Теги → экология
Быстрый переход

Зеленее зелёного: предложены солнечные элементы на квантовых точках без токсичных примесей

Квантовые точки рассматриваются как перспективные «присадки» не только при производстве дисплеев, в которых они испускают чистые спектры, но также и в солнечных панелях. За счёт квантовых точек солнечные панели могут вырабатывать электричество в более широком диапазоне улавливаемого излучения. Проблема в том, что для этого обычно используются токсичные материалы. Но если не гнаться за КПД, то солнечные панели можно сделать экологически чище.

Исследователи из Лос-Аламосской национальной лаборатории (LANL) разработали новый тип солнечных элементов с квантовыми точками, которые не используют токсичных материалов. Эффективность предложенных фотоэлектрических преобразователей оказалась чуть ниже средней для данной категории продуктов (с квантовыми точками), однако альтернативные технологии используют свинец, кадмий или другие токсичные материалы, что делает новую разработку привлекательнее с точки зрения защиты окружающей среды и заботы о здоровье человека.

Вместо токсичных материалов учёные соединили вместе четыре элемента ― создали ядро из меди, индия и селена и покрыли его цинком. Это объекты нанометрового размера, что позволяет судить о сложности процессов. Затем эти объекты ― квантовые точки ― были равномерно внесены в нанопоры тонкой плёнки из диоксида титана. Надо отметить, что сложность изготовления квантовых точек из четырёх элементов привела к росту дефектов в их кристаллической структуре, но эти дефекты не помешали новым солнечным элементам выполнять свою работу.

В ходе экспериментов, статья о которых опубликована в журнале Nature Energy, квантовые точки показали высокую эффективность: из каждых 100 падающих на солнечный элемент фотонов в электроны превращалось 85 из них. Общая эффективность фотоэлектрического преобразователя оказалась меньше ― около 9 %. По данным источника, это примерно средний показатель КПД для солнечный элементов на квантовых точках. Рекорд в этой области принадлежит «токсичным» панелям на квантовых точках и достигает 16,6 %. Разработчики отмечают, что они не гнались за эффективностью, а хотели создать экологически чистый продукт с приемлемым КПД.

Радиационные экраны могут быть лёгкими и недорогими

Промышленность, медицина и, наконец, военные нуждаются в радиационных экранах нового поколения. От ионизирующего излучения необходимо защищать электронику и персонал, но при этом нужно стараться не использовать токсичные материалы, чтобы не навредить экологии и не испортить отношения с экоактивистами. Поэтому учёные всё чаще и чаще обращают свой взор в сторону полимеров как на основу радиационной защиты нового поколения.

Группа исследователей из Университета штата Северная Каролина (NCSU) под руководством профессора Да Цао (Da Cao) сообщила о работе над новым полимером, который может стать основой для более легкой, дешевой и относительно экологически чистой радиационной защиты. Для этого команда Да Цао внедрила частицы триоксида висмута (Bi2O3) в полиметилметакрилат (ПММА). Затем получившаяся смесь в виде смолы (компаунда) была отверждена ультрафиолетовым светом. В результате получился лёгкий и прочный материал, эффективно блокирующий гамма-излучение.

По сравнению с этим изобретением традиционные технологии и материалы для экранирования оборудования и защиты людей от ионизирующего излучения (например, на основе свинца) выглядят сложными, громоздкими, дорогими и токсичными. Также для изготовления современных радиационных экранов часто требуются длительные по времени техпроцессы в условиях очень высоких температур. Предложенный учёными способ ― отверждение смолы ультрафиолетом за считанные минуты в условиях комнатной температуры ― это радикальное снижение себестоимости производства радиационных экранов и множество других сопутствующих положительных эффектов.

Для проведения экспериментов учёные изготовили различные образцы нового антирадиационного материала с концентрацией триоксида висмута до 44 %. Попутно было обнаружено, что привнесение этой примеси в полимер увеличило микротвёрдость материала до семи раз. В сочетании с напечатанными на 3D-принтерах активными зонами ядерных микрореакторов полимерные радиационные экраны сулят в будущем удешевление процессов развёртывания новых атомных электростанций.

Добавим, статья об исследовании опубликована в журнале Nuclear Engineering and Technology и доступна по этой ссылке.

Воздух станет чище: светофоры с искусственным интеллектом распределят транспортный поток

Британская компания Now Wireless разработала «умные» светофоры, которые регулируют движение автомобилей, не допуская их скопления в местах с сильным загрязнением воздуха. Считается, что таким образом можно будет уменьшить концентрацию выхлопных газов в центральных районах городов, сделав их более благоприятными для жизни.

Светофоры с искусственным интеллектом выявляют места с высоким уровнем выхлопных газов, основываясь на данных придорожных датчиков, прогнозов погоды и даже встроенных в автомобили систем. Также они могут использовать старые статистические данные, чтобы предсказывать места с сильным загрязнением воздуха в определённые промежутки времени.

Когда светофоры фиксируют резкий рост ядовитых веществ в воздухе, они автоматически меняют длительность свечения красного и зелёного сигналов примерно на 20 секунд. Например, если в центре города было замечено сильно загрязнение воздуха, едущие в эту сторону автомобили будут останавливаться на красный цвет чаще и дольше.

Система будет впервые протестирована в конце 2020 года на улицах английского города Вулвергемптон. «Мы хотим узнать, может ли изменение длительности свечения сигналов светофоров улучшить транспортный поток. Речь идёт о распределении нагрузки с целью улучшения качества воздуха», — объяснил Джон Чарльз (John Charles), начальник транспортного отдела Вулверхэмптона.

Если все пойдёт по плану, система не только обеспечит жителям городов более чистый воздух, но и позволит регионам соблюдать законодательные ограничения по уровню загрязнения воздуха на уровне 83 %. При этом есть опасная вероятность, что пытаясь уменьшить уровень загрязнения в одном районе города, светофоры будут провоцировать загрязнение на других территориях.

Попытки улучшить качество воздуха в городах предпринимают многие компании. Но на данный момент этот вопрос стоит не так остро, как раньше. Дело в том, что во время объявленного в связи с пандемией коронавируса карантина, качество воздуха во многих населённых пунктах заметно улучшилось. Например, из-за временного закрытия некоторых заводов и уменьшения количества транспортных средств на дорогах из Индии впервые за несколько десятилетий снова стали видны Гималаи.

Пандемия очищает воздух планеты: впервые за десятилетия из Индии стали видны Гималаи

Пандемия коронавируса ударила по экономике, социальному укладу и, что самое печальное, по здоровью и самой жизни людей. Карантинные меры и вынужденная самоизоляция убрали с улиц городов транспорт и граждан. Заводы остановились. Промышленная деятельность замерла. Для природы нашей планеты это обернулось благом. Многочисленные наблюдения показывают, что воздух становится чище, а животные возвращаются туда, где их давно не видели.

Рассмотрим некоторые цифры, которые представил Международный фонд энергии и устойчивого развития имени Абдуллы ибн Хамада Аль-Аттия. Так, Центр международных исследований климата в Осло (CICERO) отметил, что загрязнение воздуха на большей части Китая в феврале/марте сократилось на 20–30 % по сравнению с прошлым годом. Если уровень загрязнения останется на таком низком уровне достаточно долго, то это только в одном Китае позволит избежать преждевременной смерти от 50 000 до 100 000 человек.

По данным Всемирной организации здравоохранения (ВОЗ), во всём мире загрязнение воздуха ежегодно убивает около семи миллионов человек. Благодаря пандемии природоохранные и здравоохранительные организации получают возможность на практике оценить степень воздействия человека на среду обитания и способность флоры и фауны планеты вернуть себе отобранное человеком пространство. Например, Фонд морских черепах Mai Khao сообщил о 20-летнем максимуме числа гнезд черепах на некоторых пляжах в провинции Пхукет, а это были самые популярные среди туристов места. Даже пингвины по всей Антарктиде вздохнули свободно, когда в этом году не стало круизов и исследовательских рейдов.

Из Индии сообщают, что впервые за «десятилетия» можно увидеть Гималаи. Карантин и сопутствующее ему очищение воздуха в атмосфере позволило увидеть горный массив Гималаев в северном индийском штате Пенджаб на расстоянии более 100 миль. Похожая ситуация в Испании, Италии, США, Великобритании и других странах и крупных городах. Специалисты по атмосферным явлениям из Аргоннской национальной лаборатории сообщили, что уровень загрязнения воздуха в Нью-Йорке по сравнению с аналогичным периодом прошлого года снизился на 50 %.

Согласно данным IQAir, Лос-Анджелес, который, как правило, имеет худшее качество воздуха в США, превратился в один из самых чистых городов по сравнению с другими крупными городами этой страны. В «Городе Ангелов» сейчас самый чистый с 1995 года воздух. К счастью или нет, но эта идиллия закончится с завершением пандемии (а она рано или поздно закончится). Гималаи скроются в дымке, в города вернётся смог, а черепах снова загонят туда, где о них снова ничего не будет слышно. Может память о неожиданном и кратковременном периоде чистой планеты заставит что-то изменить в этой жизни?

Городская доставка товаров дронами в десять раз вреднее для экологии, чем дизельными фургонами

Транспорт на электрической тяге, как и возобновляемая энергетика, сулят чистый воздух, снижение выбросов парниковых газов и ощущение, что будущее уже настало. Но реалии таковы, что до этого «будущего» пройдёт ещё не один десяток лет. Для многих станет разочарованием, что мгновенная доставка товаров дронами со склада до порога требует на порядок больше энергии, чем доставка автофургоном с двигателем на дизельном топливе.

jukai5/Depositphotos

jukai5/Depositphotos

Исследователи из Университета Мартина Лютера в Галле-Виттенберге (Германия) провели расчеты по доставке грузов (посылок) в городские и сельские районы, сравнив беспилотники с дизельными и электрическими фургонами, и сделали несколько интересных открытий. Моделирование доставки на плане Берлина и прилегающих районов выявило, что на сегодняшний день в густонаселенных городских районах электрические фургоны являются наиболее энергоэффективным вариантом доставки. В этой ситуации дизельные фургоны потребляют примерно в пять раз больше энергии, а беспилотники ― в десять раз больше.

Ключевым фактором здесь является плотность населения. Фургоны могут одновременно перевозить сотни предметов (посылок), а когда маршруты доставки короткие и с множеством остановок, тратится минимум энергии. Ниже на графике показаны затраты энергии для каждого средства доставки товаров. Фургоны перевозят условно по 100 товаров весом 2,5 кг за раз. Дроны за раз доставляют одну посылку. Добавим, на иллюстрации затраченная энергия рассчитывается комплексно: «от скважины до колеса». Иначе говоря, учитывается стоимость добычи, переработки и доставки.

В условиях редконаселённой местности дроны начинают тянуть одеяло на себя. Редкие остановки по длинным маршрутам забирают у фургонов их энергоэффективные преимущества. Тогда для доставок единичных товаров на дальность до 8 км при отсутствии или слабом ветре беспилотники становятся более эффективными, чем дизельные фургоны.

Энрегетические затраты на доставку товаров дронами, дизельными фургонами и фургонами на электрической тяге в зависимости от дальности, числу доставок на одну остановку и силы ветра (Martin Luther Universitat)

Энергетические затраты на доставку товаров дронами (UAV), дизельными фургонами (DV) и фургонами на электрической тяге (EV) в зависимости от дальности, числа доставок на одну остановку и силы ветра (Martin Luther Universitat)

Безусловно, использование энергии не единственное, что нужно учитывать: есть затраты на персонал; факт того, что производство электроэнергии создает меньше загрязнения, чем дизельные автомобили; оплата труда водителей; техническое обслуживание; время простоя для зарядки аккумулятора и многие другие факторы. Но чисто экологический анализ показывает, что электрические фургоны на сегодняшний день являются лучшим решением для того, чтобы быстро и эффективно доставлять много вещей в условиях плотного заселения граждан.

Со смартфоном на грядке: наносенсоры в листьях предупредят о стрессе растений

За последние десятилетия генетики и биотехнологи сделали массу открытий, которые помогли увеличить урожайность сельскохозяйственных растений. Многие не знают, но вдоволь кушать было можно далеко не всегда и очень не всем. Но теперь на помощь растениеводам приходят достижения в сфере нанотехнологий и электроники: они предоставляют возможность отслеживать здоровье растений на индивидуальном уровне.

Группа инженеров Массачусетского технологического института (MIT) вместе с коллегами из Сингапура при содействии ряда сингапурских фондов (включая A*STAR) и Министерства энергетики США разработали нанодатчики для отслеживания уровня стресса растений и определения его причин.

Нанодатчики представляют собой встроенные в листья растений массивы из углеродных трубок. При обнаружении сигналов от растений о той или иной стрессовой ситуации датчики начинают испускать инфракрасный свет. Это излучение можно зафиксировать простейшими приборами, например, смартфоном с инфракрасной камерой. Последующий анализ излучения и картина его распространения по растению подскажет, что именно угнетает растение и как ему можно помочь.

Датчики в листьях реагируют на перекись водорода. В своё время выяснилось, что в стрессовых ситуациях, от жары, нанесённых ранений, недостатка воды, болезней и даже атаки вредителей, в клетках тканей растений начинает интенсивно вырабатываться перекись водорода. Более того, сигнал о стрессе распространяется волной по клеточной структуре растения с помощью той же перекиси водорода, запуская выработку не только этого вещества, но и других веществ, призванных противостоять возникшей беде.

По словам разработчиков, данные о распространении волны «антистресса» и параметры этой волны индивидуальны для каждого вида растений. Главное, что они поддаются расшифровке вплоть до определения того, что именно угнетает растение. Подобные знания помогут максимально увеличить урожайность и даже трансформировать некоторые виды стресса, например, недостаток освещения, в наращивание плодовой, а не растительной массы.

На 3D-принтере напечатаны «бионические кораллы», обладающие свойствами фотосинтеза рифа

Массовое вымирание коралловых рифов — это катастрофа глобальных масштабов, но масштабы их успеха как организмов дают учёным пищу для ума. Исследователи Кембриджского университета с помощью 3D-печати создали «бионические кораллы», которые представляют собой нечто большее, чем мёртвый скелет — они состоят из микроорганизмов.

Пару лет назад учёные уже предлагали создавать с помощью 3D-печати структуры сложной формы, напоминающие рифы и способные выступать в качестве основы, на которой могут расти новые кораллы и другие морские организмы. Это хорошая идея, но риф — не просто мёртвая основа.

Кораллы представляют собой результат сложного симбиоза между собственно коралловыми полипами и водорослями, которые живут внутри них, в мезоглее. Водоросли используют фотосинтез для создания сахара для своего организма-хозяина, а коралловые полипы обеспечивают безопасную среду обитания и, что интересно, также весьма эффективны для сбора и перенаправления света. Это партнёрство было плодотворным на протяжении миллионов лет, однако повышение температуры и кислотности океана нарушили хрупкий баланс.

Команда из Кембриджского университета поняла, что для успешной имитации коралловой микроэкосистемы необходимо воспроизвести это особое свойство захвата солнечного света и его рассеивания внутри для использования водорослями-резидентами. Поэтому они тщательно изучили структуру кораллов и постарались воссоздать её на микроскопическом уровне. Но вместо обычного прочного субстрата они создали своего рода живой гель.

«Мы разработали искусственную коралловую ткань и скелет с комбинацией полимерных гелей и гидрогелей, легированных целлюлозными наноматериалами, чтобы имитировать оптические свойства живых коралловых полипов», — пояснил химик Даниэль Вангпразер (Daniel Wangpraseurt), ведущий автор статьи, в которой описывается методика. Водоросли были тоже внедрены в печатаемую смесь, поэтому исследователи, по сути, печатали живое вещество.

Подобная методика уже тестируется и используется в медицинских целях — например, для печати части органа или ткани для последующей имплантации. Но в данном случае должна быть получена не определённая крупномасштабная форма, а структура с чрезвычайно сложной внутренней геометрией, которая максимизирует доступ света к поверхности. При этом печать должна производиться быстро, чтобы водоросли не умерли.

Получающаяся в результате биопечатная структура является идеальным домом для водорослей, обеспечивая темпы роста, во много раз превышающие показатели обычной среды. К сожалению, пока нет оснований полагать, что технология позволит восстанавливать коралловые рифы. Однако работы в этой области дают дополнительное понимание экосистемы, в которой процветает симбиоз коралловых полипов и водорослей.

В то же время увеличение скорости роста водорослей имеет коммерческие перспективы: начинающая компания Mantaz собирается использовать эту технологию уже в ближайшей перспективе.

Хитиновые чешуйки жука подсказали, как получить яркий белый цвет без пигментов

Сегодня для придания белого цвета лакам, краскам, продуктам и даже лекарствам используется порошок диоксида титана (пищевая добавка E171). Это вещество не разлагается в природе и даже есть исследования, которые ставят под сомнение безопасность диоксида титана для здоровья человека. Немецкие учёные предлагают заменить диоксид титана наноструктурированным материалом с высокой отражающей способностью, секрет которого подсмотрен у природы.

Julia Syurik, KIT

Julia Syurik, KIT

Учёные из Технологического института Карлсруэ (KIT) изучили строение хитиновых чешуек жука Cyphochilus insulanus (род хрущей). Этот жук интересен тем, что он в солнечном свете выглядит белоснежно белым, хотя его чешуйки не несут окраски с таким пигментом. Высокое рассеивание отражённого света от чешуек происходит за счёт уникальной наноструктуры их поверхности. Если подобной текстурой покрыть мебель или поверхность других изделий, то они будут казаться ярко белыми даже без покраски. Тем самым диоксид титана с его сомнительными экологическими свойствами может уйти в прошлое.

Сотрудники Технологического института Карлсруэ разработали техпроцесс получения полимерной фольги с наноструктурированной поверхностью. Несмотря на то, что фольга чрезвычайно тонкая, гибкая и лёгкая, она механически стабильная и может быть использована в широком спектре продукции. При толщине 9 мкм такая плёнка отражает 57 % падающего света. Увеличивая толщину структуры можно добиться 90 % отражения падающего света.

По своей структуре полимерная светоотражающая поверхность напоминает пористую губку. Она отражает свет по тому же принципу, как это происходит с пеной для бритья. Материал, покрытый такой структурой, выглядит белым, хотя окраске он не подвергается. Для придания подобных свойств лаку или краске можно добавлять в него микроструктурные шарики из нового материала, тогда изделиям можно будет придавать белый цвет без добавления пигмента в виде диоксида титана. Утверждается, что ряд производителей лакокрасочных материалов заинтересовались разработкой.

Повышение уровня CO2 в атмосфере не компенсирует деревьям негативного влияния жары и засухи

Как известно, углекислый газ имеет огромное значение для метаболизма растений. Под воздействием солнечного света (в процессе фотосинтеза) углекислый газ в растительных тканях в сочетании с водой участвует в синтезе углеводов и биомассы. Теория глобального потепления строится на повышении концентрации углекислого газа в атмосфере. Деревья будут «аплодировать стоя» или всё не так однозначно?

Plant Ecophysiology Lab, KIT

Plant Ecophysiology Lab, KIT

Учёные из филиала немецкого Технологического института Карлсруэ (KIT) вместе с биологами из других европейских научных лабораторий и коллегами из Израиля провели эксперимент, в ходе которого изучили поведение растений в условиях гипотетического резкого глобального потепления и повышения концентрации CO2 в атмосфере. В качестве подопытных выступили саженцы сосны алеппской (Aleppo Pine). Часть растений были выращены под открытым воздухом с концентрацией CO2 в объёме 421 промилле, а часть в герметичных контейнерах с концентрацией CO2 в объёме 867 промилле.

Сам эксперимент начался по достижении деревьями полуторалетнего возраста. Часть деревьев перед экспериментом была либо хорошо полита водой, либо оставлена без полива. Затем деревья были помещены в контейнеры, в которых температура постепенно повышалась с 25 °C до 40 °C в течение десяти дней. При этом постоянно измерялся газообмен и водообмен деревьев, как и анализировались жизненно важные продукты обмена.

В процессе опытов учёные выяснили, что повышенная концентрация углекислого газа увеличивает эффективность водопользования деревьев при увеличении тепловой нагрузки. В то же время в таком режиме деревья начинают потреблять меньше CO2 из воздуха. Также лишнее тепло в таких условиях снижает метаболизм растений. Тем самым повышение концентрации углекислого газа не ведёт к пропорциональному наращиванию биомассы, а жара и недостаток влаги могут привести к угнетению растений даже в перенасыщенном углекислым газом воздухе. Основным положительным эффектом у наблюдаемых растений стало то, что была повышенная стабильность корневых белков.

Plant Ecophysiology Lab, KIT

Plant Ecophysiology Lab, KIT

Резюме учёных таково: «Исходя из этого [эксперимента], мы заключаем, что увеличение концентрации CO2 в атмосфере не может компенсировать стресс деревьев, вызванный экстремальными климатическими условиями».

НАСА показало окончательный вариант полностью электрического пилотируемого самолёта X-57

Четыре года назад впервые за два десятка лет НАСА вернулось к разработке пилотируемого самолёта. Но это был не обычный самолёт, а самолёт-концепция. В агентстве решили на практике испытать отдельные принципы, которые могли бы помочь при проектировании полностью электрических самолётов. Так родился проект электросамолёта X-57 или Maxwell. Сегодня этот проект получил окончательное визуальное оформление.

НАСА

НАСА

В НАСА не стали изобретать велосипед самолёт и взяли за основу проекта X-57 четырёхместный итальянский легкий самолет Tecnam P2006T на двух двухцилиндровых поршневых двигателях Rotax 912S3. Агентство заменило оригинальные крылья самолёта на новые тонкие и с высоким соотношением сторон, чтобы снизить сопротивление воздуха и, соответственно, уменьшить необходимую для взлёта тягу электрических двигателей.

НАСА

НАСА

Вместо двух бензиновых двигателей на крыло равномерно подвешены 12 гондол с электрическими двигателями и два двигателя с большими 1,5-метровыми пропеллерами на концевых закрылках крыла. Пропеллеры на малых двигателях выдвижные ― они раскрываются под действием центробежной силы в момент раскручивания ротора. Концевые двигатели включаются только на высоте при переходе на крейсерскую скорость. Все 12 малых двигателей при этом отключаются, а лопасти автоматически прячутся в углублениях гондол и не создают сопротивления набегающему потоку воздуха.

Перед посадкой малые двигатели снова включаются и позволяют совершить манёвр. Концевые двигатели с большими пропеллерами выполняют ещё одну функцию. В процессе набора высоты и при посадке они служат генераторами электричества и пополняют запасы энергии тяговых аккумуляторов.

НАСА

НАСА

По расчётам НАСА на крейсерской скорости электросамолёт Maxwell X-57 покажет эффективность до 500 %. При этом в полёте он будет малошумящим и экологически чистым. Лётные испытания финальной модели X-57 Mod IV, внешний вид которой показало агентство, намечены на этот год.

Немцы строят опытную установку для преобразования углекислого газа из атмосферы в твёрдый углерод

Усилия по сдерживанию климатических изменений на Земле не дадут должного эффекта, если не бороться с уже сложившимися последствиями. На это направлен новый европейский проект NECOC. В рамках проекта будет создана установка по прямому преобразованию выловленного из атмосферы углекислого газа в твёрдый углерод (сажу). Это не только снизит объём парниковых газов в воздухе, но также даст промышленности ценное сырьё.

Photo: Moritz Leg

Photo: Moritz Leg

В проекте NECOC (NEgative Carbon diOxide to Carbon) основными участниками являются группы и дочерние компании Технологического института Карлсруэ (KIT), Высшей технической школы Цюриха (ETH Zurich) и ряд европейских центров и лабораторий. Проект финансирует Федеральное министерство экономики и энергетики (BMWi). Бюджет рассчитан на три года и составляет 1,5 млн евро.

Все составные части будущей модульной установки контейнерного типа и необходимые техпроцессы для прямого извлечения из атмосферного воздуха углекислого газа и последующего его превращения в твёрдый гранулированный порошок чистого углерода проверены по отдельности и доказали свою пригодность для практического использования. Осталось собрать всё в единую установку и оптимизировать процессы. Собственно, это главная цель проекта NECOC. Доказать эффективность работы установки полного цикла.

«Наш проектный подход заключается в удалении CO2 из атмосферы и превращении его в технический углерод, то есть в высокочистый углерод в виде порошка», ― говорит профессор Томас Ветцель из Института технологии термических процессов (TVT) и руководитель лаборатории жидких металлов KALLA Karlsruhe. «Таким образом, опасный парниковый газ будет превращен в сырье для высокотехнологичных применений. Технический углерод может использоваться в электронике, печати или строительстве».

Испытательная установка объединит несколько этапов процесса. Сначала с помощью прямого захвата воздуха из атмосферы будет поглощаться углекислый газ. В микроструктурированном реакторе вместе с возобновляемым водородом углекислый будет превращён в метан и воду. Затем метан подаётся в заполненный жидким оловом пузырьковый реактор. В восходящих пузырьках метана в процессе пиролиза метан разлагается на составляющие ― водород, который снова подаётся в реактор для получения синтетического метана, и твёрдый гранулированный порошок углерода (сажу).

Таким образом, будет убито два пресловутых зайца. Во-первых, атмосфера начнёт очищаться от парникового газа. Во-вторых, для промышленности появится альтернативная возможность добывать ценное сырьё, которое сегодня добывается из ископаемых ресурсов. Вероятно, в будущем подобные установки помогут привести к производству графена в товарных объёмах.

Alphabet занялась проблемами сохранения биоресурсов океана

Очередной долгосрочный проект Alphabet снова обращён к океану. Но в отличие от оказавшегося нерентабельным Project Foghorn, который ставил задачу превратить морскую воду в безуглеродное топливо, у недавно объявленной инициативы Tidal более важная миссия по защите моря и его обитателей.

«Это предельно важный вопрос: человечество подводит океан к критическому состоянию, но мы не можем защитить то, чего не понимаем. Загрязнение и неустойчивые методы рыболовства означают, что вскоре в море будет больше пластика, чем рыбы, в то время как быстрое увеличение кислотности убивает кораллы и морских существ. Это вызывает потрясения в экосистемах по всему миру, от коралловых рифов до Арктики, что приводит к цепным реакциям, угрожающим продовольствию людей и экономической безопасности», — сообщил в своём блоге руководитель Tidal Нил Даве (Neil Davé).

«Несмотря на то, что океан охватывает около 70 % планеты, большая его часть остаётся неизученной. Мы знаем больше о поверхности Луны, чем о самых глубоких частях дна океана. Отчасти потому, что это невероятно сложная среда для технологий. Давление сокрушительное, связь крайне затруднена (GPS и Wi-Fi не работают под водой). А солёная вода убивает электронику, что затрудняет долгосрочный мониторинг», — добавил Нил Даве.

Команда Tidal из Лаборатории Х занимается проектом уже три года, взаимодействуя с рыбоводами по всему миру. Современные методы мониторинга и сбора данных предполагают вылов рыбы и анализ вручную — процесс отнимает много времени, ненадёжен и его невозможно масштабировать.

Разработчики создали систему подводных камер в сочетании с компьютерным зрением, которые могут обнаруживать и интерпретировать поведение рыб, невидимое человеческому глазу. Программное обеспечение способно отслеживать и контролировать тысячи отдельных рыб, наблюдать и регистрировать их поведение, например, приём пищи, и собирать информацию об окружающей среде, такую как температура и уровень кислорода. Более полная информация даёт фермерам возможность отслеживать состояние биофауны в бассейнах и принимать более разумные и экологичные решения, что поможет снизить как затраты, так и уровень загрязнения.

Как объяснил Нил Даве: «Рыбы имеют низкий углеродный след по сравнению с другими источниками животного белка, и сегодня они играют важную роль в кормлении 3 миллиардов человек, поэтому помощь рыбоводам может оказаться крайне важной как для человечества, так и для здоровья океана».

Financial Times сообщает, что Tidal работает с фермами, расположенными в Европе и Азии, для отслеживания различных видов рыб, включая лосося и сериолу. Во остальном почти ничего не известно об опытах компании и уровне готовности технологии. Но в своём блоге господин Даве подчеркнул, что рыбоводство — это лишь одна из областей, где команда надеется оказать помощь: «В ходе проверки нашей технологии мы узнаём больше об окружающей среде океана и планируем применить полученные знания в других областях и проблемах для защиты и сохранения этого ценного ресурса».

Подразделение X также активно развивает проект Everyday Robotic для создания роботов, способных действовать автономно в привычном для человека неструктурированном окружении, и систему FSOC, использующую свет для передачи данных. Многие проекты X, включая Waymo (автомобили с автоматическим управлением), Wing (беспилотники), Loon (интернет-шары) и Verily (здравоохранение), стали самостоятельными дочерними компаниями Alphabet. Chronicle (кибербезопасность) тоже пошла по этому пути, но в итоге была возвращена в Google, а энергетические воздушные змеи Makani были фактически заброшены. Некоторые компании стали независимым: геотермальное отопление Dandelion и Malte — накопление энергии на основе соли.

В Европе успешно завершён этап испытаний по добыче синтетического природного газа из воздуха

К 2050 году Европа рассчитывает стать первым климатически нейтральным регионом. Это означает, что добыча электроэнергии и другие расходы на тепло, транспорт и тому подобное не должны сопровождаться выбросами в атмосферу парниковых газов. И одного электричества для этого не хватит, необходимо научиться синтезировать топливо из возобновляемых источников.

Установка по получению метана из углекислого газа из окружающего воздуха

Установка по получению метана из углекислого газа из окружающего воздуха (Domenico Grossi)

Летом прошлого года мы рассказывали об опытной мобильной установке немецкой разработки по производству жидкого синтетического топлива из окружающего воздуха (из углекислого газа). Эта установка стала частью общеевропейского проекта STORE & GO. В рамках проекта в трёх странах Европейского Союза были проведены долгосрочные эксперименты по добыче из воздуха синтетического природного газа. Как раз на прошлой неделе на конференции в Технологическом институте Карлсруэ (KIT) были подведены итоги эксперимента.

Демонстрационные установки по преобразованию электроэнергии в природный газ были развёрнуты на площадках в Фалькенхагене (Германия), Золотурне (Швейцария) и Трое (Италия). Все три опытные установки использовали разные агрегаты для преобразования смеси из воды и углекислого газа сначала в водород, а потом в синтетический метан. Тем самым также проверялась эффективность каждой из них. Одна установка использовала реактор на основе жизнедеятельности микроорганизмов, другая новый реактор с микроструктурой и третья масштабируемый сотовый реактор разработки KIT (вероятно, этот).

В каждом случае использовались разные источники углекислого газа, включая прямой захват CO2 из атмосферы при прямой прокачке окружающего воздуха через установку. Но в каждом случае полученный метан либо подавался прямо в городскую газораспределительную сеть, либо сжижался для использования как топливо для транспорта или в иных местах. Учитывая огромную ёмкость европейской газотранспортной системы, синтез природного газа с использованием возобновляемых источников энергии признан эффективным способом сгладить пики в работе солнечных и ветряных ферм.

Кроме полевых испытаний топливных установок был получен большой опыт по распределению синтетического природного газа. Это подтолкнуло к созданию нормативных документов для эксплуатации подобных установок в разных странах Европы. По мнению разработчиков, система синтеза природного газа доказала свою состоятельность и может быть рекомендована для массового внедрения.

Китайские и американские учёные разработали сверхэффективный опреснитель воды

Многим это в диковинку, но с питьевой водой в мире становится всё хуже и хуже. Особенно от дефицита воды страдают районы, где много солнца и солёной воды, а электричества, так необходимого для работы опреснительных установок, недостаточно. Проблему могли бы решить пассивные опреснители воды, но для этого важно повысить их эффективность, чем вместе занялись учёные из США и Китая.

Совместная группа учёных из Массачусетского технологического института и Шанхайского университета Джао Тонг (Shanghai Jiao Tong University) разработала высокоэффективный пассивный опреснитель воды. Опытная установка, расположенная на крыше одного из каммпусов MIT, показала производительность 1,52 галлона в час с квадратного метра освещённой поверхности (примерно 5,7 л). Такие системы могут потенциально обслуживать автономные прибрежные районы, чтобы обеспечить эффективный и недорогой источник воды. Качество полученной воды, кстати, было выше, чем того требуют санитарные нормы.

По мнению исследователей, в перспективе разработка позволит создать небольшие опреснители воды стоимостью до $100 для суточного обслуживания питьевой водой семьи из четырёх человек. Также можно будет создавать свободно плавающие в море опреснители для обслуживания прибрежных поселений и городов. Установка, как сказано выше, не требует электричества, и даже закачка воды и вынос соли осуществляются пассивно за счёт разницы в плотности растворов.

Секрет предложенного опреснителя в том, что он многослойный. Учёные остановились на 10 слоях, которые представляют собой пакет из чередующихся испарительных камер. Ключевой особенностью установки стало то, что каждый следующий из слоёв использует тепло, которое вырабатывает предыдущий слой (камера). Это тепло, которое вырабатывается в процессе конденсации воды. В обычных испарителях (конденсаторах) тепло излучается в окружающее пространство. В новой установке оно передаётся следующему конденсатору и снова пускается в дело и так до 10 раз.

Многократная рециркуляция собранного солнечного тепла позволила добиться эффективности установки по опреснению воды до 385 %. Учёные считают, что дальнейшая оптимизация структуры конденсаторов и используемых материалов могли бы поднять эффективность опреснения до 700 % и даже до 800 %.

Кстати, о материалах. Опытная установка не использует чего-то необычного. За сбор солнечного тепла отвечает простой чёрный поглотитель, а солёную воду в камеры подают бумажные полотенца с помощью обычного капиллярного эффекта «фитиля». Оседающую в процессе испарения в «фитиле» соль будет вымывать в течение ночи и к утру система снова будет готова опреснять солёную воду.

Опытная установка пассивного опреснителя воды на крыше здания MIT

Опытная установка пассивного опреснителя воды на крыше здания MIT

Самым дорогим в установке является прозрачный аэрогель, изолирующий всю верхнюю поверхность от окружающей среды. Это одновременно и теплоизолятор и поставщик тепла внутрь опреснителя. Сделать этот слой дешевле можно с помощью материалов из кремнезёма, с чем учёные планируют разобраться в дальнейшем. Также исследователи обещают создать прототип установки, которая годилась бы для коммерческого использования.

Они разминулись: старые спутники избежали столкновения в небе над Питтсбургом

В небе над нашими головами кружится масса старого и нового железа в виде действующих и выведенных из эксплуатации спутников. Случайные столкновения самых массивных из них могут привести к неприятным последствиям.

Обсерватория IRAS, выведена на орбиту в 1983 году, работла 10 месяцев

Обсерватория IRAS, выведена на орбиту в 1983 году, работала 10 месяцев

Как мы сообщали, вчера высоко в небе над территорией США примерно в районе Питтсбурга могло произойти столкновение двух старых спутников: инфракрасной орбитальной обсерватории IRAS и американского спутника-шпиона GGSE 4 (другое название ― POPPY 5B). Вес обсерватории чуть больше тонны, а вес спутника-шпиона ― 85 кг.

Относительная скорость движения этих космических аппаратов составляет 14,7 км/с. Столкновение грозило создать пояс обломков на траектории движения обсерватории. Это крайне неприятный момент, поскольку орбита IRAS солнечно-синхронная и широко используется метеорологическими и шпионскими спутниками. Тем самым в относительно тесном пространстве стало бы ещё теснее.

Рассчитанная калифорнийской компанией LeoLabs вероятность столкновения составляла от 0,1 % до 5 %. Окончательный расчёт показывал, что спутники пройдут рядом на удалении около 47 метров. Расчёт службами НАСА был другой ― 0,07 % вероятности столкновения. Наблюдение за ситуацией подтвердило, что спутники разминулись, и новых обломков на пути их следования радары не обнаружили.

В то же время специалисты уверены, что в ближайшие годы подобное будет случаться всё чаще и чаще. Вывод на орбиту космических аппаратов становится дешевле, как и дешевле становятся спутники. Кроме того, грядёт создание спутниковой сети для предоставления интернет-доступа с выводом на околоземную орбиту тысяч и тысяч космических аппаратов. И если сегодня два старых спутника разминулись без столкновения, то через несколько лет низкая орбита будет напоминать движение по заросшему лесу.

window-new
Soft
Hard
Тренды 🔥