искусственный лист, вырабатывает электроэнергию, Выработка электричества происходит за счет разложения воды на кислород и водород.
Ученые из Массачусетского технологического университета создали искусственный лист, который вырабатывает электроэнергию под воздействием солнечного света. Это открытие может сыграть важную роль в поиске альтернативных источников энергии, так как один такой лист может обеспечить электричеством небольшой жилой дом.
«Создание искусственного листа сравнивалось многими учеными с поиском священного Грааля, и вот, наконец, мы его нашли», - говорит руководитель группы Даниэль Носера. «Искусственный лист – это источник дешевой электроэнергии для бытового потребления в развивающихся странах, фактически, в каждом доме будет своя мини электростанция».
Устройство мало похоже на листья дубов, кленов и других деревьев, которые ученые использовали в качестве прототипов, по форме оно скорее напоминает игральную карту, однако тоньше ее. Сделано устройство из кремния, электронных компонентов и катализаторов химических реакций. Если его поместить в пятилитровую емкость с водой на ярком солнечном свете, вырабатываемой электроэнергии хватит, чтобы обеспечить маленький дом, в котором не очень много электроприборов. Выработка электричества происходит за счет разложения воды на кислород и водород.
Это не первая успешная попытка создания устройства, которое имитирует природный фотосинтез. Десять лет назад работающий прототип был создан ученым Джоном Тернером в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии NREL в Колорадо. Устройство было достаточно эффективным, однако состояло из редких и дорогих компонентов, а также было очень нестабильным и работало лишь около суток.
Даниэлю Носере удалось обойти обе проблемы. Все материалы и компоненты, из которых состоит прототип, достаточно распространены и дешевы. Во время испытаний он работал непрерывно в течение 45 часов без снижения выработки тока. Ключевым, по словам ученого, является разработка новых недорогих катализаторов на основе никеля и кобальта, которые очень эффективно разлагают воду на кислород и водород. На практике эффективность устройства в десять раз превышает эффективность живого листа а, по словам Носеры, ее еще можно значительно увеличить.
ткань вырабатывающая электроэнергию
Представьте себе, что ваша одежда накапливает энергию и обеспечивает бесперебойную работу вашего мобильного телефона, а шторы на окнах квартиры снабжают электроэнергией все осветительные приборы в вашем доме. Это становится реальностью нашей жизни.
Sony создала батарею, заряжаемую… бумагой
На выставке Eco-Products 2011 в Токио компания Sony продемонстрировала прототип био-батарейки, топливом для которой служат обрывки бумаги. В демонстрационном эксперименте кусочки бумаги и картона помещались в специальный раствор – технология, подсмотренная у самой природы.Подобно тому, как термиты и белые муравьи переваривают древесину и преобразуют ее в энергию, Sony использовала растворенный в воде энзим целлюлазы, превращающий бумагу в глюкозу. Затем глюкоза перерабатывалась дополнительными энзимами при участии кислорода и разлагалась до ионов водорода и электронов, которые и служили питанием для батареи.
Пока подобные батареи обладают малой мощностью, по сравнению с традиционными батарейками, но все же послушать MP3-плеер с их помощью можно. Тем не менее, японцы показали, что экологичные батарейки, не содержащие химии и металлов возможны в принципе.
Кстати, это не первый опыт Sony по созданию «зеленых» батареек: в 2007 году компания продемонстрировала батарейку на основе сахара.
Пищевые отходы на топливо и энергоресурсы
Пятая часть продуктов питания заканчивает свой путь в мусорных контейнерах, свидетельствует статистика европейских стран.
Одни ломают головы над тем, как свести это бездумное расточительство к нулю, изменив привычки потребителей. Другие пытаются изобрести технологии переработки выброшенной еды в экологически чистую энергию.
Один из таких испытательных полигонов находится в десятких тысяч километров от Европы, во Вьетнаме.
Аулис Ранне, координатор проекта “Энерфиш”:
“Идея родилась несколько лет назад, во время визита во Вьетнам. Мы приехали в качестве обычных туристов и были поражены тем, насколько рыбный промысел является неотъемлемой, глубоко укоренившейся частью повседневной жизни вьетнамцев.
Мы также оценили предпринимательские качества вьетнамского народа: его готовность к нелегкой работе, стремление отдать все силы на выполнение новых задач.
И мы подумали: а почему бы не попробовать совместить эту любовь к морю и редкие предпринимательские качества вьетнамцев, чтобы улучшить экономическую ситуацию в регионе, параллельно развивая производство возобновляемой энергии ? Так родился наш исследовательский проект”.
Идею решили воплотить на практике в дельте реки Меконг на юге Вьетнама. В этом рыбоводном хозяйстве каждый день перерабатывают 120 тонн радужного карася.
Рыбу разделывают, замораживают и упаковывают, чтобы затем отправить на прилавки Европы и Азии.
Результат этой деятельности – 80 тонн отходов ежедневно. Раньше из них изготавливали рыбий жир. До тех пор, пока европейские ученые не предложили пойти дальше и перерабатывать его в биодизель высокого качества.
Объясняет Тейя Палмен, химик компании “Субимар Ои”:
“Берем рыбий жир. Добавляем метанол, смешанный с щелочным катализатором. Подогреваем, взбалтываем, тщательно перемешиваем и получаем биодизель. Вот эта оранжевая смесь, которую вы видите перед собой и есть биотопливо.
На нашем пилотном заводе мы берем рыбий жир, загоняем его в реактор, который затем подогревает его и взбалтывает.
Затем мы берем метанол и смешиваем его с щелочным катализотором. Чуть позже добавляем полученную смесь в рыбий жир. Исходный продукт проходит очистку водой, затем отделенный таким образом биодизель складируется в специальных емкостях”.
Дизайн завода, его строительство и введение в экслуатацию стали результатом четырехлетнего сотрудничества европейских и вьетнамских ученых.
Запущенный на полную мощность, он сможет производить до 13 тонн биодизеля в сутки.
Сам завод и его сверхсложная система охлаждения управляются в режиме он-лайн, для достижения оптимального топливно-энергетического баланса.
Флориан Гриссль, инженер по энергоэффективности:
“Моя задача – рассчитать количество энергии, необходимое системе для работы. Затем необходимо вычислить количество вырабатываемого заводом биодизеля и сопоставить его с тем, какое количество энергии генератор сможет выработать на получиенном биодизеле. Согласно нашим прогнозам, когда завод заработает на полную мощность, он будет весьма энергоэффективным и экологичным”.
Из получаемого на заводе биодизеля можно будет ежедневно вырабатывать до 150 мегаВатт в час энергии. Этого объема достаточно не только для обеспечения производства, но и для снабжения электричеством близлежащих деревень.
Слово Аулису Ранне:
“Этот пилотный завод по производству биодизеля – замечательный пример передачи технологий из Европы в Азию. В ближайшем будущем планируется, что подобные экологически чистые генераторы будут установлены в рыбоводных хозяйствах не только Вьетнама, но и Малайзии, Китая, Индонезии”.
Мнение генерального директора рыбоводного хозяйства Фан Ван Нгиена:
“При таком раскладе выигрывают все. Мы производим возобновляемую энергию, перерабатываем отходы пищевой промышленности, заботимся об окружающей среде, создаем новые рабочие места. И все это дает нам возможность вкладывать средства в проекты по долгосрочному развитию экономики”.
Свои задачи – в перспективе долгосрочного развития – стоят и перед технологиями по переработке пищевых отходов. Вернемся назад – в Европу.
Этот завод находится в Англии. Каждый день он перерабатывает 18 тонн пищевых отходов в 2,5 тысячи кубометров биогаза, гланым образом, метана. Затем полученный газ используется для выработки чистой энергии.
Процесс этот называется “анаэробная перерабока”. Блоки пищевых отходов – при отсутствии кислорода – разлагаются микроорганизмами. Получаемый таким образом газ собирается, отделяется от загрязнений и хранится в специальных емкостях.
Однако существующая система далека от совершенства, убеждены участники проекта “Валоргаз”. По их мнению, из того же количества пищевых отходов можно производить гораздо больше биогаза в течение более продолжительного времени.
Соня Хевен, координатор проекта:
“Когда мы начали исследования, мы воспринимали анаэробную переработку как единый процесс. Очень быстро возникли проблемы с обеспечением стабильности анаэробного реактора.
В настоящий момент мы пытаемся понять основополагающие моменты этого процесса, чтобы ответить на вопросы: что и как происходит в анаэробном реакторе, какие группы микроорганизмов действуют в данный момент и как именно метаболизм анаэробных организмов способствует разложению пищевых отходов”.
Людвиг Гредмайер – инженер-механик, преподаватель университета Саусхемптона:
“Не так давно мы определили два микроэлемента, которые способствуют анаэробной переработке. Это кремний и кобальт. Мы добавили в небольших дозах того и другого в биореактор, и результаты испытаний показали, что и тот и другой микроэлемент позволяют бактериям дольше оставаться активными. Таким образом, в процессе интенсивной анаэробной переработки из того же объема пищевых отходов образуется больше биогаза в течение более продолжительного периода времени”.
Соня Хевен:
“Благодаря более глубокому пониманию процесса, мы можем увеличить (в 2-3 раза по сравнению с сегодняшними показателями) нагрузку на аэробные реакторы, в том числе – те, что используются в промышленности. Для частных компаний это хорошая новость: они могут поставлять перерабатывающим предприятиям в 2-3 раза больше пищевых отходов и даже получать за это вознаграждение. К тому же, вложив средства в оптимизацию процесса, вы сможете получать в 2-3 раза больше газа, то есть увеличить энергоэффективность. Для тех же, кто работает на заводе, это тоже – отличная новость. Они могут расслабиться, так как система отныне стабильна и легко управляема. Ночью они могут спать спокойно”.
Не обошлось и без сюрпризов. Проект дал возможность изучить вкусы тех или иных европейских стран, исходя из состава их пищевых отходов.
Объясняет Бекки Арнольд, участник проекта:
“Мы изучаем специфику потребления тех или иных европейских регионов, вручную сортируя пищевые отходы. Мы констатировали, что в соседних с заводом населенных пунктах половину всех отходов составляют овощные и фруктовые очистки. Около 12% испортившиеся фрукты и овощи, а 10% – что особенно любопытно – использованные пакетики чая”.
Развивая подобные исследования, ученые смогут не только усовершенствовать функционирование анаэробных реакторов, но и адаптировать их к особенностям потребления того или иного региона.
Улучшенные солнечные панели
Посмотреть видео
“Это элемент новой солнечной батареи, производительность которой бьет мировой рекорд”,- демонстрирует Аксель Метц, руководитель отдела НИИКР компании “SCHOTT Solar”.
Сегодня солнечные батареи – уже не экзотика: этот способ производства электроэнергии стал ещё доступнее благодаря европейскому научному проекту “Кристал-клиар”.
“Эффективность преобразования определяется долей солнечного света, превращённой в электричество. Эффективность наших устройств – восемнадцать процентов – пока максимальна для промышленного производства”,- объясняет Метц.
Для повышения производительности солнечных панелей пришлось усовершенствовать каждый этап сложного производственного процесса – от исходных материалов до конечного продукта.
Клаус Вангеманн, вице-президент компании по вопросам НИИКР, рассказывает: “Наши солнечные панели производятся на основе мультикристаллических кремниевых пластин: сначала на лицевой стороне пластины создаётся структура эмиттеров, затем наносится антибликующее покрытие, обратная сторона пластины покрывается алюминием, а на лицевую наносится металлическая контактная система для сбора и отвода электронов”.
Совершенствование исходных материалов и оптимизация производства позволили европейским инженерам приблизиться к предельным технологическим показателям. При этом их задачей было немедленное воплощение этого ноу-хау в промышленном производстве.
Клаус Вангеманн продолжает: “Мы целенаправленно используем в наших исследованиях и разработках оборудование промышленного уровня. Это позволяет очень быстро переносить научные результаты в производственный процесс, сразу повышая его прибыльность”.
Усовершенствованные солнечные панели не только экономичнее прежних, но и экологичнее в производстве. Кроме того, они дольше работают, что делает их более рентабельным источником энергии.
Аксель Метц напоминает: “Многие ошибочно думают, что на изготовление фотоэлектрического модуля расходуется больше энергии, чем он потом вырабатывает – но это не так: наш проект продемонстрировал, что даже в облачной Германии батареи оправдывают своё производство менее, чем за два года”.Топливо из соломы
Посмотреть видео
Получаем также лигнин, который может заменить уголь на теплоэлектростанциях, и получаем углеродную патоку или меляссу, которую можно использовать в производстве биогаза или как корм для скота”.
Фабрика намеревается производить до 5,5 миллионов литров топливного биоэтанола в год.
Достижение этой цели – задача не из лёгких.
Майкл Перссон:
- “Работать с новыми технологиями, вроде этой всегда легко, если делать это в лаборатории. Но трудность в том, чтобы поставить процесс на промышленные рельсы в реальных условиях, как мы делаем это здесь”.
Фабрика в самом центре проекта Европейского Союза – исследователи пытаются выжать всё – вплоть до последней капли энергии из старой соломы.
Майкл Перссон:
- “Один из наших партнёров – Голландская компания DSM, разработала технологию превращения меляссы в этанол – это значит, что выход этанола из прежнего количества соломы может быть ещё больше”.
Этанол, который здесь производят, смешивают с бензином и продают по всей Скандинавии. Но больше всего компания Inbicon заинтересована в том, чтобы продавать технологии по производству биотоплива, а не сам конечный продукт.
Майкл Перссон:
- “Следующий шаг – определить место, где мы или другие предприниматели могли бы построить промышленную фабрику, потому что наше предприятие – это всего лишь показательный пример, а настоящая фабрика должна быть в 5 или 10 раз больше”.
Водоросли как альтернативный источник энергии
Посмотреть видео
Как только цены на топливо поползли в верх, начались поиски альтернативных источников энергии, и тут исследователи присмотрелись к водорослям. Выяснилось, что они могут быть весьма ценным и практически бесплатным ресурсом.
В биомассе водорослей, находящихся в океане, заключается огромное количество энергии. Предполагается использовать для переработки на топливо как прибрежные водоросли, так и фитопланктон. В качестве основных способов переработки рассматриваются сбраживание углеводов водорослей в спирты и ферментация больших количеств водорослей без доступа воздуха для производства метана. Разрабатывается также технология переработки фитопланктона для производства жидкого топлива. Эту технологию предполагается совместить с эксплуатацией океанских термальных электростанций. Подогретые глубинные воды которых будут обеспечивать процесс разведения фитопланктона теплом и питательными веществами.
В биомассе водорослей, находящихся в океане, заключается огромное количество энергии. Предполагается использовать для переработки на топливо как прибрежные водоросли, так и фитопланктон. В качестве основных способов переработки рассматриваются сбраживание углеводов водорослей в спирты и ферментация больших количеств водорослей без доступа воздуха для производства метана. Разрабатывается также технология переработки фитопланктона для производства жидкого топлива. Эту технологию предполагается совместить с эксплуатацией океанских термальных электростанций. Подогретые глубинные воды которых будут обеспечивать процесс разведения фитопланктона теплом и питательными веществами.
