4 разработки способных вывести энергетику на новый уровень
- Подробности
- Опубликовано 18.08.2014 14:58
ИСКУССТВЕННЫЕ ЛИСТЬЯ
Ученые Массачусетского технологического университета разработали новое устройство, под названием искусственный лист. Он может преобразовывать энергию солнечного света в электрическую энергию, выделяя при этом водород. Фактически новое устройство расщепляет воду на водород и кислород, подобно процессу фотосинтеза у растений.
Технически лист представляет собой кремневую пластину, на которую с обоих сторон нанесены каталитические материалы.
Такая разработка призвана помочь жителям развивающихся стран, на сегодняшний день около 1,3 миллиарда человек не имеют доступа к электроэнергии. По расчетам ученых один лист может генерировать 100 Вт электроэнергии, а все что нужно для его содержания это вода и солнечный свет.
Кроме того водород, синтезируемый листом, может использоваться для двигателей автомобилей, самолетов, космических кораблей. После сжигания водорода не выделяется вредные вещества, как при сжигании продуктов нефти.
Единственное препятствие массовому использованию искусственных листьев является стоимость. Так для производства килограмма водорода листом понадобиться примерно 6,5 долларов, а производство такого же количества водорода из природных ископаемых обойдется в 2 доллара.
Несмотря на это ученые обещают представить новую модель листа уже в 2015 году, отличаться от предшествующих моделей он будет своей стоимостью. Для достижения цели планируется использовать более дешевые материалы.
НОВЫЕ СВЕРХПРОВОДНИКИ
Сверхпроводимость известна уже сто лет, её суть в том, что некоторые материалы при понижении температуры примерно до абсолютного нуля, способны оказывать очень малое сопротивление протеканию тока.
В 1960 году появился первый сверхпроводящий провод, который состоял из сплава ниобия и титана.
Несмотря на огромные перспективы использования таких материалов, их внедрение ограничивалось необходимостью охлаждать материал до очень низких температур.
Значительных успехов удалось добиться в 1980 году, когла Алекс Мюллер и Георг Беднорц из исследовательской лаборатории в Швецарии создали новый материал, который проявлял сверхпроводимость уже при 196 градусах цельсия. Такая температура может быть достигнута в промышленных условиях с использованием жидкого азота.
В 2013 году международная группа исследователей из США и Европы сделала еще один шаг вперед, создав первый сверхпроводник на основе компьютерных расчетов его структуры. Тетраборид железа был сначала смоделирован, а потом синтезирован.
Это огромный успех, ведь раньше новые сверхпроводящие материалы открывались случайно или в результате опытов. Теперь же появилась возможность моделировать структуру новых материалов.
Разработка новых сверхпроводников даст возможность развития других источников энергии. Так как сверхпроводники способны пропускать электрический ток практически без потерь. Кроме того снизятся затраты на транспортировку электроэнергии и на создание новых электротехнических устройств.
ГЕНЕТИЧЕСКИ ПРОГРАММИРУЕМЫЙ МАТЕРИАЛ
Живые организмы успешно создают неорганические материалы с различными свойствами вот уже 500 миллионов лет.
Они имеют последовательность ДНК, которая кодирует последовательность белка, заставляя его создавать и копировать различные твердые структуры. Например, моллюски строят свои ракушки с помощью отрицательно заряженных белков, которые притягивают кальций из морской воды. Получается, что моллюск имеет в своем ДНК код, благодаря которому белки строят ракушку.
Профессор Анжела Белчер со своей командой разрабатывают эту идею. Они предлагают брать различные элементы из периодической системы Менделеева и находить соответствующие им последовательности ДНК, а затем код, который заставит белки производить материалы с нужными свойствами.
Основой для исследований стали вирусы, помещая свой генетический материал в клетку, вирус заставляют её вместо своих функций делать копии вируса. Ученые вносят изменения в определенный ген вируса, пытаясь добиться генерации живыми клетками нужных материалов.
В 2010 году ученые создали литий-ионный аккумулятор, аналогичный тем, которые используются во всех электронных устройствах. Отличие было в том, что для создания анода и катода использовались генетически модифицированные вирусы.
Белчер и ее коллеги продолжают экспериментировать с различными вирусами, заставляя их взаимодействовать с различными соединениями, для создания новых материалов и катализаторов, которые могут быть использованы в области чистой энергии, в том числе солнечных фотоэлектрических батареях, технологии создания биотоплива.
ГРАФЕН
В 2010 Андре Гейм и профессор Константин Новоселов из Манчестерского университета получили нобелевскую премию за создание нового материала. Говоря простым языком, графен представляет собой тонкий слой чистого углерода.
Благодаря расположению атомов графен имеет уникальные механические, тепловые и электрические свойства. Этот материал самый тонкий и легкий, но в 200 раз прочнее стали, имеет электрическую проводимость выше чем у меди. Углерод же является 4 по распространенности элементом во вселенной.
Использование графена возможно практически во всех отраслях. Он может быть эффективно применен в топливных элементах, солнечных батареях.
В 2013 году Европейская комиссия выделила 1 млрд евро на исследования графена на ближайшие 10 лет.
Рекомендуем: