Ученые ФИЦ «Институт катализа им. Г. К. Борескова СО РАН» участвуют в создании установки SWS-HEATING (СCВ-отопление), которая будет накапливать солнечное тепло летом для того, чтобы обогревать с его помощью здание зимой. Использовать ее планируется в небольших домах в Европе (в том числе и северной). Новосибирские исследователи разрабатывают для этой установки один из основных компонентов — селективные сорбенты воды.

Проект SWS-HEATING, в который вошли представители многих европейских научных организаций, получил грант Европейского Союза «Горизонт 2020». SWS-HEATING в значительной степени построен на использовании разработанных в Институте катализа СО РАН новых селективных сорбентов воды (СCВ или Selective Water Sorbents, SWS). Российские исследования для этого проекта возглавляет руководитель группы энергоаккумулирующих процессов и материалов ИК СО РАН доктор химических наук Юрий Иванович Аристов.

«Горизонт 2020» — крупнейшая в истории Европейского Союза программа по исследованиям и инновациям с бюджетом около 80 миллиардов евро, рассчитанная на семь лет (с 2014 по 2020 г.). Она должна поспособствовать увеличению числа инновационных технологий, открытий и перспективных разработок путем продвижения идей из научных лабораторий на рынок.

«Селективные сорбенты воды — это композитные адсорбенты, состоящие из пористой матрицы, внутрь пор которых помещена неорганическая соль, способная взаимодействовать с парами. В качестве матрицы могут использоваться обычные пористые адсорбенты, такие как силикагель, оксид алюминия, природные пористые материалы, — рассказывает ведущий научный сотрудник ИК СО РАН доктор химических наук Лариса Геннадьевна Гордеева. — Летом солнечное тепло используется для того, чтобы высушить такой адсорбент, то есть десорбировать с него пары воды. Если появляется потребность в тепле, мы соединяем сухой адсорбент с испарителем, в котором находится рабочая жидкость (например, вода), и происходит обратный процесс, адсорбция, при этом выделяется теплота, которую можно использовать для обогрева».

Установка будет работать следующим образом: сначала солнечное тепло собирается с помощью коллекторов (стеклянных трубок, внутри которых течет теплоноситель), а затем делится на три части. Первая применяется для нагрева воды (до 60 °C) для мытья и бытовых нужд, вторая идет на то, чтобы «зарядить» накопитель, то есть регенерировать адсорбент, а третья отправляется в тепловой буфер, который позволяет осуществлять перераспределение между первыми двумя системами. Например, если в данный момент горячая вода в доме не используется, а емкость с ней уже полностью нагрета, то через буфер можно передать тепло в запасающую часть. Накопитель позволит хранить его долгое время, обеспечивая нагрев дома в зимний период.

 

 

 

Для запуска процесса адсорбции (отдачи тепла) адсорбент соединяют с испарителем. Здесь важно, чтобы в испарителе была плюсовая температура, хотя бы 3—5 °C. Если на улице температура отрицательная, то его необходимо подогреть. Предполагается осуществлять это с помощью тех же солнечных коллекторов. Именно поэтому SWS-HEATING не подходит для использования в Сибири и большинстве других регионов России, однако в Европе для этой установки очень благоприятные условия. Предполагается, что с помощью подобных систем можно будет обеспечивать порядка 60 % тепловой энергии, требующейся небольшому частному дому на севере Европы, и около 80 % — на юге.

Ученые рассматривают два варианта отопления дома по технологии SWS-HEATING: теплый пол (35 °C, для Европы такой температуры достаточно) и батареи с горячей водой (55 °C). Планируется сконструировать и протестировать установку на 500 килограммов адсорбента. 

Батареи в домах в России обогреваются теплоносителем температурой 70—100 °C.

В SWS-HEATING участвуют 16 организаций — как университеты, научно-исследовательские институты, так и производственные компании, они отвечают за изготовление блоков, из которых будет состоять установка. Координатор проекта профессор Сотириос Кареллас работает в Греции, в Афинском национальном техническом университете. За синтез и исследование свойств адсорбента помимо ИК СО РАН отвечает также Институт передовых энергетических технологий им. Н. Джордано в Италии. 

«Сейчас готовность технологии оценивают на уровень TRL3 (TRL — это европейская методика оценки уровня готовности технологий к внедрению на рынок) — доказанная концепция, основная возможность реализации которой продемонстрирована в лаборатории, на теоретическом и экспериментальном уровнях. То есть мы синтезировали эти адсорбенты в пробирках, изучили равновесие и кинетику адсорбции паров воды на них и другие свойства, показали, что они характеризуются высокой энергозапасающей емкостью. В рамках проекта SWS-HEATING планируется довести прибор до уровня TRL5. А это уже технология, прошедшая тестирование в реальных условиях. Конечная цель проекта — создание установок, которые будут продаваться на рынке и которые можно инсталлировать в уже существующие дома», — говорит Лариса Гордеева.

Сейчас стоит задача создать прототип для обогрева специального модельного здания — не жилого, но имитирующего по своим параметрам обычный дом на одну-две семьи. На этом прототипе планируется проверить работу солнечных коллекторов, теплообменников, сорбентов, программного обеспечения, которое будет осуществлять автоматизированное управление системой. Протестируют технологию SWS-HEATING в двух городах: в Регенсбурге на севере Германии и в Стокгольме (Швеция). Кроме того, планируется провести анализ и подобрать адсорбенты для Мадрида (Испания).

Одним из преимуществ селективных адсорбентов воды является относительно невысокая цена. Их можно синтезировать на основе очень дешевых природных материалов, таких как расширенный вермикулит. Он обладает большим пористым пространством и при этом характеризуется высокой емкостью. Соли, которыми будут наполнять адсорбенты, также по стоимости недорогие. По сегодняшним оценкам, цена адсорбентов в Европе будет порядка пяти евро за килограмм. Емкость запасания теплоты: 1,1 — 1,3 ГДж на метр кубический. 

За счет теплоты, запасенной в кубометре адсорбента, можно нагреть до кипения три тысячи чайников по литру воды.

«Мы провели несколько десятков циклов адсорбции — десорбции и не увидели никаких изменений ни в структуре адсорбентов, ни в их адсорбционных свойствах. В проекте целевой показатель — тысяча циклов, это более 50 лет службы»,— комментирует Лариса Гордеева.

Проект рассчитан на четыре года, сейчас заканчивается первый. Планируется, что к 2030 году, после того как будет достигнут уровень TRL-5, эти установки можно будет продавать тысячами или даже десятками тысяч единиц в год. 

Диана Хомякова

Иллюстрация Анастасии Голышевой

Источники

Солнце про запас
Наука в Сибири (sbras.info), 24/04/2019
Солнце про запас
123ru.net, 24/04/2019
Новосибирские ученые создают систему отопления, работающую на солнечной энергии
ТАСС, 24/04/2019
Новосибирские ученые создают систему отопления, работающую на солнечной энергии
Новости@Rambler.ru, 24/04/2019
Новосибирские ученые создают систему отопления, работающую на солнечной энергии.
Advis.ru, 24/04/2019
Ученые Института катализа СО РАН создавают установку, способную запасать солнце
Академия новостей (academ.info), 25/04/2019
Сибирские ученые создадут отопление на солнечной энергии
Sibnet.ru, 25/04/2019
Сибирские ученые создают установку для сохранения солнечного тепла летом для обогрева домов зимой
Тайга info, 25/04/2019
Новосибирские ученые создают систему отопления, работающую на солнечной энергии
Национальные проекты: будущее России (futurerussia.gov.ru), 24/04/2019
Новосибирские ученые создадут систему отопления на солнечной энергии
The world news (theworldnews.net), 25/04/2019
Новосибирские ученые создадут систему отопления на солнечной энергии
Российская газета (rg.ru), 25/04/2019
Новосибирские ученые создадут систему отопления на солнечной энергии
Новости@Rambler.ru, 25/04/2019
Новосибирские ученые создадут систему отопления на солнечной энергии: Яндекс.Новости
Яндекс.Новости (news.yandex.ru), 25/04/2019
Новосибирские ученые создадут систему отопления на солнечной энергии
Вся экология (ecoportal.su), 25/04/2019
Новосибирские ученые создадут систему отопления на солнечной энергии
Kyivweekly.com, 26/04/2019
Новосибирские ученые создадут систему отопления на солнечной энергии
Lenta-7day.ru, 25/04/2019
В Новосибирске ученые разрабатывают систему отопления, использующую солнечную энергию
Cryptofeed.ru, 25/04/2019
Новосибирские ученые создадут систему отопления на солнечной энергии
Sigma-z.ru, 25/04/2019
Российские ученые работают над созданием системы отопления на солнечной энергии
Recyclemag.ru, 25/04/2019
Новосибирские ученые создают революционную систему отопления на солнечной энергии, но не для сибиряков
Эпиграф (epigraph.info), 26/04/2019
Специалисты новосибирского НИИ придумали метод, благодаря которому можно обогревать дома при помощи солнечных батарей
ИА Ермак-инфо, 28/04/2019
Российские ученые работают над созданием системы отопления на солнечной энергии
Международный центр устойчивого энергетического развития (isedc-u.com), 26/04/2019
В Новосибирске найден зимний способ греться на летнем солнце
The world news (theworldnews.net), 29/04/2019
В Новосибирске найден зимний способ греться на летнем солнце
Новосибирские новости (nscn.ru), 29/04/2019
В Новосибирске найден зимний способ греться на летнем солнце
ИА Regnum, 29/04/2019
В Новосибирске найден зимний способ греться на летнем солнце
Seldon.News (news.myseldon.com), 29/04/2019
Новосибирские ученые совместно с Европейскими коллегами создают систему отопления, работающую на солнечной энергии
Aquatherm-moscow.ru, 06/05/2019
Новосибирские ученые создадут систему отопления на солнечной энергии
Портал ЖКХ (zhkh.su), 09/05/2019

Похожие новости

  • 04/07/2019

    Институт катализа СО РАН начал сотрудничать с нефтеперерабатывающими компаниями Татарстана

    ​Ученые проводят исследование по снижению серы в тяжелой нефти. Институт катализа СО РАН выполняет научно-исследовательские и опытно-конструкторские работы (НИОКР) для "Татнефти" по снижению серы в тяжелой нефти, на стадии согласования еще три проекта с компаниями из Татарстана, сообщает пресс-служба Института катализа (ИК) СО РАН.
    213
  • 12/02/2019

    Ученые выяснили, в каких регионах России выгодны тепловые установки на энергии солнца

    Ученые из России и Италии рассчитали, в каких регионах РФ и для каких нужд выгодно использовать преобразователи тепла, работающие на солнечной энергии. Оказалось, что летом такие установки могут нагревать воду для душа, стирки и других бытовых потребностей по всей России, даже в Оймяконе, сообщила во вторник пресс-служба Российского научного фонда (РНФ), при поддержке которого проводилось исследование.
    333
  • 06/05/2019

    «СКТБ Катализатор» ведет переговоры с «Газпром нефтью»

    ​Губернатор области рекомендовал инициаторам проекта активизировать переговоры и с другими нефтяными компаниями. — На какой стадии находится реализация проекта по созданию Сертификационного центра катализаторов (Инициатор АО «СКТБ Катализатор».
    210
  • 25/02/2019

    Институт катализа СО РАН и «Омсктехуглерод» подписали соглашение о стратегическом сотрудничестве

    Российские академики обсудили с руководством предприятия концепцию сотрудничества в области разработок высокотехнологичных, наукоемких продуктов.  Почетными гостями Омского завода по производству технического углерода стали ученый мирового уровня в области гетерогенного катализа и функциональных наноматериалов, академик РАН, директор Института катализа имени Г.
    405
  • 24/04/2018

    Как сделать жилье более доступным и экологичным?

    ​​Дом - это что-то теплое, уютное и, на первый взгляд - очень консервативное. Но на самом деле и строительство попевает за техническим прогрессом. Как сделать жилье более доступным, дешевым, экологичным? Мы создали краткий обзор тенденций и технологий будущего, которые появляются уже сейчас.
    956
  • 27/04/2017

    Академический, прикладной, эффективный: интервью академика Валентина Николаевича Пармона

    ​Научный руководитель Института катализа СО РАН академик Валентин Пармон считает, что настоящее мерило достижений ученого в технических науках — промышленные технологии. Валентин Пармон — один из самых авторитетных в мире ученых в области катализа и фотокатализа, химических методов преобразования энергии, нетрадиционных и возобновляемых источников энергии, термодинамики неравновесных процессов.
    1428
  • 24/11/2016

    Дни Франции в Институте катализа СО РАН

    С 7 по 9 ноября 2016 года в Институте катализа состоялся очередной российско-французский семинар в рамках международного научного объединения «Каталитическая переработка биомассы в ценные продукты» (МНО «Биомасса» / GDRI "Biomass").
    1906
  • 13/07/2017

    Андрей Бочаров посетил филиал Института катализа СО РАН в Волгограде

    ​Губернатор Волгоградской области Андрей Бочаров в ходе рабочей поездки на площадку химического парка "Каустик" посетил Волгоградский филиал Института катализа имени Г.К. Борескова Сибирского отделения РАН.
    1073
  • 07/06/2019

    Арктика станет чище

    ​Молодой учёный ТюмГУ, кандидат химических наук Андрей Елышев и специалисты Института катализа им. Г.К. Борескова СО РАН впервые исследовали новые катализаторы на основе стекловолокнистого материала, сочетающие высокую интенсивность тепло- и массообмена с низким гидравлическим сопротивлением для повышения экологической, энергетической и экономической эффективности существующих технологий противодействия техногенным источникам опасности в сфере защиты окружающей среды.
    308
  • 17/08/2017

    В новосибирском Академгородке прошла конференция «Графен: Молекула и 2D-кристалл»

    В Новосибирском государственном университете завершилась вторая российская конференция "Графен: Молекула и 2D-кристалл". Ее участниками стали 110 специалистов из России (Москвы, Новосибирска, Санкт-Петербурга, Черноголовки, Дубны, Якутска, Омска, Томск, Кемерово, Красноярска, Екатеринбурга, Улан-Удэ, Уфы, Челябинска), США, Беларуси, Испании, Германии и Великобритании.
    1738