Новосибирские учёные из Института катализа Сибирского отделения РАН разработали катализатор для экологически чистой тепловой энергетики. Каталитический воздухонагреватель планируют использовать для обогрева жителей Арктики. 

Тепловая пушка нового поколения 

Разработанный катализатор – это тепловая пушка нового поколения: передвижной воздухонагреватель для помещений большой ёмкости, созданный на основе специальной стеклоткани. Стеклотканевый элемент в корпусе пушки нагревается до высокой температуры, сквозь него проходит воздушный поток, нагнетаемый вентилятором. На выходе получается мощная струя воздуха высокой температуры. 

Давайте разберемся, что такое стеклоткань и почему используют именно ее. Стеклоткань — это конструкционный тканый или нетканый материал, который создан из обычного стекла и обладает целым рядом уникальных свойств. Основой ткани является стекловолокно, изготовленное из специальных сортов стекла. Оно изготавливается методом выдавливания тонких нитей из расплавленного стекла с последующим охлаждением. Стекло расплавляют в электрических печах и выдавливают через перфорированную металлическую пластину, которая называется питательной фильерой, или бушингом. Нити собираются в пучки, из которых в дальнейшем формируется тканая стеклоткань; или же нити укладываются в материале хаотично, и тогда получается стеклоткань нетканого типа. Материал имеет ряд полезных свойств: гибкость, высокая прочность при низкой массе, устойчивость к воздействию воды и агрессивных сред, жаропрочность, негорючесть, высокая электроизоляционность, хорошая сопротивляемость механическим нагрузкам и экологичность. 

Благодаря этим свойствам стеклоткани тепловую пушку, созданную на ее основе, можно эффективно использовать для обогрева промышленных помещений, складов, ангаров или как аварийный источник тепла. Она может работать на основе природного газа, пропан-бутановой смеси, бензина, дизельного топлива и керосина. 

Достоинства каталитической тепловой пушки 

Принцип действия обычных тепловых пушек основан на сжигании топлива для получения тепловой энергии. В процессе выделяется большое количество продуктов сгорания, что сказывается на экологичности их использования, а также необходимости обеспечить газоотведение и усиленный приток воздуха в помещение. 

Обогреватели с каталитическим элементом полностью лишены этого недостатка. Сжигание топлива происходит беспламенным методом, что позволяет избежать выработки вредных веществ, возникающих в процессе горения. Поэтому принцип работы каталитического обогревателя полностью безопасен и экологичен. 

Как сейчас обогревается Арктика 

На 70% российской территории проживает 20 миллионов человек. Обогрев населенных пунктов производится автономными энергоустановками за счет дорогостоящего привоза жидкого топлива, угля и торфа. 

Перспективным направлением в Российской Арктике для населения и муниципальных поселений становится использование мини-ВЭС, ветро-солнечных и других гибридных установок небольшой мощности. Например, гибридная ветро-солнечная установка мощностью 6,8 кВт в национальном парке «Русская Арктика» на мысе Желания служит для электроснабжения жилого дома. В перспективе планируется построить Соловецкую, Золотицкую, Койдинскую, Мезенскую мини-ВЭС. 

Помимо силы ветра, Арктика по возможности использует и остальные силы природы: на ее территории работают приливные и солнечные электростанции, гидроэлектростанции и АЭС. 

Несмотря на использование разнообразных способов выработки электроэнергии, Арктике по-прежнему холодно. Строительство новых электростанций требует многомиллионных денежных ресурсов. Да и мест подходящих для строительства не так много: сказываются природно-климатические условия. 

Утепление помещений 

Наиболее популярные материалы для утепления зданий в Арктике в настоящее время — это пенополистирол и базальтовая минеральная вата. Но они малоэффективны для удержания тепла. 

Пенополистирол имеет закрытую пористость, но он разрушается под воздействием солнечных лучей, которых в Арктике огромное количество. В июне суммарная солнечная радиация достигает 800-850 МДж/м2. Для сравнения в Индии в июне количество радиации почти в два раза меньше. 

Базальтовая вата состоит из плотно сжатых тонких жестких плит, которые под воздействием сильных воздушных потоков извне расширяются и перестают сдерживать тепло. Поэтому материал теряет эффективность уже через пару лет. 

Для сохранения драгоценного тепла ученые разрабатывают новые методы утепления домов. Один из таких методов – использование в качестве утеплителя при строительстве жилых домов обычного активированного угля, который хорошо известен как эффективный абсорбент. Уголь способен выделять тепло при резком охлаждении и поглощении паров из близлежащих незамерзающих водоемов. Сначала уголь высушивают, размещая его в среде с очень низким давлением паров при низкой температуре. Фактически он сохнет как белье на морозе. После этого из него формируют брикеты и используют для утепления зданий. Во время поглощения паров выделяется большое количество тепла с температурой 40–50 градусов, благодаря чему стены помещений становятся теплыми. 

Новый каталитический воздухонагреватель, разработанный сибирскими учёными, стал согревающим лучиком надежды для северян. Эта каталитическая тепловая пушка уменьшает затраты на отопление в четыре раза. 

Процесс обогрева каталитическим нагревателем осуществляется следующим образом: сначала происходит факельное горение в первой камере: центробежный вентилятор перемешивает топливо и воздух. Смесь передается во вторую камеру, где установлен катализатор из стеклоткани. Поверхность катализатора разогревается до 200 – 500°С, в специальной камере подготавливается воздушно-топливная смесь. На горячую пластину, изготовленную из стекловолокна, подаются пары бензина или сжиженного газа. Под действием катализатора происходит беспламенное горение. В результате каталитической реакции происходит окисление вредных веществ до безопасных СО2, углекислого газа и воды. В итоге нагретый, очищенный и абсолютно экологичный воздух подается в помещение. 

Каталитические воздухонагреватели полностью сертифицированы, снабжены автоматикой, поддерживают нужную температуру воздуха в помещении, выключаются при отключении газа, электричества, прекращении горения. 

Каталитические нагреватели эффективно используются для обогрева жилых и производственных помещений размером от 20 квадратных метров. Они компакты – обычно размером с небольшой чемодан. В зависимости от типа нагреватели могут работать на газе, бензине и дизельном топливе.  

Разработка сотрудников Института катализа внесла ценный вклад в обогревательную индустрию. Каталитический нагреватель имеет низкую стоимость, высокую степень экологичности и безопасности. И поэтому является отличной находкой для промышленного и жилого обогрева жителей холодных районов, в том числе Арктики. 

Автор: Мухина Алена 


Источники

Тепловая пушка согреет Арктику
Санкт-Петербург.ру (saint-petersburg.ru), 23/12/2020

Похожие новости

  • 16/02/2021

    День российской науки — 2021

    Традиционно в честь Дня российской науки сибирские институты проводят просветительские мероприятия для студентов, школьников и всех, кто желает узнать чуть больше о большой науке. ​«Этот год был объявлен годом науки и технологий.
    876
  • 15/02/2021

    Когда пора бить тревогу

    ​Учёные НИИ терапии и профилактической медицины СО РАН разрабатывают новые методики диагностики рака на ранних стадиях и предраковых заболеваний. Всё начинается с гастрита В борьбе с онкологией самое важное — вовремя распознать болезнь, иначе слишком велик риск с ней не справиться.
    290
  • 14/04/2020

    Сибирь удивляет: самоочищающиеся ткани и комплексная термо- и рентгенографическая функциональная диагностика

    ​​​Председателю правительства Российской Федерации был направлен пакет технологий и разработок сибирских ученых, которые можно применить в борьбе с коронавирусной инфекцией и ее последствиями.      Ранее, на совещании президента России Владимира Владимировича Путина с членами правительства РФ, вице-премьер Татьяна Алексеевна Голикова отметила: «Проверяем еще 22 новых лекарственных препарата, которые представлены Сибирским отделением Российской академии наук, и тоже достоверные результаты получим 10 апреля 2020 года».
    981
  • 11/02/2021

    Новосибирские учёные работают над технологией получения водорода из солнечного света

    Заработать на солнце – можно, уверены новосибирские химики: учёные работают над технологией,  позволяющей получить водород с использованием солнечного света.  Можно ли заработать на солнце? Вполне, подтверждают исследования новосибирских химиков.
    508
  • 16/02/2021

    Для исследования атмосферы разработали мобильный лидар

    Ученые из Института оптики атмосферы имени В.Е. Зуева СО РАН создают первый в мире мобильный озоновый лидар для исследований влияния индустриальных выбросов на состав воздуха, наблюдения за вулканической активностью, а также изучения атмосферы Арктики.
    373
  • 09/02/2021

    Наука для экономики. Чем живёт сфера открытий в Омске

    Омский научный центр создан в регионе чуть больше 30 лет назад. Появление центра стало промежуточным этапом развития омской академической науки. Разработки  омских учёных стартовали много раньше: сначала появились лаборатории и филиалы институтов Новосибирского академгородка.
    373
  • 04/12/2020

    Александр Федоров: многолетняя мерзлота тает от Тибета до Арктики

    ​Около половины территории России расположено на многолетней мерзлоте. Согласно мнению Международной группы экспертов по изучению климата (МГЭИК), таяние мерзлоты станет основным объектом изучения для ученых-климатологов в ближайшие десять лет.
    928
  • 12/11/2020

    Эксперт: создание спутниковых систем наблюдения в Арктике улучшат прогнозирование ЧС

    ​​Создание отечественных спутниковых систем наблюдения за окружающей средой в Арктике позволит улучшить систему прогнозирования чрезвычайных ситуаций в регионах с холодным климатом. Такое мнение выразил ТАСС кандидат географических наук, ведущий научный сотрудник Института мерзлотоведения Сибирского отделения РАН Никита Тананаев.
    523
  • 20/11/2020

    Что известно о российском синхротроне СКИФ

    Сибири снова нужны молодые физики. Вокруг суперсовременного синхротрона СКИФ для них построят деревню - с зелеными технологиями и свободой творчества. Сосновая аллея, высокие ступени - из бесчисленных институтов новосибирского Академгородка самое парадное крыльцо у Института ядерной физики, знаменитого ИЯФа.
    888
  • 16/02/2021

    Ключевые результаты в сфере науки Алтайского края в 2020 году

    Научный комплекс Алтайского края сегодня представлен 4 научно-исследовательскими институтами, в числе которых 2 учреждения Сибирского отделения Российской академии наук и Федеральный Алтайский научный центр агробиотехнологий.
    548