Новый материал снизит стоимость зеленой энергии на 40%
Уголь, нефть и бензин стали основой современной жизни, обеспечивая отопление домов, работу транспорта и электричество. При этом, по данным ВОЗ, загрязнение воздуха ежегодно убивает около семи миллионов человек. Хотя возобновляемые источники энергии (солнечная, ветровая и гидроэнергетика) предлагают экологичные альтернативы, их развитию мешают нестабильность климатических условий, дороговизна и нехватка редких материалов. Более перспективными выглядят системы, преобразующие водород или природный газ в электричество без вредных выбросов — они работают стабильно в любую погоду и круглосуточно. Правда, их широкому внедрению мешает дороговизна специального химического порошка. Ученые Пермского Политеха разработали новый материал, который снижает стоимость производства на 30-40%, делая зеленую энергию значительно доступнее.
Статья опубликована в журнале «Вестник ПНИПУ. Химическая технология и биотехнология».
Зеленая энергия — способ получения электричества и отопления из возобновляемых источников, таких как солнечный свет, ветер, вода и тепло земных недр. Ее ключевое преимущество — полное отсутствие вредных выбросов, что жизненно важно как для борьбы с изменением климата, так и для здоровья людей. По данным ВОЗ, токсичные вещества от сжигания ископаемого топлива вызывает около семи миллионов преждевременных смертей ежегодно.
Практически все население планеты (99%) подвергается воздействию вредных примесей в воздухе, концентрация которых превышает безопасные нормы. Традиционная энергетика генерирует 73% мировых выбросов углекислого газа, усиливая глобальное потепление. Переход на экологичную энергию мог бы предотвратить до 1/4 всех случаев респираторных и сердечно-сосудистых заболеваний, связанных с загрязнением атмосферы.
Вместе с тем внедрение таких технологий сталкивается с их высокой стоимостью, зависимостью от погодных условий и необходимостью создания сложной инфраструктуры. Альтернативным направлением развития является водородная энергетика — инновационный подход, который заменяет бензин, уголь и газ водородом, при сжигании или преобразовании которого выделяется только вода (без CO₂ и вредных выбросов). Для реализации этого метода есть специальные устройства – твердооксидные топливные элементы, которые преобразуют 70% энергии водорода непосредственно в электричество, теряя лишь 30% в виде тепла.
Для сравнения: традиционные бензиновые двигатели используют лишь 25-30% энергии топлива (теряя 70-75%), а угольные электростанции — 35-40%. Столь высокий коэффициент полезного действия 60-70% выводит ТОТЭ в число наиболее эффективных энергетических систем, что приобретает особую значимость при переходе на водородную энергетику, поскольку обеспечивает максимально рациональное использование дорогостоящего экологичного топлива.
Основу такого устройства составляет многослойная керамика с ключевым компонентом — электролитом на основе специального порошка. Его свойства напрямую определяют работоспособность системы. Некачественный состав приводит к трем основным проблемам. Во-первых, плохая проводимость ионов кислорода вызывает перегрев без генерации тока (все равно что пытаться прокачать воду через забитую трубу — насос работает, а вода не течет). Во-вторых, если структура подобрана неправильно, керамика трескается от перепадов температуры.
В-третьих, необходимость использования дорогих материалов (например, платины) для компенсации недостатков состава вещества резко увеличивает стоимость. Именно поэтому разработка пермских ученых решает эти проблемы, повышая эффективность, снижая цену и увеличивая срок службы элементов. Качество порошка — ключевой фактор, превращающий топливный элемент либо в эффективный источник энергии, либо в бесполезный блок.
— Мы разработали новый многокомпонентный состав на основе диоксида церия с добавлением редкоземельных металлов — самария, иттрия, неодима и гадолиния. Для его производства использовали глицин-нитратный метод, который относительно прост и дешев. В ходе экспериментов мы получили три модификации материала, каждая из которых сохранила кристаллическую структуру и приобрела повышенную пористость. Это ключевое свойство для применения в экологичных генераторах электричества. Даже самый сложный вариант с четырьмя добавками оказался стабильным, что позволяет создавать компактные и эффективные энергоустановки, — рассказывает Никита Фаустов, ассистент кафедры «Химия и биотехнология» Пермского Политеха.
Сейчас стоимость производства топливных элементов нового поколения составляет около 5000 долларов за кВт, что в 2-3 раза выше, чем у традиционных генераторов. Основные производители сосредоточены в Японии, США и Германии. Новая технология, созданная группой специалистов из Пермского Политеха, может снизить эту стоимость на 30-40%, а также открыть возможность для локального применения в Арктике и на Дальнем Востоке, где дизельная генерация крайне дорога (0,5 доллара /кВт·ч).
Благодаря этой технологии также станет возможным создание компактных энергоустановок — например, небольшой системы размером с холодильник, способной обеспечивать электричеством целый дом. Такие конструкции будут работать практически бесшумно и выделять только чистый водяной пар, что сделает их идеальным решением для жилых районов и экопоселений. Это особенно важно для нашей страны, где внедрение зеленых технологий сдерживается из-за высокой стоимости и зависимости бюджета от нефтегазового экспорта (40% доходов).
Telegram 
Дзен 
VK Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
Нуклеосомы — основные «катушки» упаковки ДНК — почти всегда находятся в искаженном состоянии, а не в аккуратной и стабильной форме, как считалось десятилетиями. Именно через такие микроскопические изменения, как выяснили ученые, клетка регулирует работу генов — а значит, управляет развитием, реакцией на внешние раздражители и даже возникновением болезней.
Генетика интеллекта сложна и связана с разными психоневрологическими состояниями. Оказалось, то, что повышает эрудицию, может ухудшать способность решать творческие задачи, — и наоборот. Причем паттерны этих связей уникальны для каждого диагноза.
Ученые давно сделали вывод о том, что в поздней Античности монеты перестали представлять собой цену как валюта, однако не было понятно когда именно это произошло. Новое исследование погребения римского воина из бельгийского форта Оденбург показало, в какой момент монеты стали цениться просто весом металла в кошельке.
На границе возможностей оптоволокна лазерный пучок самоорганизовывается в мощный, сфокусированный луч-иглу. Параметры этого излучения таковы, что позволяют в реальном времени без дополнительных ухищрений рассматривать клеточные процессы.
В последнее время пуски с российских северных космодромов осуществляют без предварительного уведомления, чего не было в прошлом. Вероятно, дело в недавно упомянутых главой «Роскосмоса» атаках на Плесецк во время пуска. Сегодняшний запуск обеспечил вывод на орбиту космических аппаратов военного назначения.
Четыре человека, летящие к Луне, столкнулись с целым рядом мелких неприятностей — от низкой температуры в начале работы до поломки мочевыводящей системы туалета на вторые сутки и необходимости взамен пользоваться пакетами. К счастью, пока самые крупные сложности удалось компенсировать. Но все они вместе могут сдвинуть ситуацию к решению, о котором Naked Science уже говорил в нашем видеоподкасте о миссии: не исключено, что при высадке астронавтов на Луне их корабль состыкуют со Starship не на окололунной, а уже на околоземной орбите.
Когда международная экспедиционная группа, исследующая море Уэдделла в Антарктиде на борту ледокола «Поларштерн», попыталась укрыться от шторма, ученые и экипаж судна удивились внезапному появлению острова, не обозначенного ни на одной морской карте.
Вы попытались написать запрещенную фразу или вас забанили за частые нарушения.
Понятно
Что-то в вашем комментарии показалось подозрительным, поэтому перед публикацией он пройдет модерацию.
Понятно
Из-за нарушений правил сайта на ваш аккаунт были наложены ограничения. Если это ошибка, напишите нам.
Понятно
Наши фильтры обнаружили в ваших действиях признаки накрутки. Отдохните немного и вернитесь к нам позже.
Понятно
Мы скоро изучим заявку и свяжемся с Вами по указанной почте в случае положительного исхода. Спасибо за интерес к проекту.
Понятно