В кругосветное плавание — без горючего


Катамаран Energy Observer, рисунок.
Катамаран Energy Observer, рисунок.

В феврале этого года катамаран Energy Observer отправится в кругосветное путешествие. Судно работает за счёт возобновляемых источников энергии и не выбрасывает отходов в окружающую среду. (далее…)

Открылось первое в мире «солнечное шоссе»


Министр экологии, устойчивого развития и энергетики Сеголен Руаяль на открытии «солнечного шоссе».
Министр экологии, устойчивого развития и энергетики Сеголен Руаяль на открытии «солнечного шоссе».

Во Франции открылось первое в мире солнечное шоссе — участок дороги, выложенный солнечными панелями. Предполагается, что вырабатываемая ими энергия обеспечит электричеством фонари города Турувр.

Километровый участок дороги RD5 уложен 2800 м2 солнечных батарей, подключённых к местной электросети. Панели покрыты резиной на кремниевой основе, по расчётам разработчиков, они могут выдержать тяжёлые грузовики и сложные погодные условия. Проект под названием Wattway получил государственное финансирование в размере 5 миллионов евро, постройкой дороги занималась французская компания Colas — дочернее предприятие строительного гиганта Bouygues. Предварительное тестирование технологии проводили на автостоянках и перед административными зданиями, на небольших участках площадью 50—100 м2. (далее…)

Солнечные батареи выплатили «энергетический долг»


В пятидесятых, когда солнечные батареи только появились, мало кто мог их себе позволить. Теперь они стали относительно дешёвыми и доступными.
В пятидесятых, когда солнечные батареи только появились, мало кто мог их себе позволить. Теперь они стали относительно дешёвыми и доступными.

Исследователи из Утрехтского университета (нидерл. Universiteit Utrecht), Университета Гронингена (нидерл. Rijksuniversiteit Groningen) и Технического университета Эйндховена (нидерл. Technische Universiteit Eindhoven) изучили сорокалетнюю историю применения солнечных батарей и пришли к выводу, что они давно покрыли затраты энергии на производство и компенсировали выбросы парниковых газов. Результаты работы опубликованы в журнале Nature Communications. (далее…)

Топливо из биомассы. Лигнин больше не помеха


Экстракция лигнина
Экстракция лигнина с формальдегидом и без.

Лигнин — громоздкая цепь молекул, определяющая механическую стойкость древесины. В процессе производства биотоплива лигнин — досадная помеха, от которых надо избавиться. Но химики Федеральной политехнической школы Лозанны (фр. École polytechnique fédérale de Lausanne) разработали способ сократить количество отходов, расщепляя лигнин с помощью формальдегида.

Сокращение глобальной зависимости от ископаемого топлива возможно при должном развитии индустрии переработки возобновляемого растительного сырья в биотопливо. Но производить его из растений и других органических веществ (биомассы) экономически эффективно — сложно. Это серьёзная инженерная задача. В основном биомасса — это несъедобные растения — деревья, трава и водоросли, содержащие сахара, которые могут быть ферментированы для производства топлива. Но в биомассе также содержится лигнин, громоздкий органический полимер, и его много в древесине и коре. Он химически устойчив, и при производстве биотоплива его легче выбросить, чем переработать. (далее…)

Чтобы дроны летали дольше, надо научиться заряжать их без проводов


Лети, дрон, лети
Лети, дрон, лети.

Большинство любительских и коммерческих дронов могут летать только около 20—30 минут максимум. Причина в том, что батареи в конце концов разряжаются. И, чем больше и мощнее батарея, тем тяжелее аппарат, который, в свою очередь, требует больше энергии для полёта.

Но существует целый ряд проектов, авторы которых намерены увеличить время полёта дронов, благодаря использованию энергии Солнца и технологии, известной как беспроводная передача энергии.

Если дроны не нужно подзаряжать от внешнего проводного источника, им не надо и приземляться. А это означает, что беспилотные летательные аппараты смогут путешествовать на большие расстояния и потенциально никогда не приземляться, что особенно важно для дронов, обеспечивающих беспроводной доступ в Интернет или выполняющих долгосрочные задачи по наблюдению. (далее…)

Растущий рынок электромобилей повышает спрос на литий


Литий выглядит вот так
Литий выглядит вот так.

Рынок электрических автомобилей все ещё мал, но их производство быстро растёт. Так, Tesla намерена перейти от производства 80 000 автомобилей в 2016 году до 500 000 к 2018 году и строит для достижения этой цели огромные «гигафабрики» по производству батарей. На некоторых рынках ожидается значительный рост владения электромобилями, прежде всего это Китай, в отношение которого предсказывается, что к 2020 году на его дорогах будут ездить пять миллионов автомобилей с литиевыми батареями.

Литий — лёгкий, химически активный металл, месторождения которого находятся в солевых отложениях в Южной Америке, Австралии и Китае, занимает центральное место в производстве литий-ионных батарей. Технология, использующая литий, делает возможной быструю перезарядку смартфонов и играет ключевую роль в производстве батарей намного большего размера, дающих энергию электрическим автомобилям. (далее…)

Люминесцентные стёкла повысят эффективность солнечных батарей


Переизлучающее ультрафиолет в видимом диапазоне стекло сможет продлить срок действия солнечных батарей и повысить их КПД
Переизлучающее ультрафиолет в видимом диапазоне стекло сможет продлить срок действия солнечных батарей и повысить их КПД.

Исследователи из университета ИТМО создали оптические люминесцентные стёкла, излучающие видимый свет под действием ультрафиолета. Благодаря этому свойству новый материал может быть полезен в энергетике для увеличения эффективности и срока службы солнечных батарей: энергия ультрафиолетового излучения, которая сама по себе оказывает разрушительное влияние на солнечный модуль, будет преобразовываться и использоваться для дополнительной подзарядки. Стекла просты в изготовлении и могут также найти применение в производстве более «долгоиграющих» белых светодиодов с лучшей цветопередачей. Исследование опубликовано в издании Journal of Luminescence.

Ультрафиолет и пыль снижают рабочие характеристики кремниевых солнечных батарей. Для защиты от этих негативных факторов используют стеклянные экраны. Но, если батарею накрывать не обычным стеклом, а люминесцентным (светящимся в результате поглощения УФ излучения), можно не только защитить её от механических загрязнений, но и заметно выиграть в количестве света, попадающем в конечном итоге на поверхность батареи. (далее…)

Мировая энергетика. Часть II


Облик мировой энергетики постепенно меняется
Облик мировой энергетики постепенно меняется.

В предыдущей статье мы обсудили современное состояние мировой энергетики: какие источники первичной энергии существуют, каким образом, где и в каком количестве они используются. Выяснилось, что более 80% первичной энергии мы сегодня получаем из ископаемого топлива (то есть угля, нефти и природного газа), и более 85% — из невозобновляемых источников (то же, плюс атомная энергетика). На возобновляемые источники приходится менее 15% первичной энергии. При этом биоэнергетика, составляющая две трети всех возобновляемых источников и 10% общего потребления первичной энергии, по большей части присуща неиндустриальным обществам. Таким образом, современные технологии возобновляемой энергетики дают пока что не более 5% первичной энергии.

Понятие первичной энергии является ключевым для обсуждаемой темы; подробное описание этой концепции было приведено в предыдущей статье. Определение используемых здесь единиц измерения первичной энергии — миллионы тонн нефтяного эквивалента — можно найти там же.

Посмотрим теперь, какие существуют прогнозы в отношении мировой энергетики. Международное энергетическое агентство (МЭА), помимо ранее нами изученных данных по текущему состоянию мировой энергетики, готовит также и прогноз до 2040 года. (далее…)

Новый метод изучения процессов внутри аккумуляторов (и не только их)


Химические и фазовые изменения внутри аккумулятора в процессе заряда.
Химические и фазовые изменения внутри аккумулятора в процессе заряда.

Новый пятимерный рентгеновский метод визуализации внутреннего состояния аккумуляторов в процессе зарядки и разрядки разработали учёные и инженеры из Брукхейвенской национальной лаборатории (Brookhaven National Laboratory, BNL). Для томографии вращающегося образца используется рентгеновское излучение различных энергий, что позволяет построить пятимерную (три пространственных измерения плюс время и энергия) визуализацию процессов, происходящих внутри аккумулятора. Метод позволяет отслеживать ход химических реакций в аккумуляторах в рабочих условиях. Статья об исследовании опубликована 12 августа в журнале Nature Communications. (далее…)

Топливо из углекислого газа


Аргоннская национальная лаборатория
Аргоннская национальная лаборатория, США.

Когда учёные или политики говорят о борьбе с изменением климата, в первую очередь идёт речь о главном виновнике «парникового эффекта» — углекислом газе.

Сжигание ископаемого топлива на электростанциях и в двигателях автомобилей освобождает углекислоту, которая накапливается в атмосфере и становится причиной глобального потепления. Высшие растения, водоросли, многие протисты и цианобактерии способны поглощать углекислый газ из атмосферы, превращая его в сахара и крахмал.

В ходе исследования, проведённого Аргоннской национальной лабораторией (Argonne National Laboratory), старейшим национальным исследовательским центром Министерства энергетики США, и Иллинойсским университетом в Чикаго (University of Illinois at Chicago), был создан прототип устройства, которое может аналогичным образом преобразовывать углекислый газ в топливо с помощью энергии солнечных лучей. (далее…)

Фотографии превратили в солнечные батареи


На фотографии, напечатанной с использованием сенсибилизированных красителем солнечных батарей, изображены члены научной группы Гуфран Хашми, Мерве Озкан и Янне Халме.
На фотографии, напечатанной с использованием сенсибилизированных красителем солнечных батарей, изображены члены научной группы Гуфран Хашми, Мерве Озкан и Янне Халме.

Учёные финского Университета Аалто (фин. Aalto-yliopisto) создали фотографию, способную вырабатывать электричество. Разработанный ими метод позволит печатать солнечные батареи почти любых форм и расцветок.

Последние десять лет исследователи по всему миру работают над технологией создания солнечных элементов посредством струйной печати. Она привлекает учёных низкой ценой и возможностью сократить количество производственных отходов. Как правило, в этом процессе используют органические или сенсибилизированные красителем солнечные батареи. «Мы хотели пойти дальше и проверить, можно ли этими материалами печатать на струйном принтере картинки и текст, так же как традиционными чернилами», — объясняет Янне Халме (Janne Halme), один из авторов исследования.

Обычные чернила, поглощая свет, нагреваются, а фотоэлектрические превращают часть этой энергии в электричество. При этом чем насыщеннее цвет (и темнее оттенок), тем электричества больше. Самые производительные солнечные батареи — чёрные. Основная идея создания цветной панели с изображением состояла в том, чтобы на одной поверхности объединить и фотоэлементы, и визуальную информацию. «К примеру, установленные на электронное устройство небольшой мощности, эти батареи будут частью дизайна, и в то же время смогут снабжать прибор энергией», — говорит Халме.
(далее…)

Витамин для проточного аккумулятора


Экспериментальная проточная батарея
Экспериментальная проточная батарея.

Учёные Гарварда развивают технологию проточных аккумуляторов. Вдохновившись формулой витамина B2, они нашли совершенно новый класс высокопроизводительных органических молекул, которые могут быть основой безопасного способа хранения электричества, полученного от непостоянных источников, таких как солнечные панели и ветрогенераторы.

Предыдущим успехом команды была разработка мощной проточной батареи, в которой энергия сохраняется с помощью хинонов и жёлтой кровяной соли (ранее для этого использовались ионы ванадия, дорогого и токсичного металла). Это стало прорывом, обеспечившим высокоэффективным, негорючим, нетоксичным, не вызывающим коррозии и недорогим химическим веществом проект по созданию мощного и дешёвого устройства хранения электроэнергии. (далее…)

Бионический лист получает топливо из солнца, воздуха и воды


Для расщепления воды на кислород и водород установка использует солнечную энергию.
Для расщепления воды на кислород и водород установка использует солнечную энергию.

Учёные Гарвардского университета (Harvard University) разработали «бионический лист» — устройство, которое позволяет получать спиртовое топливо из воды с помощью солнечной энергии. Оно почти в десять раз эффективнее природных фотосинтезирующих систем. Статья с результатами исследования опубликована в журнале Science.

Установка работает на солнечных батареях. Она расщепляет воду на кислород и водород, а бактерии Ralstonia eutropha превращают водород и полученный из воздуха углерод в спиртовое топливо. Исследователи называют своё творение «бионическим листом 2.0», поскольку это не первая попытка создать искусственную фотосинтезирующую систему. Устройство, которое они разработали в 2015 году, получало 216 миллиграммов спиртового топлива из литра воды. Однако учёные столкнулись с проблемой: катализатор из смеси никеля, молибдена и цинка, который позволял расщеплять воду, приводил к выделению активных форм кислорода. Эти молекулы разрушали ДНК бактерий, и те погибали. Чтобы этого избежать, приходилось запускать установку при аномально высоком напряжении, из-за чего её эффективность снижалась. (далее…)