Как известно, примерно месяц назад в Париже сгорела крыша и сопутствующие конструкции 700-летнего Собора Парижской Богоматери (Нотр-Дам). Вряд ли кто-то будет спорить с тем, что это удар по культурной и исторической ценности мирового масштаба. Трагедия не оставила равнодушными многих людей в мире и даже совсем не обязательно тех, кто считает себя религиозным. Надо ли восстанавливать собор? Тут двух мнений быть не должно. Вернее, их не было бы ещё лет 5–10 назад. Но сегодня активно продвигаемые в Европе принципы отношения к экологии и толерантности диктуют совсем другие правила.

Flickr / Olivier Mabelly / CC BY-NC 2.0

На сайте Швейцарской высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) опубликован пресс-релиз, в котором два учёных сотрудника учреждения рекомендуют снять с повестки дня восстановление Нотр-Дама. Профессор секции экологических строений Гийом Хаберт (Guillaume Habert) и кандидат наук по междисциплинарным наукам с уклоном в экологические системы Элис Хертзог (Alice Hertzog) настаивают, что «кафедральному мышлению» пора на свалку истории. «Во время климатических изменений и в свете текущего религиозного ландшафта восстановление Собора больше не является приоритетным».

На восстановление крыши и шпилей необходимы старая дубовая древесина и около 200 тонн свинца и цинка. Один из французских производителей древесины уже предложил свои услуги в виде рощи из 1300-летних дубов ― это рабочий актив компании Groupama в Нормандии. Всего по подсчётам для балок крыши и перекрытий понадобится вырубить свыше 21 гектара леса, который будет восстанавливаться столетия. Стоит ли губить экологию Франции ради ремонта Нотр-Дама? Профильные специалисты уверены, что не стоит. Во всяком случае, это противоречит курсу на снижение выбросов в атмосферу парниковых газов (их поглощение растениями) и идёт вразрез со всеми «зелёными» программами.

Наконец, Франция больше не подвержена католицизму. Строить или содержать католические соборы в стране с мультикультурными и мультирелигиозными моделями построения общества ― это верх неразумности, считают учёные. Соборы, по их мнению, надо строить в Южной Америке, где 80 % населения истовые католики, или в Африке в странах так называемой области суб-Сахары, где в ближайшие десятилетия ожидается значительный рост католицизма. Президент Франции Эмманюэль Макрон обещал восстановить Нотр-Дамм в течение пяти лет. Теперь эти планы выглядят не такими однозначными. Во всяком случае, в этом вопросе появилось определённое лобби с немалыми шансами помешать процессу.

Компания Samsung продолжает вгрызаться в тему светодиодного освещения для выращивания растений в домах и тепличных хозяйствах. В освещении светодиоды позволяют существенно сократить расходы на оплату счетов за электричество, как и обеспечивают необходимый для роста растений спектр в зависимости от фазы вегетации. Более того, светодиодное освещение открывает путь к так называемому вертикальному выращиванию, когда стеллажи с растениями располагаются ярусами. Это относительно новая тенденция в выращивании зелени, которая сулит массу новых возможностей, от экономии места до способности развернуть плантацию едва ли не в любом закрытом помещении от квартиры до офиса и складских ангаров.

Для организации светодиодного освещения растений компания Samsung выпускает унифицированные модули. Сегодня компания сообщила, что она подготовила новые решения с повышенной эффективностью образования фотонов. Модули LM301H с длиной волны 5000K (белое свечение) потребляют 65 мА и относятся к решениям с потреблением средней мощности. Новые светодиоды в составе модулей получили возможность излучать с эффективностью 3,1 микромоля на джоуль. По словам Samsung, это самые эффективные светодиоды в данном классе.

Благодаря повышению плотности излучаемых светодиодами фотонов каждый светильник может использовать на 30 % меньше светодиодов, что сэкономит средства на осветительное оборудование без ухудшения характеристик, если сравнивать с предыдущими модулями. Если использовать то же число светодиодов, то эффективность освещённости светильников можно увеличить как минимум на 4 %, что даст экономию по потреблению или улучшит рост растений.

Каждый светодиод имеет размеры 3 × 3 мм. Эффективность излучения повышена благодаря новому составу слоя, преобразующего электричество в фотоны. Также конструкция светодиодов была улучшена таким образом, чтобы снизить потери фотонов внутри светодиода.

Лёгкий инертный газ гелий не обладает собственными месторождениями и не задерживается в земной атмосфере. Он добывается либо как побочный продукт из природного газа, либо извлекается при добыче других полезных ископаемых. До недавнего времени гелий добывался в основном на трёх крупных площадках: одной в Катаре и двух в США (в Вайоминге и Техасе). Эти три источника обеспечивали около 75 % мирового производства гелия. Фактически США десятилетиями были крупнейшим поставщиком гелия в мире, но ситуация изменилась. Запасы гелия в США критически истощились.

На последнем аукционе, организованном властями США в сентябре прошлого года, где продавались квоты на поставки гелия в 2019 году, цена на этот газ выросла на 135 % в годовом отношении. Существует вероятность, что это был последний аукцион, когда гелий продавался частным компаниям. В 2013 году был принят закон, согласно которому США будут выходить из международного рынка гелия. Площадка по добыче гелия в Техасе принадлежит правительству и она истощена. Между тем гелий широко востребован в аэрокосмической отрасли, при производстве полупроводников, в научных исследованиях, в медицине (для охлаждения сканеров МРТ) и в сфере развлечений. Собственно, шарики с гелием до сих пор были и остаются в США главным товаром с использованием гелия.

Для смягчения дефицита гелия учёные предлагают внедрять технологии повторной переработки с очищением и возвратом газа на рынок. Но пока приемлемых для этого решений нет. Также возникают предложения жёсткого распределения гелия, без которого масса научного оборудования попросту не будет работать. Но рынок этим не проймёшь. Крупнейший в США продавец оборудования для вечеринок компания Party City уже потеряла 30 % стоимости акций за прошедший год и не собирается с этим мириться. Для неё шарики с гелием являются главным источником дохода.

Getty Images

С некоторым опозданием дефицит гелия может быть устранён благодаря интернациональным компаниям, которые планируют начать добычу гелия до конца следующего десятилетия. Так, с опозданием на пару лет, в 2020 году новую площадку откроет Катар (сказались санкции арабской коалиции против этой страны зимой 2018 года). В 2021 году свой кусок пирога от рынка гелия откусит Россия, запустив ещё одно крупное производство по добыче гелия. В США на этом рынке начнут работать компании Desert Mountain Energy и American Helium. Добычей гелия займутся компании в Австралии, Канаде и Танзании. Рынок гелия перестанет быть монополией США, но определённого дефицита, вероятно, всё равно не получится избежать.

Проблема вторичного использования задействованных при производстве электроники материалов обсуждается давно и разносторонне. Существует масса правительственных и индустриальных программ, которые стимулируют изъятие «всего хорошего» из неработающей или устаревшей электронной начинки. Есть и обратные примеры. Измельчённая в хлам электроника вместе с золотом, серебром, платиной и редкоземельными элементами используется в качестве наполнителя для изготовления покрытия для дорожного полотна. Такой завод, например, работает в Теннесси, США. Тоже своего рода выход из проблемы по утилизации отходов. Но большинство программ всё-таки рассматривают повторное использование ценных ресурсов.

Этапы извлечения магнитов из жёсткого диска (iNEMI)

Во второй половине прошлого года компания Google получила на испытание шесть жёстких дисков компании Seagate, в которых магниты из редкоземельных элементов в блоках управления головками были не новыми, а снятыми с отработавших своё накопителей или с неисправных жёстких дисков, тоже, кстати, списанных из ЦОД Google. Сообщается, что все получившие вторую жизнь диски (магниты) работают как новые. Технологию по использованию бывших в употреблении магнитов разрабатывает нидерландская компания Teleplan. Диски вручную разбираются в «чистой комнате», магниты извлекаются и затем отсылаются Seagate, которая устанавливает их в новые накопители, если конструкция магнитов не устарела. Именно такие HDD получила на испытания компания Google. Тем не менее, для массовой утилизации жёстких дисков подобные методы не годятся. Кстати, только в США ежегодно списываются около 20 млн жёстких дисков ― вот вам масштаб проблемы.

Быстрое извлечение редкоземельных магнитов из дисков для повторного использования предлагает группа инженеров из знаменитой Окриджской национальной лаборатории по атомной энергии. Отметим, проблемой повторного использования редкоземельных элементов занимается Министерство энергетики США, и оно считает это «первой линией обороны в защите национальной безопасности». В лаборатории выяснили, что в подавляющем большинстве случаев блок головок с магнитами расположен в левом нижнем углу. Не особенно хитрая машина отрубает у всех жёстких дисков этот угол с запасом. Затем нарубленные уголки нагреваются в печи и размагниченные в ходе этого процесса магниты легко вытрушиваются из хлама. Таким образом в лаборатории могут перерабатывать в день до 7200 жёстких дисков. Извлечённые магниты могут использоваться вторично либо перерабатываться в исходное редкоземельное сырьё.

Редкоземельный элемент, полученный из переработанных магнитов из жёстких дисков (iNEMI)

Переработкой магнитов в сырьё и обратно занимаются компании Momentum Technologies и Urban Mining Company. Компания Momentum Technologies крошит жёсткие диски в труху и извлекает из неё магнитный материал, после чего превращает его в оксидный порошок, а уже из порошка компания Urban Mining Company создаёт новые магниты, которые затем отправляются производителям электромоторов или для других изделий. Работой этих компаний и других проектов по извлечению из вторсырья редкоземельных элементов занимается организация International Electronics Manufacturing Initiative (iNEMI), которую, как уже сказано выше, непосредственно курирует Министерство энергетики США.

Наконец, по программе iNEMI работает также компания Cascade Asset Management из Висконсина. Компания перерабатывает (уничтожает) жёсткие диски по заказам корпораций. В целях боязни утечки данных диски уничтожаются физически. Но они могли бы ещё работать, уверены в Cascade Asset Management и iNEMI. Проблема в том, что корпорации не доверяют существующим методам очистки информации на магнитных носителях. Если их убедить в надёжности уничтожения данных, то многие жёсткие диски можно было бы снова отправить в продажу. Это лучше, чем уничтожать, а ещё можно заработать. Интересно, не это ли стало причиной разработки глобальной системы блокчейн-слежения за жёсткими дисками, которую совместно разрабатывают Seagate и IBM? Отдали на утилизацию, а накопитель всплыл где-то на рынке как новый.

Немецкие учёные не перестают удивлять. Технологический институт Карлсруэ (Karlsruhe Institute of Technology) опубликовал пресс-релиз, в котором сообщил об одном интересном исследовании. Оказывается, параметры литиево-ионных аккумуляторов можно заметно улучшить с помощью обыкновенной яичной скорлупы.

Manuel Balzer, KIT

В современных реалиях яичная скорлупа в основном идёт в отходы. Частично она используется в парфюмерии и даже в электронной промышленности для изготовления ионисторов (суперконденсаторов), но в массе выбрасывается на свалку. Между тем скорлупа состоит из пористого соединения в виде карбоната кальция (CaCO₃) и внутренней богатой протеином плёнки, а пористые материалы, как известно, остро востребованы при производстве литиево-ионных аккумуляторов.

Институт Гельмгольца Ульма (Helmholtz Institute Ulm) под патронажем Технологического института Карлсруэ и в содружестве с коллегами из Австралии организовал исследование свойств яичной скорлупы в качестве материала для электродов в литиево-ионных аккумуляторах. Результаты исследования были опубликованы в журнале Dalton Transactions Королевского химического общества (Royal Society of Chemistry).

Daniel Messling, HIU/KIT

В ходе исследования выяснилось, что электроды из измельчённой яичной скорлупы хорошо подходят для изготовления недорогих литиево-ионных аккумуляторов на основе безводного электролита. Опытный аккумулятор с электродом из яичной скорлупы после 1000 циклов заряда и разряда потерял только 8 % от первоначальной ёмкости. Это более чем хорошая характеристика для аккумулятора. Будет интересно узнать, что данную технологию кто-то применит на практике. Пока исследователи на этот счёт сохраняют молчание.

Группа инженеров-акустиков из Бостонского университета создала интересный метаматериал, который может сделать бесшумными реактивные двигатели или поглотить до 94 % шума в воздушных потоках от многих других источников акустических помех. Это может быть шум от кондиционеров или тепловых пушек. Шум от вращающихся лопастей дронов или звуки со стороны оживлённой трассы и многое другое.

Рабочий образец «глушителя» (Cydney Scott)

Самое интересное, что ничего сложного в изготовлении перспективного глушителя нет. Для опыта с приглушением звука от динамика, например, инженеры напечатали звукопоглощающую насадку на обычном 3D-принтере. Насадка представляет собой кольцо со спиралевидной окантовкой по краю. Форма глушителя может быть любой. Для звукопоглощающей стены вдоль трассы, например, это может быть шестиугольник, стену из которого легко и надёжно уложить на бетоном растворе.

Главная фишка разработки в том, что через неё свободно проходит воздух, но звук отправляется назад к источнику. Если подобные глушители расположить ниже лопастей дрона, то они не будут препятствовать созданию подъёмной силы, тогда как шум от вращающихся пропеллеров будет направлен в противоположную сторону от ушей наблюдателей. В лаборатории опытная установка показала высокую эффективность в поглощении шумов. Это позволило предположить, что открытие имеет неограниченные перспективы во всех сферах деятельности и жизни человека.

Авторы проекта (Cydney Scott)

Доклад об открытии опубликован в издании Physical Review за январь 2019 года. В создании разработки принимали участие Реза Гаффаривардаваг (на фото в центре), Стефан Андерсон (слева), Ксин Занг (по центру выше) и Джейкоб Николайчук (справа).

Видеокамеры в качестве элементов систем наблюдения хороши только тогда, когда вокруг достаточно света. В условиях плохой освещённости их эффективность падает, чего нельзя сказать о радарных системах контроля присутствия. Кроме того, радарные системы позволяют определить жизненные показатели человека. Они фиксируют как интенсивность дыхания, так и сердцебиение. Это полезные свойства для систем наблюдения за персоналом и посетителями в общественных местах, в офисах и на производстве.

До сих пор, заявляют разработчики из бельгийского центра Imec, радарные системы наблюдения и подсчёта людей в зданиях были требовательны к питанию и стоили достаточно дорого, чтобы их можно было повсеместно использовать в системе мониторинга в «умных» зданиях. Инженеры Imec решили эту проблему, разработав радар с потреблением менее 1 мВт ― это в 100 раз меньше, чем у актуальных решений аналогичного назначения.

Ультраширокополосный радар Imec работает на частоте 8 ГГц. Мощность излучения составляет –41 дБ·м/МГц, что находится ниже уровня собственных шумов коммерческого передающего оборудования. Иными словами, радары для детектирования людей в помещениях могут работать круглосуточно без какого-либо риска навредить здоровью человека. Более того, подобные системы могут довольно точно следить за жизненно важными показателями людей. Это будет полезно как в больницах, так и на транспорте, где радар может следить за состоянием водителя.

Передатчик радара производится с использованием 40-нм КМОП техпроцесса. Площадь кристалла составляет 1,8 мм². Платформа способна различать сердцебиение и дыхание человека на удалении до 15 метров. Питание платформы ― от батарей или аккумулятора. О начале коммерческой реализации проекта не сообщается.

Активный отдых и регулярные занятия спортом на открытом воздухе предъявляют определённые требования к верхней одежде. Она должна пропускать влажные испарения кожи и одновременно защищать от дождя. Казалось бы, что это несовместимые требования, но химикам удаётся создавать материалы с подобными свойствами. Другое дело, что часто для паропроницаемых мембран используются различные соединения фтора, что не идёт на пользу здоровью и, при утилизации, окружающей среде.

Предприниматели и учёные Анна Белтцунг и Марио Штуки (ETH Zurich / Peter Rüegg)

Интересную паропроницаемую мембрану, не содержащую фтора, разработал инженер-химик из швейцарской Высшей технической школы Цюриха Марио Штуки (Mario Stucki). Несколько лет назад во время работы над докторской диссертацией на тему разработки фильтров для очистки воды Марио Штуки обратил внимание на нанопористые материалы, которые пропускали влагу в одном направлении и не пропускали в другом. Созданная им впоследствии мембрана базировалась на похожем принципе. Она могла пропускать влагу от тела и блокировала проникновение влаги в виде более крупных капель снаружи.

Для коммерциализации разработки Марио Штуки вместе со своей аспиранткой организовал компанию Dimpora. В прошлом году его стартап получил грант от фонда Venture Kick на сумму 100 000 швейцарских франков. Компания Dimpora начала работать с производителями текстиля, у которых покупает ткань для верхней одежды и на своих мощностях покрывает её паропроницаемой мембраной. После пошива одежды она отдаётся на проверку спортсменам. Проверка на практике новой паропроницаемой и водоотталкивающей мембраны позволяет внести в разработку последние штрихи перед выходом на рынок.

Учёный и предприниматель Марио Штуки рассчитывает, что одежда из ткани Dimpora появится в продаже до конца текущего года. Компания не собирается заниматься пошивом одежды. Она берёт на себя задачу обрабатывать соответствующим образом ткань, которую будет закупать у обычных производителей текстиля. В Швейцарии рынок верхней одежды с водоотталкивающими свойствами оценивается в 1,5 млрд швейцарских франков. По мнению  специалистов, на этом рынке не было ничего принципиально нового с конца 90-х годов. Поэтому разработка Dimpora рассматривается как шанс встряхнуть этот рынок.

Англо-нидерландский нефтегазовый гигант Royal Dutch Shell договорился о покупке молодой немецкой компании Sonnen. Сумма сделки не разглашается. В мае прошлого года Shell уже инвестировала в Sonnen 60 млн евро в рамках первого раунда сбора инвестиций. Теперь после прохождения всех необходимых процедур Sonnen перейдёт в полную собственность Shell. Для нефтегазовой компании это означает, что она начнёт предлагать продукты аналогичные домашним батареям Tesla. Фактически она становится конкурентом Tesla на зарождающемся рынке систем хранения энергии. Но компания Sonnen интересна не только этим.

Reuters/Axel Schmidt

С 2010 года, когда была организована Sonnen, она продала и установила по всему миру около 40 000 домашних батарей (по данным на май 2018 года в Европе компания поставила 30 000 батарей). Батареи поставляются в блоках от 5 до 15 кВт·ч. За это время, кстати, стоимость литиево-ионных аккумуляторов снизилась на 80 %, что только способствовало интересу к системам Sonnen. Аккумуляторы в домашних блоках Sonnen дешевле аккумуляторов, которые использует Tesla. Первая опирается на литий-железо-фосфатные батареи, а вторая на никель-кобальто-марганцевые. В этом может быть преимущество аккумуляторных платформ Sonnen и Shell.

Батареи Sonnen в домашних хозяйствах могут использоваться не только как источники бесперебойного питания. В большинстве хозяйств они подключены к таким источникам возобновляемой энергии, как ветряные, солнечные или биогазовые электростанции. В таких хозяйствах бывают излишки электроэнергии, и Sonnen подрядилась продавать излишки через национальную энергосистему отдельным гражданам. Для этого она в 2018 году заключила договор с оператором TenneT о поставках в его энергосистему электричества от батарей, которые для этого были объединены в виртуальную электростанцию.

С большой уверенностью можно предположить, что основной интерес Shell в этом ― в распределённых сетевых поставках электричества. Компания уже положила глаз как на компании из сферы зелёной энергетики, так и на сети зарядных станций электромобилей. Сетевая энергетика ― это очередной шаг нефтегазовых гигантов в сферу добычи и транспортировки новых энергоресурсов. Конкуренты Shell ― BP и Total ― заняты тем же самым.

Японцы одержимы экономией и повторным использованием ресурсов. Природа и недра страны достаточно скудны, чтобы с расточительством относиться даже к отходам производства. И в изобретательстве им не откажешь. В своё время, например, компания Sony разработала технологию изготовления катодов для литиево-ионных аккумуляторов из кофейной гущи. В 2001 году, когда для этого была предложена полностью рабочая технология, в Японии ежегодно утилизировали до 300 тыс. тонн этого сырья. Таким богатством грех было не воспользоваться.

Продолжение поисков и находок привело к появлению ещё одного интересного материала с необычными свойствами. Используя растительные остатки после переработки обычного риса ― рисовую шелуху ― учёные Sony сумели создать пористый углеродный материал с высочайшей поглощающей способностью. Материал с зарегистрированной товарной маркой Triporous характеризуется лучшей поглощающей способностью, чем традиционный активированный уголь. Институт изобретений и инноваций Японии в 2014 году за изобретение Triporous выдал Sony Поощрительную премию за изобретение 21 века. К настоящему моменту Sony довела изобретение до стадии коммерческого производства, которое может повторить любой желающий. Для этого необходимо только приобрести лицензию Sony на производство Triporous.

В чём же преимущество нового пористого углеродного материала Sony? Обычный активированный уголь имеет поры около 2 нм. Материал Triporous имеет 2-нм поры, поры размерами от 2 до 50 нм и поры размерами около 1 мкм ― три вида пор, связанных в единую структуру. Тем самым Triporous может поглощать молекулярные структуры с небольшой массой и с большой. Например, начиная с фильтрации вирусов и заканчивая фильтрацией бактерий и даже водорослей, вызывающих цветение воды. Из Triporous можно будет изготавливать целый спектр фильтров нового поколения для очистки воздуха и воды, поглощающие медицинские препараты, текстиль и даже одежду.

Xiaomi и Zhimi представили домашний очиститель воздуха

Ежегодно в Японии утилизируется до 2 млн тонн рисовой шелухи, а во всём мире каждый год вырабатывается до 100 млн тонн этого сырья. При желании есть где развернуться.