Целый год ученые и гении научно-технического прогресса работали не покладая рук, чтобы сделать жизнь на планете Земля комфортнее. Ну, и безопаснее. 2019 г. имел большие успехи. Можно, абсолютно смело предположить, что человечество стоит на пороге новой, энергетической, революции.
О тех, кто воплощает в жизнь прогресс, решили написать “ЭлектроВести”. В этом материале мы собрали самые интересные научные и технические открытия этого года.
Аккумуляторы
Аккумуляторы, большие и маленькие, стали очень важными элементами нынешнего технического прогресса. Ведь от того, на сколько батарея емкая и, как быстро она зарядится, зависит очень много. К примеру, доедете вы из Киева до Одессы, или нет. Или сколько ночей вам придется провести на заправках, подзаряжая свой транспорт. Поэтому мировые умы очень долго трудились, но все-таки порадовали нас своими ноу-хау.
Порошок для аккумуляторов
Созданный выходцами из Кембриджа стартап Echion Technology утверждает, что создал материал мечты для литий-ионных аккумуляторов будущего – с ними батареи будут заряжаться за шесть минут, причем это верно и для смартфонов, и для электрокаров. А главное, Echion обещает перейти к масштабному производству уже в следующем году.
Успех стал возможным потому, что его команда разработала некий недорогой порошковый материал, которым можно просто заменить графит в нынешних литий-ионных батареях – и мир изменится.
Кальций-ионные батареи
Литий, литий… Он дорогой и еще часто самовозгорается – подумали ученые из Института Гельмгольца в Ульме и синтезировали новый тип соли кальция из фтористого соединения. Решили создать новый тип батарей – кальций-ионные. Они могли бы стать достойной заменой литиевых, поскольку кальций встречается в природе в 2500 раз чаще, а число электронов в таких батареях по меньшей мере в два раза больше. Это значит, что аккумуляторы могли бы стать тоньше и легче.
Алюминиевые аккумуляторы
Но, тут появились шведские и словенские ученые, которые смогли удвоить плотность энергии алюминий-органического аккумулятора. Они настаивают, что производство аккумуляторов из такого доступного материала, как алюминий, позволит снизить расходы и ущерб окружающей среде, а применять их можно будет для хранения солнечной или ветровой энергии.
Транспорт
Транспорт в этом году не отставал. Если электрокары стали делом довольно привычным на суше, то ученые пошли дальше и решили покорять воздух и мировые океаны.
Электросамолеты
Об успешных испытаниях крылатых машин на электрической тяге в этом году было очень много сообщений. Но, некоторым удалось еще больше. Американская авиакомпания Cape Air подписала на международном салоне в Ле-Бурже договор о приобретении не менее 10 самолетов, произведенных израильским стартапом Eviation. Израильский бизнес-джет под названием Alice рассчитан на 6-9 пассажиров, и способен преодолеть на одной зарядке 965 км. Его корпус полностью изготовлен из композитов, поэтому аппарат весит всего шесть т, что делает его в 300 раз энергоэффективнее по сравнению с конкурентами.
“45% всех перелетов совершается на расстояниях до 800 км, – считает бизнесмен Ричард Чендлер, совладелец Eviation. – Таким образом, уже сейчас почти половина всех рейсов в мире по силам электрическим двигателям”.
Заявленная крейсерская скорость Alice – 450 километров в час, рабочий потолок – 3 километра. Двигатель питается от инновационного аккумулятора емкостью 980 киловатт-часов. Вероятно, самолет будет заряжать аккумуляторы прямо в воздухе, используя термические подъемы воздуха и отключая на это время моторы.
Солнечный дирижабль
965 километров на одной зарядке и всего 9 пассажиров – смешно – подумали в британской авиационной компания Varialift Airships. И объявили о начале создания нового прототипа своего солнечного дирижабля. Он будет полностью алюминиевым, устойчивым к ветру и полностью герметичным при нормальном использовании.
Дирижабли Varialift будут эксплуатироваться приблизительно за 10% стоимости самолетов, делая расходы сопоставимыми с грузовиками или железными дорогами. Кроме того, вертикальный взлет и посадка позволят получить доступ к труднодоступным районам без ВПП или дополнительной инфраструктуры. Крупнейшие дирижабли компании смогут перевозить 250 т груза, почти вдвое увеличивая полезную нагрузку по сравнению с Boing 747. А 250 т груза – это вам не 9 человек.
Крупнейший в мире электрический паром
Судостроители решили не отставать и отправили E-Ferry Ellen, самый большой в мире полностью электрический паром в первый рейс, соединив остров Эре с материковой частью Дании. Расстояние между конечными точками маршрута, датскими портами Себю и Финшав, составляет 22 морских мили.
Судно, способное перевозить 30 транспортных средств и 200 пассажиров, питается от аккумуляторной системы с невиданной ранее мощностью в 4,3 МВт-ч, которая была специально разработана Leclanche SA, одной из ведущих мировых компаний в сфере хранения энергии. По оценкам экспертов, этот электрический паром позволит сократить количество выбросов CO2 более чем на 2 тыс. т в год.
Но, для того чтобы заряжать все эти самолеты и “пароходы” нужна электроэнергия. Но, как мы уже обсуждали, большинство стран хотят избавиться от углеродной зависимости. С экологией в самом деле проблемы. Пока ученые видят выход в генерации из ВИЭ. Но, ее эффективность нужно повышать. Ученые со всего мера активно работали и в этом направлении.
Открытия в генерации ВИЭ
Самая главная проблема солнечных электростанций – это то, что они не работают в темное время суток. Да, да… именно тогда, когда все приходят домой и включают лампочки, компьютеры, телевизоры, ставят на зарядку телефоны и многое другое. Именно тогда когда они так нужны, солнечные панели не работают.
Ночная генерация
Решить проблему взялся инженер из Калифорнийского университета в США. Он создал устройство, которое способно генерировать электроэнергию под ночным небом. Устройство состоит из пенополистирола и алюминиевых деталей, и работает за счет радиационного охлаждения.
Верхняя часть устройства остывает быстрее, чем нижняя, а возникающая разность температур преобразуется в электричество с помощью термоэлектрического модуля.
Круто – скажете вы, но прототип пока обеспечивает электроэнергию только для работы светодиода. Но, разработчик уже предложил несколько технических решений, позволяющих увеличить производительность устройства.
Тепло в энергию
Трансформировать тело в электроэнергию за счет разницы температур хотят и австрийские ученые. Технология не нова, но разработчики предложили для этого новый материал.
“Хороший термоэлектрический материал должен в достаточной мере демонстрировать эффект Зеебека и отвечать двум основным требованиям, которые сложно примирить в одном материале, – пояснил профессор Эрнст Бауэр. – С одной стороны, он должен проводить электричество лучше; с другой – он должен проводить тепло как можно хуже. Это непросто, поскольку электро- и теплопроводность обычно идут рука об руку “.
Новая мощная солнечная панель
Вы думаете, что солнечные панели исчерпали ресурс развития. А нет. Китайский производитель Risen Energy на своей ежегодной конференции поставщиков объявил о начале выпуска солнечных модулей мощностью более 500 Ватт. Модуль производится из ста половинчатых (half cut) монокристаллических кремниевых пластин M12 нового поколения, длина которых составляет 210 мм. Эффективность модуля достигает 20,2%. Risen Energy считает, что новые крупноформатные пластины М12 открывают эру модулей мощностью 600+ ватт. С ячейками n-типа мощность может быть доведена до 625 ватт, утверждает компания.
Водород
О водороде, как об альтернативном и перспективном виде топлива, способном заменить традиционные нефть, газ и уголь, говорят уже давно. Одна незадача. Чтобы водород произвести, нужно потратить много ископаемого топлива. Ученые искали выход, как решить эту проблему.
Новые катализаторы
И тут как тут на помощь пришли ученые из Ирландии. Они разобрались, как сделать недорогой и производительный катализатор для расщепления воды на кислород и водород.
О своем прорыве заявили и ученые из Израиля. Сообщается, что команда израильских ученых первой смогла найти фундаментальную химическую реакцию в солнечной энергии, которая способна формировать недостающее звено для генерации электричества, нужного для окончания процесса. Данная реакция позволяет процессу проходить естественно, при этом, не прибегая к значительным объемам рукотворных энергетических источников или драгоценных металлов, чтобы катализировать реакцию.
СО2 обратно в уголь
Ученые из Австралии нашли эффективный способ превратить CO2 обратно в уголь. Методика позволяет очистить воздух от выбросов углекислого газа, а также найти им промышленное применение.
“Обернуть время вспять нельзя, но мы можем нейтрализовать выбросы, преобразуя двуокись углерода обратно в уголь”, – отметил доктор Торбен Даенеке, автор исследования, опубликованного в журнале Nature Communications.
Подобные эксперименты проводились и ранее, но добиться преобразования удавалось только при высоких температурах – обычно не менее 600°C. Сейчас ученые смогли запустить процесс при комнатной температуре. Для этого они использовали катализатор из жидкого металла, полученный из сплава галлия, индия и олова, который дополнили каталитическим активным компонентом – церием. Полученный катализатор ввели в колбу с CO2, который предварительно соединили с жидким электролитом. Под воздействием разряда электричества катализатор запускал процесс преобразования двуокиси углерода в твердые углеродные хлопья. Они формируются на поверхности жидкого металла, откуда их легко снять, а вещество затем использовать повторно.
Неудача года
Вы считаете, что в ученых и первооткрывателей все всегда проходит гладко? К сожалению нет. Первая в мире солнечная дорога оказалась полным провалом. Ученым требовалось дождаться 2019-го чтобы это понять.
Менее чем за три года с момента открытия, дорога с солнечными панелями покрылась трещинами и испортилась. Часть покрытия пришлось разобрать и выбросить, потому что использовать панели повторно было уже невозможно.
Ее построили еще в декабре 2016 года на северо-западе Франции. Она должна была генерировать электричество для близлежащего города Турувр – 150 тыс. кВт – ч в год. Тогда представители министерства окружающей среды назвали трассу Wattway “беспрецедентной”. Правительство потратило $ 5,2 млн. на 1 км дороги, покрыв его 3000 кв. м солнечными панелями. Однако не прошло и трех лет, как трасса буквально развалилась на куски. Ну, бывает и такое…
Томас Эдисон провел 10 тыс. экспериментов, пока его лампочка заработала. (ЭлектроВести/Энергетика Украины и мира)
