхность данного спортивного снаряда нескользкой, давая возможность прыгуну в воду сосредоточиться и максимально сконцентрироваться. В ракетках для бадминтона и теннисных ракетках такие характеристики, как легкость и прочность, достигаются за счет увеличения плотности углеродных материалов.
Сегодня 80% проводимых в Китае исследований в области нанотехнологий касаются металлов и неорганической химии. Кроме того, большое внимание также уделяется полимерам и синтетическим материалам. Тем не менее, в таких областях, как электроника, биомедицина, применение нанотехнологий в силу их низкой изученности пока ограничено.
Согласно ряду отчетов исследовательских компаний, в ближайшие пять лет спрос на строительные материалы, изготовленные с применением нанотехнологий, увеличится на 44%. И, главным образом, это будет достигнуто за счет самоочищающегося покрытия. Хотя на сегодняшний день область применения нанотехнологий в строительстве пока не достаточно широка, тем не менее ученые доказали, что использование новых методик в таких веществах, как бетон, краска, стекло, клей и т.д., делает строительные материалы гораздо более эффективными по своему назначению. Наибольшим спросом в строительной отрасли в ближайшем будущем начнут пользоваться такие материалы с нанотехнологиями, как фасадные водонепроницаемые краски. Причем уже к 2011 году на рынке красок им будет принадлежать доля в 30%.

Источник: http://ibud.ua

17 нояб. 2009 г.

Био-топливо. Финский опыт



Крупнейшая в мире био-топливная электростанция Alholmens Kraft - находится в Финляндии. Оборудование электростанции распологается на територии завода UPM-Kymmene Ab в городе Pietarsaari .
Мощность электростанции достигает 265МВт . За час работы здесь сжигают 1000 кубометров топлива . Производными компонентами био-топлива используемого на электростанции являются: древесная кора, щепа, отходы лесозаготовки и деревообработки , торф.


Применение одной только щепы в качестве топлива дает возможность получить 300ГВт энергиии в год. Источники торфа находятся в радиусе 100 километров от электростанции, ежедневно поставляется около 100 грузовиков торфа.


При максимальной нагрузке на электростанцию один грузовик торфа сгорает за 6-8 минут. В качестве вспомогательного топлива используют каменный уголь. Уголь импортируется из Польши и составляет 10% от общего объема топлива.
Процес подготовки топлива выглядит следующим образом - древесина поступающая в пункт приема просеивается через специальные сита, затем измельчается в низкооборотистых дробилках и загружается во временное хранилище объемом 3500 кубометров.


Далее винтовой конвеер подает топливо в котел. Максимальный объем подачи - 800 кубометров в час. Система подачи насчитывает 4 линии.


За равномерным распределением подачи следит автоматизированная система - это позволяет добиться максимально эффективного использования топлива.
Кроме электроэнергии, электростанция обеспечивает теплоснабжение для жителей Пиетарсаари (60МВт) и технологический пар для завода UPM-Kymmene (100МВт).
Очаг котла имеет такие размеры - 8,5м Х 24м и 40 метров в высоту. Давление пара обеспевиваемое котлом составляет 165 бар при температуре 545°C . Для примера, котел ТПП-210 Трипольской ТЭС, обеспечивает для 300 мегаваттного турбогенератора К300-240  пар  давлением в 250 бар при температуре 540°C .
На электростанции работает система эффективных фильтров позволяющих максимально снизить выбросы вредных веществ, в частности диоксидов углерода, серы, азота .
Персонал электростанции насчитывает 400 человек. 50 из них обслуживают электростанцию, 350 заняты в производстве и подготовке био-топлива, а также в руководстве предприятием.

*

 
Rambler's Top100