Представьте, что вы находитесь в холодном (или жарком) заброшенном месте, к которому неприменимо слово "цивилизация". После вопросов о жизни без супермаркетов и wi-fi вам наверняка захочется погреться или охладиться - в зависимости от температуры вокруг. Однако в условиях, где нет электричества, сделать это непросто - если только неподалеку нет адсорбционного преобразователя тепла.

Большинство возобновляемых источников энергии характеризуются несоответствием по времени между производством энергии и ее предоставлением потребителю. Иными словами, солнце светит только днем, а энергия нужна постоянно - в любое время суток и при любой погоде. Чтобы преодолеть эту несогласованность, необходимо запасти энергию и сделать ее доступной. Потому сотрудники Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН разрабатывают материалы для адсорбционного преобразования тепла (АПТ).

- В данном процессе используется специальная установка: два резервуара с жидкостью (испаритель и конденсатор), с которыми соединен реактор с сорбентом, - рассказывает научный сотрудник ИК СО РАН кандидат химических наук Александра Грекова. - Если пары жидкости поглощаются сорбентом, он разогревается: такое тепло можно использовать для бытовых нужд. Однако чтобы провести такие манипуляции повторно, необходимо регенерировать сорбент.

Для этого он сушится с помощью доступного тепла альтернативных источников энергии - солнечной либо тепловых отходов промышленного и бытового секторов. Затем, когда необходимо получить тепло (раз ночью солнечная энергия недоступна), сухой сорбент снова приводят в контакт с парами воды, что инициирует его разогрев. На следующее утро сорбент опять высушивают с помощью доступной днем энергии. Данная технология позволяет использовать энергию альтернативных источников не только в момент генерации, но и для запасания. Аналогичный процесс можно рассмотреть для сезонного цикла - запасание энергии летом, использование зимой - например, для подогрева пола или комнаты.

В проекте специалистов ИК СО РАН, который получил грант РНФ, заявлено не только запасание тепла и обогрев, но также охлаждение и кондиционирование. АПТ может работать и как обогреватель, и как холодильник: по закону сохранения энергии реактор с сорбентом разогревается, в то время как испаритель с жидкостью охлаждается. Если целевая стадия - нагрев, то теплоноситель пойдет через реактор и будет нести потребителю тепло, а если охлаждение - то через испаритель, чтобы доставить холод. По этому принципу работают сорбционные холодильники и кондиционеры в тех местах, где много тепла, но проблемы с электричеством - например, в Африке.

- Нам нужны материалы, которые способны вбирать как можно большее количество сорбтива - поглощаемого вещества, - добавляет исследовательница. - Традиционно в качестве сорбентов использовались различные пористые тела: угли, оксид алюминия, силикагели и т.д. Емкость данных материалов можно существенно увеличить за счет их модификации неорганическими солями. Такой композит будет обменивать в несколько раз больше сорбтива, чем исходная матрица. Кроме того, сейчас появились металл-органические каркасы, которые также могут быть использованы в АПТ.

Для хорошей работы технологии необходимо знать климатические условия, в которых будет работать машина, и в зависимости от этого подобрать специфический для данной климатической зоны сорбент. Поэтому целью проекта является обзор климатических условий России и оценка, в каких из них и с какими материалами можно реализовать работу АПТ.

- Сначала нужно рассчитать исходные условия (по сути, разделить карту на зоны), а затем подобрать сорбционные материалы с необходимыми свойствами, - добавляет Александра Грекова. - По результатам первого года я надеюсь получить таблицу, из которой смогу сделать выводы о перспективности конкретных материалов для адсорбционного преобразования тепла в тех или иных зонах РФ.

В следующем году для наиболее перспективных образцов планируется провести испытания в установках, моделирующих работу реальных АПТ. Перспективность материала определяется с помощью специальных расчетов, на базе литературного обзора существующих сорбентов.

- На территории РФ глобальных работ по такому обобщению мне найти не удалось, - заключает исследовательница. - Если для какой-то зоны не будет подобран подходящий материал среди существующих, мы применим концепцию целенаправленного синтеза: варьируя некоторые параметры при синтезе материала, можно менять его свойства. Конечно, не всегда можно получить желаемый результат, но мы надеемся преуспеть в данной работе.

Алена Литвиненко

Похожие новости

  • 13/10/2017

    Технология сибирских ученых поможет отапливать дома при помощи холода

    ​Ученые из Института катализа СО РАН придумали, как из холода получить тепло, которое можно будет использовать для отопления в суровых климатических условиях. Для этого они предлагают в условиях низкой температуры поглощать пары метанола пористым материалом.
    474
  • 12/09/2017

    Ученые ИК СО РАН работают над проблемами переработки углеводородов

    ​Богатые запасы нефти - еще не решение всех проблем страны хотя бы потому, что переработка углеводородов требует больших вложений, сил и сложных технологических решений, то есть сотрудничества промышленников и ученых.
    184
  • 21/07/2017

    Новосибирские ученые нашли способ улучшить работу очистителей воздуха

    Ученые НГУ выиграли грант Российского научного фонда (РНФ). Разработка ученых поможет решить фундаментальные научные задачи, а также улучшить работу бытовых и профессиональных очистителей воздуха. Тема работы новосибирских ученых — «Фото- и терморазложение металлокомплексов как способ формирования наночастиц металлов и биметаллических структур на поверхности фотокаталитически активных материалов».
    265
  • 31/10/2016

    Сибирские химики выращивают кристаллы счастья

    Поняв, как выращивать кристаллы солей серотонина - знаменитого гормона счастья, российские ученые выяснили, как лучше предсказывать формы других кристаллов, выращиваемых из растворов. Химикам из Сибирского отделения РАН удалось сделать важный шаг к пониманию того, по каким законам выстраиваются молекулы в кристаллах, выращенных из различных сред.
    711
  • 26/07/2016

    Ученые СО РАН знают, как создать аэрогель

    ​Высокотехнологичные материалы, которые производят ученые новосибирского Академгородка, можно использовать не только в космических опытах или экспериментах на встречных пучках, но также в стеклопакетах и при теплоизоляции зданий.
    817
  • 30/03/2016

    Ученые увеличат прочность углеродных композитов, используя нанотрубки

    ​Среди основных достоинств технологии, развиваемой сотрудниками Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН — низкая стоимость получаемых структур и возможность придавать им различные функциональные свойства.
    1175
  • 20/02/2017

    Новосибирские ученые предлагают недорогой способ утилизации отходов канализации

    ​Утилизировать отходы сточных вод с помощью катализаторов предложили новосибирские ученые. Обычно иловые осадки складируют на специальных полигонах или сжигают с применением песка. Это затратно и неэкологично.
    536
  • 07/04/2017

    Катализатор для экономики

    Сорок современных лабораторий за два года планируют создать на предприятии, которое занимается разработкой и производством катализаторов. Преобразования заметны, компании конкурентоспособны, а развиваемые ими направления перспективны.
    511
  • 23/10/2017

    Что нужно для развития химической отрасли

    ​Развитие химической отрасли немыслимо без инноваций, поэтому особое значение приобретает трансфер современных технологий. Еще лет пятнадцать назад в случае необходимости в том или ином продукте о подобной проблеме не задумывались, и нужная продукция просто импортировалась.
    109
  • 29/06/2016

    Новосибирские ученые начали опытное производство аэрогеля

    ​Новосибирские ученые занялись нано-производством. Они довели давно известный уникальный материал - аэрогель - до совершенства и нашли на него первых покупателей.  Аэрогель вроде прозрачного пенопласта, очень легкий, в его составе, прежде всего, воздух плюс диоксид кремния, вода.
    676