Сегодня - 14.12.2017

Сибирские ученые ищут способы преобразования тепла в условиях РФ

09 ноября 2017

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.

Александра ГрековаБольшинство 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. 
 
Схема работы АПТ— 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.
 
Алёна Литвиненко
 
Фото: автора (1), предоставлено Александрой Грековой (2), из открытых источников (анонс)
 
Ваша оценка: Нет Средняя: 5 (4 votes)
Поделись с друзьями: 
 

comments powered by HyperComments

Система Orphus