Редкоземельных металлов не очень мало, но их сложно добывать и находятся они почти все в одной стране.
Современный мир стремится идти по пути отказа от ископаемого топлива и перехода на различные электронные системы и электродвигатели. Для их работы обязательно должны использоваться редкоземельные металлы, и именно они займут центральное место в «зеленой революции», поскольку пока только с их помощью можно создать высокопроизводительные магниты. А они, в свою очередь, необходимы в процессе получения возобновляемой энергии. Например, они часто используются в таких механизмах, как ветряные турбины, высокотехнологичные генераторы и электромобили. Однако достать эти столь востребованные материалы не всегда легко. Но отчаиваться не стоит, ведь ученые видят решение в загадочном металле, который имеет космическое происхождение.
Где добывают редкоземельные металлы
Несмотря на свое название, редкоземельные металлы не так уж и редки, но они рассеяны по земной поверхности в относительно низких концентрациях. Таким образом добыча полезных ископаемых может быть сложной и повлечь за собой риски для окружающей среды.
В настоящее время Китай доминирует на этом рынке — на его долю приходится около 80 процентов редкоземельных металлов, полученных в последнее время. Руководство страны уже даже рассмотрело возможность на запрет экспорта этого ресурса в ответ на политику США в отношении Китая. То есть из-за сложной политической обстановки будущее экспорта редкоземельных металлов в некоторые регионы становится неопределенным.
Не только США, но и другие государства стремятся конкурировать на этом рынке и разведывать новые запасы. Например, в Калифорнии есть рудник Маунтин-Пасс — единственное предприятие по добыче и переработке редкоземельных металлов в США. Тем не менее, растет интерес к альтернативным вариантам их добычи.
Добыча редкоземельных металлов — сложная, дорогая и не самая экологичная процедура.
Месторождения редкоземельных элементов существуют и в других местах, но добыча полезных ископаемых очень разрушительна: приходится изымать и перерабатывать огромное количество материала, чтобы получить небольшой объем редкоземельных элементов. Из-за воздействия на окружающую среду и сильной зависимости от Китая ведется срочный поиск альтернативных материалов, которые смогут заменить редкоземельные металлы — отметил в своем заявлении в октябре 2022 года профессор Линдсей Грир с факультета материаловедения и металлургии Кембриджского университета.
Какие материалы из метеоритов можно создать на Земле
Еще в 2022 году профессор Грир и ее команда наткнулись на возможный ответ. Заменой столь важного сегодня ресурса может стать тетратенит — железо-никелевый сплав, который обладает многими магнитными свойствами, присущими редкоземельным металлам.
До недавнего времени существовало серьезное препятствие в использовании этого космического минерала. Тетратаенит встречается в метеоритах, прилетевших к нам из космоса. Его свойства обусловлены атомной структурой, которая формируется в течение миллионов лет по мере медленного остывания метеорита – это не совсем тот быстрый и легкий минерал, который мог бы спасти положение.
Можно ждать пока такой материал прилетит из космоса, а можно создать его в лаборатории.
В 1960-х годах учёным удалось создать искусственный тетратенит путём обдувки нейтронами железо-никелевых сплавов, но этот метод сложен, дорог и не пригоден для массового производства.
Спустя более чем 60 лет, в 2022 году, произошел прорыв. Ученые Кембриджского университета под руководством профессора Грир нашли удивительно простой способ массового производства тетратенита.
Как создают ресурсы, которые формируются миллионы лет
Они работали с железо-никелевыми сплавами и обнаружили, что фосфор — элемент, который также содержится в метеоритах, помогает атомам железа и никеля двигаться быстрее. Это позволяет атомам формироваться в нужную, сложную, упорядоченную структуру. Самое главное, что этого не приходится ждать миллиона лет. Согласно их исследованию, правильное сочетание железа, никеля и фосфора увеличило образование тетратенита на 11–15 порядков. Для понимания, это значит, что надо приписать 11-15 нулей к единице, и вот в это огромное количество раз процесс стал более эффективным.
Миллионы лет для появления такой красоты ждать больше не придется.
Что было удивительно, так это то, что никакой специальной обработки не потребовалось: мы просто расплавили сплав, залили его в форму и получили тетратенит. Предыдущее мнение в этой области заключалось в том, что невозможно получить тетратенит, если не предпринять что-то экстремальное, потому что в противном случае вам придется ждать миллионы лет, чтобы он сформировался. Этот результат полностью перевернул наше представление об этом материале — сказал Грир.
До сих пор остаются вопросы относительно того, можно ли использовать этот процесс для получения тетратенита с теми же магнитными свойствами, которые необходимы для развития возобновляемой инфраструктуры. Однако это случайное открытие предполагает, что решения часто могут возникнуть совершенно неожиданно.
Сверхпроводник LK-99 стал вирусным — вот что думают эксперты. Но есть вопросы
«Скоро мы будем ездить на работу на левитирующих поездах» – примерно такие выводы можно сделать, прочитав новости о сверхпроводнике LК-99, работающем при температуре окружающей среды. В конце июля ученые из Южной Кореи опубликовали результаты исследования об открытии сверхпроводящего материала, который можно использовать для создания эффективных электросетей. Более того, если LK-99 действительно существует, то может изменить правила игры во всем – от квантовых вычислений и медицинской визуализации до энергетики и транспорта. Большинство экспертов, однако, настроены скептически, а ученые по всему миру пытаются воспроизвести и проверить работу корейских исследователей. На данный момент наиболее достоверные проверки показали, что материал LK-99 не является сверхпроводящим при комнатных температурах. Так почему же он стал таким популярным? Давайте разбираться!
Что такое сверхпроводники?
Материалы, не обладающие электрическим сопротивлением и способные пропускать электрические токи без потери энергии называются сверхпроводниками. Однако среди обнаруженных на сегодняшний день материалов лишь несколько проявляют сверхпроводимость – и то, при чрезвычайно низких температурах или высоких давлениях. Это означает, что их широкое применение крайне затруднительно.
Как правило, подобные материалы проявляют сверхпроводимость при температурах в диапазоне от 4 Кельвинов (-269,1°C). Например, большие магнитные поля, необходимые для МРТ-сканеров, генерируются пропусканием большого тока через сверхпроводник (обычно в аппаратах МРТ используются ниобий-титановые сверхпроводники, охлажденные до температуры ниже 9,3 Кельвина, -263,8°С, с использованием жидкого гелия).
Сверхпроводник – это материал, способный левитировать в магнитном поле и проводить электричество без сопротивления.
Так, требуемые низкие температуры означают, что сверхпроводники можно использовать только в специализированных установках. Ученые долгое время искали материал, обладающий сверхпроводимостью при температуре окружающей среды – то есть материал, который не нуждался бы в охлаждении, однако до сих пор все попытки заканчивались неудачей.
А ведь сверхпроводники при температурах окружающей среды можно было бы использовать для создания эффективных электросетей – сегодня около 5% энергии, теряется из—за сопротивления. Компьютерные чипы, изготовленные из сверхпроводящих материалов, могли бы быть в 50-100 раз эффективнее современных, а поезда могли бы передвигаться не по рельсам, а левитировать на сверхпроводящем материале.
LK-99 – революционная технология
После того, как корейские исследователи сообщили о «революционном» открытии, многие решили, что LK-99 может изменить мир. Предполагается, что этот идеальный сверхпроводник сделает ядерный синтез реальным а левитирующие поезда – простым способом передвижения. По крайней мере, именно такая история обсуждается в социальных сетях, но это не то, что многие эксперты думают о новом открытии.
Ядерная реакция синтеза возникает при слиянии двух атомных ядер, в результате чего образуется новое, более тяжелое ядро. В ходе ядерного синтеза также образуются различные элементарные частицы и (или) кванты электромагнитного излучения.
Шумиха набрала обороты в Х (в прошлом Twitter) и Reddit, где LK-99 объявили важнейшим в истории физики прорывом. Некоторые пользователи социальных сетей и вовсе пытаются самостоятельно изготовить LK-99 чтобы выяснить действительно ли новый материал изменит все вокруг. Но что на самом деле представляет собой этот суперсверхпроводник?
LK-99 наделал много шума в СМИ и научном сообществе
В работах, опубликованных 22 июля на сервере препринтов ArXiv (здесь и здесь), говорится, что LK-99 технически является поликристаллическим материалом, изготовленным из свинца, кислорода и пропитанного медью фосфора и выглядит как темно-серый камень.
Ученые из Исследовательского центра квантовой энергии в Южной Корее утверждают, что LK-99 является первым в мире сверхпроводником комнатных температур и атмосферного давления, то есть может проводить электричество без какого-либо сопротивления в обычных условиях. Но есть проблема – статьи, опубликованные на ArXiv не прошли рецензирования, то есть не подвергались экспертной оценке.
Электрические сети и электроника сегодня тратят впустую тонны электроэнергии из-за сопротивления менее эффективных материалов.
Отметим, что более или менее золотым стандартом для научных исследований является публикация в авторитетном рецензируемом журнале. Однако два препринта были опубликованы в конце июля на сервере arXiv, а соответствующее исследование – в журнале Journal of the Korean Crystal Growth and Crystal Technology ранее в этом году.
AtXiv – сервер препринтов для непрошедших проверку научных исследований
Стоит ли удивляться, что все больше исследовательских групп, изучающих LK-99, обнаружили, что громкие заголовки не соответствуют реальности.
Почему ученые не считают LK-99 сверхпроводником комнатных температур?
“Это “НЕ сверхпроводник”, – говорится в официальном Х (Twitter) акаунте Центра теории конденсированного состояния Мэрилендского университета (CMTC). В нем также представленырезультаты CSIR – Национальной физической лаборатории в Индии и Международного центра квантовых материалов в Китае.
Во-первых, в представленных работах в данных имеются несоответствия, а во-вторых два препринта не согласуются друг с другом. Известно также о конфликте между авторами препринтов (в одной статье три автора, а в другой – шесть).
Препринт с меньшим количеством авторов содержит “много неточностей”, рассказал New Scientist автор одной из статей. Более того, профессор Хен-Так Ким утверждает, что препринт был загружен в arXiv без его разрешения (Ким и другие соавторы исследования не ответили на вопросы журналистов The Verge), – сообщает издание.
У чудо-материала LK-99 не нашли сверхпроводимости, но он всё равно интересен учёным
Хотите всегда быть в курсе новостей из мира науки и высоких технологий? Подписывайтесь на наш канал в Telegram – так вы точно не пропустите ничего интересного!
По словам Нади Мейсон, физика конденсированного состояния из Иллинойского университета Урбана-Шампейн, препринты также неточны в определении “нулевого” сопротивления. Сверхпроводники должны иметь нулевое электрическое сопротивление, однако по информации в препринтах невозможно понять, является ли LK-99 идеальным сверхпроводником или просто очень хорошим проводником. “Металл – это очень, очень, очень, очень, очень хороший проводник. Но он все же не идеален”, – говорит Мейсон.
Состав LK-99 также вызывает удивление у специалистов: в отличие от многих сверхпроводников, изготовленных из металла, LK-99 изначально является непроводящим минералом. Предполагается, что пропитка медью преобразует его, однако куда должна поступать медь и как ей удается превращать камень в сверхпроводник, неясно.
Это открытие совершенно неожиданно. Честно говоря, я понятия не имею, в чем смысл пропитки медью этого материала, – говорит профессор инженерного колледжа FAMU-FSU Дэвид Ларбалестье.
Фальсификации и плагиат
Еще больше сомнений в «революционном открытии» возникает из-за по-настоящему драматической истории, окружающей LK-99: в 2020 году группа исследователей из Университета Рочестера заявила, что обнаружила сверхпроводник комнатных температур, изготовленный из водорода, серы и углерода. Однако исследование, опубликованное в журнале Nature, было отозвано после того, как редакторы указали на проблемы с тем, как именно обрабатывались данные исследования.
Затем ученые из Рочестера предприняли еще одну попытку и опубликовали другую статью о сверхпроводнике комнатных температур, изготовленном из азота, водорода и редкоземельного металла лютеция. Авторы работы назвали свой сверхпроводник “красной материей” (в честь вымышленного материала из «Звездного пути», который образует черные дыры).
Увы, но плагиат и фальсификации – не редкость в научной среде
Данная статья, однако, по-прежнему находится под пристальным вниманием научного сообщества – все потому, что одного из ключевых авторов исследования обвиняют в плагиате и фальсификации данных в других работах.
Учитывая критику, обрушившуюся на авторов статей, южнокорейские эксперты заявили, что создадут комитет для проверки заявлений об открытии сверхпроводника комнатных температур. Группа экспертов также попросила Исследовательский центр квантовой энергии предоставить образцы материала, чтобы проверить выводы ученых и данные, обнародованные в препрнитах.
Основываясь на данных из опубликованных препринтов и обнародованных видео материалов, LK-99 на данный момент нельзя назвать сверхпроводником комнатных температур», – говорится в официальном заявлении.
Можно ли создать LK-99?
Чтобы окончательно ответить на вопрос о том, является ли LK-99 настоящим сверхпроводником комнатных температур, ученые по всему миру пытаются воспроизвести полученные южнокорейскими исследователями результаты. Так, сразу три крупные исследовательские лаборатории пытаются выяснить сможет ли LK-99 оправдать ожидания.
Левитирующие поезда станут реальностью в случае создания сверхпроводника комнатных температур
Поскольку «революционный сверхпроводник» изготавливается из относительно простых ингредиентов и не требует экстремальных температур или давления, ученые, имеющие доступ к необходимым материалам и подходящему оборудованию, пробуют свои силы. На этой неделе издание Wired сообщило, что инженер из стартапа, занимающегося космическими исследованиями, ведет прямую трансляцию своих усилий на Twitch, однако подключиться к трансляции журналисты не смогли.
И все же эксперты отмечают, что окончательные выводы делать рано. В сети тем временем появилось видео, на котором фрагмент LK-99, сделанный исследовательской группой из Хуачжунского университета науки и техники, кажется левитирует. Парящий при размещении над магнитом материал – признак излучения магнитного поля и сверхпроводника. Отметим, что авторы препринтов также опубликовали видео, на котором материал частично левитирует.
Вот только сама по себе левитация не делает что-либо сверхпроводником. Графит, например, левитирует, потому что является диамагнитным, а значит LK-99 может оказаться просто новым видом диамагнитного материала. Другие известные учреждения еще не поделились результатами, в том числе исследователи из Аргоннской национальной лаборатории и инженерного колледжа FAMU-FSU.
В течение недели или двух у нас будет 20, 30, 40, 50 или 100 лабораторий, которые проведут различные эксперименты. Так что все прояснится довольно быстро, – сообщают эксперты.
Но что будет, если LK-99 действительно окажется сверхпроводником комнатных температур? Неужели это сразу же изменит нашу жизнь? Едва ли, ведь если через неделю или две кому-то удастся изготовить партию LK-99, которая пройдет все тесты на сверхпроводимость, это все еще не является гарантией того, что LK-99 станет революционной технологией.
На настоящий момент все известные сверхпроводники требуют очень низких температур
“Существуют тысячи известных сверхпроводников. Мы используем четыре, так как именно их можно спроектировать, массово произвести с минимальными затратами и применить в существующих системах, за которые люди будут платить”, – говорят специлаисты.
А вы знали, что из графена случайно создали материал, появление которого предсказали в 1930-х годах? Подробности здесь, не пропустите!
Обыкновенная магия
Эксперты отмечают, что работать с LK-99 может быть потенциально трудно, поскольку это минерал, а не податливый металл, который можно намотать как проволоку, например. Так, крупное открытие, сделанное в 1980-х годах, привело к созданию сверхпроводников, которые могли работать при более высоких температурах, чем раньше, но потребовалось больше времени, чтобы найти им реальное применение (отчасти из-за хрупкости керамических материалов).
Итак, сможем ли мы увидеть сверхпроводник комнатных температур в реальном мире и когда это произойдет? Ответ на этот вопрос на данный момент, увы, не существует. Все потому, что подобные «волшебные» разработки зависят от дополнительных усовершенствований, направленных на удешевление производства существующих сверхпроводящих материалов и упрощение их внедрения.
На настоящий момент все известные сверхпроводники требуют очень низких температур
На данный момент достоверность полученных результатов остается неясной. Исследователи подчеркивают, что вскоре мы должны узнать, действительно ли ученые из Кореи совершили прорыв.
Более того, технологически жизнеспособный сверхпроводник комнатных температур – это серьезная заявка на Нобелевскую премию. А если запатентовать подобный сверхпроводник, то измерить его ценность будет и вовсе невозможно. Ну а пока исследователи разбираются действительно ли LK-99 существует, нам с вами остается лишь ждать новостей и надеяться, что южнокорейские эксперты не ошиблись. Ведь в конечном итоге левитирующие поезда – это очень круто.
Ученые смогли передать энергию из космоса на Землю
Солнце — нескончаемый и мощный источник энергии, который, теоретически, мог бы покрыть все потребности людей в электричестве. Однако эффективного способа преобразовывать энергию Солнца в электричество пока не существует. Конечно, есть солнечные панели, но они имеют несколько ключевых недостатков. Главный из них заключается в том, что эти батареи способны вырабатывать электричество только днем, причем для этого должна быть хорошая солнечная погода, в противном же случае их эффективность сильно падает. Проблему можно было бы решить, разместив панели в космосе на околоземной орбите, но как передать электричество на Землю, ведь провести кабель от спутника не получится? Похоже, что решение этой проблемы смогли найти Инженеры Калифорнийского технологического института. Они не только разработали технологию, но и успешно ее испытали, передав энергию с околоземной орбиты на Землю. По их мнению, это может стать прорывом энергетике.
Орбитальные электростанции обеспечат людей электричеством
Зависимость человечества от ископаемого топлива сделала многие страны уязвимыми перед глобальным энергетическим кризисом. Поэтому в настоящее время многие ученые работают над технологиями, которые позволили бы эффективно использовать экологичные, доступные и надежные источники энергии. Одни считают, что будущее за термоядерным синтезом, другие видят решение проблемы в модульных мини-реакторах или даже ветряках и волновых генераторах, установленных в морях.
Отличной альтернативной всем этим решениям является энергия Солнца. Но солнечные панели, как мы сказали выше, следует размещать в космосе на земной орбите. Такая электростанция смогла бы эффективно генерировать электричество круглые сутки, причем независимо от погоды. Теоретически, электрическую орбитальную станцию можно построить даже сейчас, однако для этого нужно решить вопрос передачи электричества на землю.
Солнечные батареи могут эффективно и круглосуточно добывать энергию только в космосе
Среди ученых началась, буквально, гонка по разработке технологии беспроводной передачи электричества на Землю. Первыми, кто заявил, что им удалось это сделать, стали ученые Калифорнийского технологического института.
Как работает беспроводная передача энергии
В своем эксперименте исследователи использовали построенный ими низкоорбитальный демонстратор SSPD-1 (Space Solar Power Demonstrator). По словам самих инженеров, в нем реализовано сразу три технологии, по сбору и передаче энергии на Землю. В недавнем эксперименте был испытан один из модулей — MAPLE, который принимает солнечную энергию, а затем преобразует в микроволновое излучение, которое передает на приемник, расположенный на Земле. Передача микроволнового излучения осуществляется при помощи фазированной антенны, то есть антенной решетки направленного излучения.
Кроме того, приемником и передатчиком энергии был оборудован сам модуль MAPLE. Демонстратор в ходе эксперимента передал энергию от одной стенки модуля другой, о чем исследователи сообщают в своем заявлении.
Принятое приемником микроволновое излучение преобразуется в постоянный ток (DC). Таким образом ученые показали возможность беспроводной передачи энергии не только с космоса на Землю, но и в условиях открытого космоса. Но можно ли прямо сейчас построить орбитальную электростанцию использовать эту технологию? Скорее всего нет.
Модуль MAPLE смог передать электричество беспроводным способом в открытом космосе
Сигнал, полученный на Земле, был очень слабым. Электричества было недостаточно, даже чтобы от него зажглись светодиоды. Но в ходе данного эксперимента это было и не важно. Задача заключалась в том, чтобы проверить сам принцип, и он оказался вполне работоспособным. Теперь осталось лишь масштабировать технологию, чтобы в будущем можно было ее полноценно использовать. По мнению авторов работы, это вполне возможно.
Переходите по ссылке на наш ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ. Мы подготовили для вас множество интересных, захватывающих материалов посвященных науке.
Ученые планируют уже в ближайшее время развернуть созвездия модульных космических аппаратов, которые будут собирать солнечный свет, а затем передавать по беспроводной сети на большие расстояния. В частности, таким образом можно будет обеспечить электричеством районы, которые в настоящее время не имеют доступа к надежному источнику питания.
Напоследок напомним, что ученые работают и над другими интересными технологиями. Недавно мы рассказывали о том, что группе исследователей удалось добывать энергию из воздуха. Для этого использован тот же принцип, из-за которого в облаках возникают молнии.
Ученые разработали устройство, которое добывает электричество из влажного воздуха
Ученые Массачусетского университета в Амхерсте разработали технологию, которая позволяет добывать электричество из воздуха в прямом смысле этого слова. Разумеется, никакого нарушения закона сохранения энергии в этой технологии нет. В воздухе на самом деле содержится большое количество энергии, поэтому задача состоит лишь в том, чтобы извлечь ее и направить в провода или, к примеру, аккумуляторы. Свое новое открытие, которое именно эту функцию и выполняет, ученые назвали “общим эффектом Air-gen”. Прибор, построенный на этом принципе, уже успешно генерирует электричество и показывает большие перспективы.
Откуда берется электричество в воздухе
В воздухе содержится колоссальное количество энергии. К примеру, парящие над нами облака — это, фактически, целые электростанции. Одно из исследований показало, что напряжение в одном грозовом облаке достигает 2 гигавольт. Но, к сожалению, люди еще не придумали как улавливать энергию молний, чтобы ее можно было использовать. Но что вообще такое облако и откуда в нем берется энергия?
Облака представляют собой пар, который сконденсировался в мелкие капельки воды, находящиеся в атмосфере во взвешенном состоянии. Как мы рассказывали в статье о снежных грозовых бурях, именно влага вызывает молнии. Отсюда следует, что пар в воздухе является источником энергии.
В воздухе содержится колоссальное количество энергии, но люди не умеют ее добывать
Ученые же смогли создавать устройство, которые позволяет непрерывно получать электричество из влажного воздуха. Его можно использовать по назначению, как и электроэнергию от любых других источников энергии.
Как работает искусственное облако
Прежде всего отметим, что идея получения электричества из воздуха уже далеко не новая. Недавно мы рассказывали о том, что ученые смогли добывать электричество при помощи бактерий, а точнее, ферментов бактерий, которые преобразовывают водород в электроэнергию.
Нынешняя же разработка не требует использования бактерий и водорода, так как электричество образуют молекулы воды. Для сбора этой энергии ученые использовали нанопоры (Air-gen). Их можно представить как трубки, диаметр которых составляет менее 100 нанометров. Это примерно одна тысячная диаметра человеческого волоса. Создать такие нанопоры хоть и сложно, но вполне возможно. Причем, по словам ученых, они могут быть выполнены из самого разного материала.
Устройство Air-gen добывает энергию, создаваемую молекулами воды в воздухе
Длина нанопор зависит от расстояния свободного пробега молекул воды в воздухе с повышенной влажностью, то есть расстояния, которое молекула проходит, до того как столкивается с другой молекулой воды. Поры имеют стенки из пленки, выполненной из таких материалов, как целлюлоза, протеин шелка или оксид графена.
Молекулы воды проникают Air-gen и проникают от верхней части к нижней, но при этом сталкиваются с боковыми пленочными стенками. В этот момент они передают заряд материалу, который накапливается. Так как больше молекул скапливаются в верхней части, разные стороны нанопоры накапливают разное количество энергии, то есть возникает дисбаланс.
Именно этот эффект приводит к возникновению молний в облаках. Из-за восходящих потоков, капли воды активнее сталкиваются в верхней части облака, поэтому вверху возникает избыток положительного заряда, а в нижней — избыток отрицательного заряда.
Air-gen генерирует электрический ток в лабораторных условиях
Заряд из Air-gen можно направлять для питания устройств или накапливать в аккумуляторе. Правда, ученые предупреждают, что прибор находится еще на довольно ранней стадии разработки. Сейчас он способен генерировать 260 милливольт энергии. К примеру, чтобы запитать смартфон, необходимо порядка 5 вольт. Однако Air-gen можно масштабировать, и команда знает как это сделать. По их словам, мощность будет увеличиваться по мере увеличения толщины пленок, то есть пленки их можно накладывать друг на друга, о чем ученые сообщают в издании Advanced Materials.
Переходите по ссылке на наш ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ. Мы подготовили для вас множество интересных, захватывающих материалов посвященных науке.
Так как нанопоры могут быть изготовлены из разных материалов, устройства можно адаптировать к разной среде, в которой они будут эксплуатироваться. В настоящее время ученые работают над тестированием Air-gen в разных средах, а также занимаются масштабированием, что позволит сделать устройство более практичным.
Съедобная батарея может изменить мир к лучшему, как минимум сферу медицины
Итальянские ученые совершили новый прорыв в области создания аккумуляторов для хранения энергии — они создали крошечную батарейку, которая полностью состоит из съедобных материалов. Размер нового источника питания равен одному квадратному сантиметру, он может поддерживать работу электроники на протяжении 12 минут и при необходимости перезаряжаться. Если кто-то случайно (или специально!) его проглотит, с ним не произойдет ничего плохого — батарея просто переварится в желудке. Звучит очень круто и высокотехнологично. Но возникает вопрос: зачем нужна такая батарея? Ученые видят в нем большой потенциал, о котором мы сейчас и расскажем.
Новый аккумулятор из еды
О новом виде батареек для питания электроники рассказали авторы издания Science Alert. Созданный итальянскими инженерами прототип сделан из полностью съедобных материалов.
Компоненты съедобной батарейки
В качестве положительного электрода анода они использовали витамин рибофлавин, а отрицательным электродом является пигмент кверцетин. Электролитом для проведения электрического тока служит раствор на водной основе. Сепаратор для разделения компонентов в электролите — это водоросли нори, которые используются при изготовлении суши. Для увеличения электропроводности, инженеры использовали активированный уголь. Внешние контакты для передачи электричества на другое устройство изготовлены из пчелиного воска с пищевым декоративным золотом.
В общем, безопасный для здоровья человека аккумулятор действительно на все 100% сделан из съедобных материалов.
Самая маленькая батарейка в мире
Батарея размером около сантиметра имеет напряжение в 0,65 вольт и обеспечивает электрический ток 48 микроампер на протяжении 12 минут. Она способна выдержать до десяти циклов перезарядки. По словам одного из разработчиков Марио Кайрони, они уже работают над созданием батареи с гораздо большей емкостью и и меньшими габаритами.
Съедобная батарейка питает небольшую лампочку
Справедливости ради стоит отметить, что прототип от итальянских ученых не является самой маленькой батарейкой в мире. По данным издания Gizmochina, таковой можно назвать разработку ученых из Хемницкого технического университета в Германии. В 2022 году они разработали источник питания размером 1 квадратный миллиметр в поперечнике. Это значит, что он не больше крупицы соли. Считается, что батарейка может питать небольшие компьютерные чипы на протяжении десяти часов.
Самая маленькая в мире батарейка похожа на крупицу соли
Возникает вопрос — для чего нужны настолько маленькие элементы питания? По мнению разработчиков, создаваемые ими батарейки в будущем могут пригодиться для производства датчиков слежения за состоянием здоровья человека контроля хранения пищевых продуктов.
Более того, учитывая уровень безопасности этих батареек, их можно было бы использовать в детских игрушках, где высок риск проглатывания, — заключили разработчики.
Для большей ясности можно привести пример. Скорее всего, каждому человеку приходилось идти на гастроскопию (ФГДС) — обследование, в котором врачи обследуют слизистую оболочку пищевода, желудка и двенадцатиперстной кишки при помощи эндоскопа. Это крайне неприятный процесс, при котором в рот человека проталкивают шланг с камерой на одном конце. Возможно, в будущем об этом ужасе можно будет забыть — благодаря съедобной батарее, инженеры смогут создать саморазлагающуюся камеру, которую можно будет просто проглотить.
Крайне неприятная процедура гастроскопии
Также съедобный источник питания можно будет использовать для того, чтобы следить за условиями хранения и сроком годности продуктов. Навскидку можно предположить, что будет создан крошечный датчик, который предупреждает о необходимости поставить продукт в холодильник или о том, что его пора выбрасывать. Звучит как что-то из сферы фантастики, но съедобная батарейка действительно имеет большой потенциал.
Хотите оставаться в курсе научных открытий и новых изобретений? Подпишитесь на наш Дзен-канал и следите за обновлениями!
Наконец, разработчики считают, что их проект — это доказательство того, что батареи можно сделать максимально безопасными для здоровья человека. Например, есть шанс, что в будущем мир откажется от нынешних литий-ионных аккумуляторов и перейдут на что-то более экологичное. Такие экологически чистые аккумуляторы уже разрабатываются — в 2022 году была разработана батарейка из бумаги и воды.
Ученые предлагают производить водород из морской воды
В последнее время водород считается одним из наиболее перспективных источников энергии, так как способен питать не только автомобили, но и целые промышленные отрасли. В то же время при его использовании в окружающую среду не выделяется углекислый газ, который стал причиной глобального потепления климата. Но если водород имеет столько преимуществ, почему бы не перейти на его использование прямо сейчас? На это есть несколько причин. Одна из них заключается в том, что массовое производство этого газа может усугубить проблему нехватки пресной воды, количество которой во многих странах ежегодно сокращается с катастрофической скоростью. Однако ученые предложили другое решение — использовать для производства морскую воду, и даже объяснили как преодолеть имеющиеся технические сложности.
Недостатки водорода в качества источника энергии
Водород нельзя назвать идеальным источником энергии, так как он имеет ряд своих недостатков. К примеру, один килограмм водорода содержит столько же энергии, сколько примерно в 4 литрах бензина. Но при нормальном атмосферном давлении килограмм водорода занимает в сотни раз больше пространства. Для сжижения водорода его необходимо охладить до -253 градусов по Цельсию, либо обеспечивать высокое давление.
Кроме того, следует учитывать, что в настоящее время отсутствуют трубопроводы и распределительные системы, что делает невозможным быстрый переход на водород, как основной источник энергии. Тем не менее водород в настоящее время считается одним из самых перспективных источников энергии для большегрузных транспортных средств, которые невозможно обеспечить электрическими батареями.
К таким транспортным средствам относятся грузовики, корабли и даже самолеты. Более того, транспорт, работающий на водороде, набирает популярность уже сейчас. К примеру, в Китае начали производство водородных пассажирских поездов. А в Великобритании построили водородный самолет еще три года назад.
Другим вероятным рынком сбыта водорода являются такие отрасли, как сталелитейная промышленность, где требуется высокотемпературное сгорание. Кроме того, со временем будут расти и нынешние рынки водорода, к примеру, он необходим для производства аммиачных удобрений. В настоящее время мировое потребление водорода в год составляет 90 миллионов тонн в год.
В чем сложность производства водорода
Постепенный переход на водород позволит уменьшить количество выбросов углекислого газа, что необходимо для борьбы с глобальным потеплением климата. Однако для этого водород должен производиться экологически чистым способом. В настоящее время существует три основных способа производства водорода: зеленый, синий и серый.
В настоящее время только один из трех способов производства водорода является экологичным, но он очень дорогой
Зеленый способ подразумевает электролиз воды — источник питания постоянного тока подключается к двум электродам, которые находятся в воде. В результате на катоде образуется водород, а на аноде — кислород. Синий водород получают путем паровой конверсии метана из природного газа. При таком производстве в атмосферу выбрасывается столько же углекислого газа, сколько и при сжигании природного газа. Серый же водород считается самым грязным источником водородного топлива, так как для его производства используются все остальные ископаемые виды топлива.
Отсюда следует, что единственным оптимальным решением для борьбы с глобальным потеплением климата является производство зеленого водорода. Однако он стоит 5 долларов США за 1 кг, что в два раза дороже, чем серый водород. Поэтому в настоящее время ученые работают над способами удешевления зеленого водорода хотя бы до 1 доллара за 1 кг. Но высокая стоимость является не единственной проблемой.
Электролизеры предназначены для работы только с чистой водой. Увеличение объемов производства зеленого водорода может усугубить глобальную нехватку пресной воды. Для получения 1 кг водорода с помощью электролиза требуется около 10 кг воды. По данным Международного агентства по возобновляемым источникам энергии, для работы грузовиков и ключевых отраслей промышленности на зеленом водороде может потребоваться примерно 25 миллиардов кубометров пресной воды в год, что эквивалентно потреблению воды в стране с населением 62 миллиона человек.
Использование водорода может решить многие проблемы производства водорода
Ученые предлагают использовать соленую воду для производства водорода
Для электролиза водорода применяют электроды из драгоценных металлов. При использовании морской воды, электрический разряд, который генерирует кислород на аноде, превращает ионы хлорида в соленой воде в высококоррозионный газообразный хлор. Этот хлор разъедает электроды и катализаторы в течение нескольких часов.
Ученые из Университета RMIT в Мельбурне, чтобы решить эту проблему, предлагают покрывать электроды отрицательно заряженными соединениями, такими как сульфаты и фосфаты. Они способны отталкивать отрицательно заряженные ионы хлора, и тем самым предотвращать образование газообразного хлора. Как сообщают исследователи в журнале Small, их электроды проработали в течение двух месяцев, генерируя водород из морской воды, при этом не имеют никаких видимых следов повреждения.
Другая команда ученых из Университета Аделаиды внесла изменения в конструкцию электролизера. Их установка расщепляет воду на аноде, а не на катоде. При этом ученые покрыли свои электроды оксидом хрома, который притягивал пузырьки ионов ОН-, которые отталкивали ионы хлора. Как сообщается в исследовании, аппарат проработал с морской водой в течение 100 часов. Об этом команда сообщает в журнале Nature Energy.
Ученые предлагают внести изменения в существующие электролизные установки, что позволит им добывать водород из соленой воды
Инженеры-химики из Нанкинского технологического университета предлагают вообще не “изобретать велосипед”, а использовать третий способ решения проблемы, который лежит на поверхности — устанавливать перед электролизерами мембраны тонкой очистки, и таким образом отфильтровывать воду, прежде чем подавать ее на электроды.
В своем эксперименте ученые окружили электроды мембранами, которые пропускают только пары пресной воды из окружающей ванны с морской водой. По мере того, как электролизер преобразует пресную воду в водород и кислород, он создает давление, которое проталкивает больше молекул воды через мембрану, пополняя запас пресной воды. То есть образуется замкнутый круг, что позволяет не тратить дополнительную энергию на создание высокого давления. Об этом исследователи сообщают в журнале Nature. Установка с мембранным опреснителем, по словам ученых, проработала 3200 часов без признаков повреждений.
Все предложенные способы нуждаются в дополнительных исследованиях, так как они должны быть экономически оправданными и пригодными к масштабированию. Однако уже сейчас понятно, что она из главных проблем производства водорода в большом количестве может быть решена.
Еще больше захватывающих материалов из области науки и высоких технологий вы найдете на нашем ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛЕ. Кликайте прямо сейчас и подписывайтесь, чтобы не потерять.
В процессе переработки нефти в атмосферу выбрасывается большое количество парниковых газов
Несмотря на все усилия, которые предпринимает мировая общественность для того, чтобы перейти на возобновляемые источники энергии, нефть по прежнему остается, можно сказать, “двигателем” цивилизации. Но углеводороды, как известно, наносят большой ущерб экологии и климату. Причем выбросы происходят не только в результате их сжигания, но и в процессе переработки нефти, то есть разделения ее на отдельные компоненты. На этот процесс приходится 1% от общих годовых выбросов парниковых газов. Кроме того, переработка нефти требует огромного количества энергии — около 230 гигаватт. Это сопоставимо с годовым потреблением энергии целого штата в США, такого как Невада. Но, похоже, что ученые нашли более экологичный и энергозатратный способ переработки нефти. Кроме того, он удешевит этот процесс, в результате чего цена на нефтепродукты может снизиться.
Как перерабатывают нефть
Сырая нефть содержит десятки тысяч химических веществ. Поэтому переработка начинается с разделения нефти на отдельные вещества при помощи дистилляции. Жидкость подогревают до 500°C. В результате легкие компоненты испаряются и затем улавливаются. Они входят к примеру, в состав бензина. После дистилляции нефть подвергается дальнейшей обработке.
Несколько лет назад ученые из Лондонского университета королевы Марии, в журнале Science предложили разделать компоненты механическим способом. Для этого они создали специальную мембрану с порами, способными пропускать легкие углероды. Более крупные и тяжелые углеводороды не могут проходить сквозь нее. То есть вместо дистилляции, по мнению химиков, можно использовать метод фильтрации.
Компоненты бензина получают методом дистилляции нефти
Мембраны для переработки нефти
Механическое разделение компонентов не нужен подогрев, соответственно, для этого процесса требуется меньше энергии, к тому же в ходе разделения не происходит выбросов. Однако этот метод имел один серьезный недостаток — легкие углероды проходили слишком медленно. Поэтому ученые стали работать над его совершенствованием.
Чтобы ускорить процесс прохождения углеродов сквозь мембрану, они использовали технологию, которую применяют для промышленного производства мембран, предназначенных для опреснения воды. Она называется межфазной полимеризацией. Ученые надеялись, что ускорить процесс прохождения легких углеродов через поры получится за счет применения более тонких мембран. Однако эксперимент показал, что под воздействием углеводорода мембраны быстро разрушаются.
Тогда было решено изменить полимеры. В итоге получилось сделать мембрану со вспененной структурой, которая получилась устойчивой к агрессивной среде, и при этом сквозь пузырьки (везикулы) легкие углероды проходили в 10 раз быстрее. Но, самое главное, что разработанная учеными технология позволяет создавать мембраны с визикулами любого размера. То есть сквозь них можно пропускать разные углеводороды.
Мембранный метод разделения нефти более экологичный
Преимущества переработки нефти фильтрацией
По словам ученых, мембранный способ разделения нефти позволит сэкономить до 50% энергии, которая уходит только на нагрев нефти. В общей сложности данный способ позволит сэкономить до 75% электроэнергии. Если говорить в денежном эквиваленте, экономия составит 3,5 млрд долларов в год. К слову, это важно не только для нефтеперерабатывающих компаний. О том, как цена на нефть и нефтепродукты влияет на людей, вы можете узнать здесь.
Однако новые мембраны еще не готовы к промышленному использованию. Их нужно увеличить. Ученым удалось создать мембрану размером с лист бумаги А4, но для промышленного использования понадобятся мембраны площадью до сотни квадратных метров. Кроме того, необходимо проверить долговечность данного материала. Для этого потребуются месяцы беспрерывных испытаний.
Обязательно подписывайтесь на ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ, где вас ожидают поистине захватывающие и увлекательные материалы.
Однако, как утверждают эксперты, результаты уже обнадеживают. Это значит, что нефтяные компании гарантированно будут продолжать изучать технологию, которая позволит не только сэкономить деньги, но и уменьшить количество выбросов углерода. Химические компании в этом, безусловно, заинтересованы. Ведь полный переход на возобновляемые источники энергии произойдет еще не скоро.
Правда, некоторые ученые считают, что нефть отчасти можно назвать возобновляемым источником, так как она способна восстанавливаться. Какие этому имеются доказательства, вы можете почитать здесь.
Нынешний энергетический кризис может сильно отразиться на науке в Европе
Нынешний энергетический кризис в Европе может стать самым серьезным, как минимум, за последние 50 лет. Рост цен на энергоносители стал серьезной проблемой не только для рядовых европейцев и промышленности. Уже сейчас от сложившейся ситуации страдают некоторые направления науки. Дело в том, что многие институты эксплуатируют энергоемкие суперкомпьютеры, ускорители, лазерные установки и другое энергоемкое оборудование. Многим из них приходится сокращать количество важных исследований. Причем проблемы возникли еще в январе нынешнего года, то есть до событий в Украине. Если цены на энергоносители продолжат расти этой осенью и зимой, урон, который будет нанесен науке, будет критическим.
Что происходит с наукой в Европе
Впервые наука ощутила на себе все тяготы энергетического кризиса в Чехии, когда энергетический подрядчик в январе нынешнего года сообщил о банкротстве. В результате исследовательским центрам и университетам пришлось покупать энергию по более высоким ценам, что вынудило сократить количество исследований.
К примеру, IT4Innovations, национальный суперкомпьютерный центр, стал использовать суперкомпьютер Karolina на треть мощности. Это привело к тому, что 1500 пользователей не смогли своевременно получить к нему доступ. Разумеется, речь идет не о частных пользователях, а исследователях, которые моделируют климат, работают над созданием новых медицинских препаратов и т.д.
В Чехии мощность суперкомпьютера пришлось снизить на треть
ELI Beamlines, чешский исследовательский центр, на котором размещены мощные лазерные установки, приостановил свою работу на несколько недель. Правда, правительство Чехии взялось обеспечить электричеством оба объекта до 2023 года. Однако их руководство опасается, что в стране будет объявлено чрезвычайное положение, в результате которого ограничат подачу не только электричества, но и газа для обогрева зданий. В результате сотни пользователей не смогут провести свои эксперименты. По сути, работа центров будет остановлена.
Разумеется, подобная ситуация сложилась не только в Чехии. К примеру, крупнейший ускорительный центр Германии DESY оплатил электричество до 2023 года. Но, если правительство Германии введет энергетические ограничения, электричество не будет поставлено в полном объеме.
Правда, это не значит, что работа DESY будет остановлена полностью. Может быть задействовано оборудование с более низким энергопотреблением. Однако два больших линейных ускорителя DESY придется отключить, что нанесет ущерб важным исследованиям.
Ускорительный центр Германии DESY будет отключать два больших линейных ускорителя
Чтобы вы понимали важность этого оборудования, поясним, что производитель вакцин BioNTech использовал рентгеновское оборудование DESY, чтобы выявить структуру вируса SARS-CoV-2. Также благодаря этому оборудованию удалось выяснить как вирус использует спайковый белок чтобы прикрепляться к клеткам человека.
Также оборудование DESY используется для изучения материалов для солнечных панелей. Соответственно, развитие технологий в области возобновляемых источников энергии замедлится как раз в тот момент, когда они крайне необходимы.
Надо сказать, что в некоторых исследовательских центрах и университетах имеется оборудование, которое вообще не рассчитано на полную остановку, поэтому его будет сложно перезапустить. К примеру, такое оборудование имеет физико-технологический отдел ускорителей в Технологическом институте Карлсруэ. Отключение вакуума может привести к повреждению чувствительных систем. Остановка потока воды в системах охлаждения может вызвать коррозию. Кроме того, старая управляющая электроника может после простоя попросту не включиться.
Без электричества может остаться даже ЦЕРН
Как энергетический кризис повлияет на ЦЕРН
ЦЕРН в представлении не нуждается. Это самая крупная в мире лаборатория физики элементарных частиц, которая находится в Швейцарии. Организация закупает энергию у французской сети. В настоящее время CERN заботит не столько цена электричества, сколько вопрос его поставок, которые этой осенью и зимой могут быть существенно сокращены.
Обязательно подписывайтесь на ЯНДЕКС.ДЗЕН КАНАЛ, где вас ожидают поистине захватывающие и увлекательные материалы.
В течение года CERN потребляет порядка 1,3 тераватт-часа энергии, что равно примерно 250 тысяч частных домохозяйств. Для подобной организации это не так много. Однако существует вероятность того, что французские энергетики запретят лаборатории работать в периоды, когда электросеть наименее стабильна. Обычно такое случается утром и вечером.
Вполне возможно, что ЦЕРН придется отказаться от использования небольших ускорителей, чтобы обеспечить работу Большого адронного коллайдера, самого мощного ускорителя в мире.
Энергетический кризис в Европе продлится еще как минимум два года
Когда завершится энергетический кризис
Эксперты называют основной причиной энергетического кризиса восстановление после экономического спада, вызванного пандемией коронавируса. Электрогенераторы не смогли оперативно повысить мощность, чтобы обеспечить возросший спрос на электричество. Кроме того, как мы рассказывали ранее, в Европе давно начали сокращаться объемы добычи собственного газа. Европейские санкции в отношении России и ответные действия усугубили ситуацию.
Цены в Европе на газ в настоящее время более чем в 10 раз превысили средние исторические значения.
По мнению экспертов, цены на энергоносители упадут не ранее, чем через два года. При этом пиковая стоимость будет зависеть от погодных условий этой зимой. Пока неясно, будут ли правительства стран поддерживать исследовательские лаборатории или в приоритете окажутся промышленные предприятия. Однако уже понятно, что развитие технологий в любом случае в ближайшее время замедлится.
Из-за напряженной обстановки в мире, некоторые страны мира перестали получать от России газ. Летом это не доставляет особых проблем кроме, разве что, значительного повышения счетов. Но в зимнее время жителям лишенных российского газа придется очень нелегко — во многих домах попросту может исчезнуть отопление и людям будет холодно. Власти стран пытаются решить эту проблему при помощи возобновляемых источников энергии вроде солнечных панелей и ветрогенераторов. Но вот проблема — солнечные дни бывают не всегда, да и ветра дуют далеко не каждый день. Энергия, которая уже выработана, может храниться в изготовленных из лития аккумуляторах, но они стоят очень дорого и занимают много места. Недавно финская компания Polar Night Energy показала очень дешевую, но весьма эффективную технологию хранения выработанной энергии. Она представляет собой огромную батарею, заполненную грязным строительным песком. Звучит интригующе, не так ли?
Зима в европейских странах может быть тяжелой
Финляндия является одной из самых близких к российской границе европейских стран. Без российского газа жителям страны будет очень тяжело пережить зиму — она длится долго, и особенно суровой становится в декабре. Тем, как в такие периоды будут согреваться жилые дома, обеспокоены как политики, так и простые граждане. Можно было бы спастись «зелеными» источниками энергии вроде солнечных и ветряных станций, но они не могут обеспечивать постоянную выработку энергии из-за не самого солнечного и ветреного климата Финляндии.
Аккумуляторы для хранения выработанной энергии стоят дорого и занимают много места, поэтому компания Polar Night Energy продемонстрировала дешевую и относительно компактную альтернативу, единственную в своем роде. Она построила гигантский контейнер, внутрь которого насыпано 100 тонн песка. Принцип работы «песчаного» аккумулятора до неприличия прост: вырабатываемая солнцем и ветром энергия будет нагревать контейнер с песком, а тот долго хранить это тепло и при необходимости его отдавать.
Аккумулятор Polar Night Energy заполнен строительным песком
По словам представителей компании Polar Night Energy, строительный песок может нагреваться до 500 градусов Цельсия. Нагрев песка происходит довольно долго, но и процесс остывания занимает много времени — считается, что новый аккумулятор сможет хранить тепло по несколько месяцев, чего должно хватить для долгой зимы.
Находящийся в контейнере горячий песок будет нагревать собой воздух в специальной емкости, а этот воздух — кипятить воду, которая подается для отопления домов. Идея звучит здраво и наверняка поможет если не полностью заменить обычный способ отопления жилых домов, то хотя бы немного снизить стоимость отопления за счет комбинированного использования. Единственный минус технологии заключается в том, что такой аккумулятор невозможно использовать для хранения электроэнергии в чистом виде. А обеспечение граждан дешевым электричеством было бы очень приятным бонусом.
К сожалению, разработанный аккумулятор не может хранить электричество в чистом виде
На данный момент «песочный» аккумулятор работает в тестовом режиме — огромный сосуд располагается на территории финского города Канкаанпяа. Конструкция стоит на местной электростанции Ватаянкоски, откуда в близлежащие дома поступает отопление. Стоит отметить, что в аккумуляторе будет накапливаться не все тепло, которую вырабатывают солнечные и ветряные электростанции. Первым делом «зеленая» энергия будет питать электрическую сеть, а в песочную установку будут направляться только излишки выработанной энергии.
Песочный аккумулятор возвышается на несколько метров
По словам директора электростанции Пекка Пасси, данный способ хранения тепла действительно очень простой. Но им очень понравилось быть первыми, кто создал что-то подобное. В какой-то степени это безумный проект, но директор электростанции уверен, что испытания технологии завершатся успехом. Не исключено, что новым и простым методом хранения тепла заинтересуются и другие страны, но все будет зависеть от результатов тестирования. А как считаете вы — насколько хороша эта технология? Своим мнением делитесь в комментариях или нашем Telegram-чате.
Стоит отметить, что энергетический кризис в Европе начал назревать еще осенью 2021 года, когда цены на природный газ и другие энергоресурсы начали резко повышаться. О том, чем грозит самый крупный энергетический кризис за последние 50 лет, вы можете почитать в материале моего коллеги Андрея Жукова. Вот ссылка.
Газовые турбины Siemens после ремонта не могут вернуться в Россию
Недавно мы рассказывали, о том, что мир оказался на грани серьезного энергетического кризиса, который может стать самым мощным за последние полвека. Причем виной тому вовсе не нехватка энергоресурсов, а исключительно политика. Как бы это парадоксально не звучало, но западные страны сами прилагают максимум усилий, чтобы скорее погрузиться в пучину энергетической катастрофы до того, как возобновляемые источники энергии начнут конкурировать с ископаемым топливом. Очередным серьезным вкладом в приближение такого кризиса может стать остановка магистрального газопровода между Россией и Германией, известного как “Северный поток”. Уже сейчас его мощность сократилась более чем в два раза. 15 июня “Газпром” заявил об остановке одной турбины, в результате чего объем перекачки уменьшился более чем на 40%. На следующий день компания была вынуждена остановить вторую из четырех турбин. В результате объем перекачки упал со 167 млн кубометров до 67 миллионов кубометров в день. Но почему турбины не ремонтируют и зачем вообще они нужны?
Как работает магистральный газопровод и для чего нужны турбины Siemens
Многие люди представляют магистральный газопровод как просто трубу большого диаметра, по которой газ доставляется из точки “А” в точку “Б”. С одной стороны, так и есть. Однако одной трубы для перекачки газа недостаточно. Необходимо обеспечить его фильтрацию, определенную температуру и, самое главное, определенное давление в системе. Для этого используют компрессорные станции.
Именно от параметров работы компрессорной станции зависит режим функционирования газовой магистрали, то есть давление, объем перекачки и т.д. Другими словами, компрессорная станция является управляющим элементом в комплексе сооружений, входящих в систему магистрального газопровода.
Основным элементом компрессорной станции служит газоперекачивающий аппарат, который нагнетает природный газ в трубопровод. Приводом газоперекачивающего аппарата является газотурбинная установка. То есть газовая турбина, по сути, представляет собой двигатель, который использует для работы природный газ.
Газовые турбины используются в компрессорной станции для обеспечения давления в магистрали
Почему именно газотурбины применяются в качестве приводов для газоперекачивающего аппарата? Для них не требуются дополнительные виды топлива. Кроме того, они отличаются практичностью и эффективностью. Однако технологии производства газотурбин высокой мощности в России были утрачены за последние 30 лет.
Siemens же — один из мировых лидеров по производству газотурбин. Причем газовые турбины, которые используются на магистрали Северный поток, созданы на заводе в Канаде. Как сообщается, это конвертированные, так называемые авиационные газовые турбины, которые отличаются достаточно высоким КПД.
Почему газопровод “Северный поток” оказался на грани остановки
Газовые турбины, как и любое другое оборудование, имеет свой ресурс, поэтому со временем они выходят из строя, что мы сейчас и наблюдаем на компрессорной станции. Ведь это оборудование эксплуатируется уже более десяти лет, что подтверждает компания “Газпром”. По словам ее представителей нынешняя остановка турбин связана с невозможностью их безопасной эксплуатации. Для того, чтобы трубопровод оставался в рабочем состоянии, необходимо регулярно проводить капитальный ремонт оборудования.
Газовые турбины Сименс эксплуатировались более десяти лет
Обслуживанием турбин занимается компания-изготовитель, то есть завод Siemens в Канаде. Поэтому одна из турбин, которая отслужила свой ресурс, была отправлена в Канаду. Но после ремонта ее попросту не возвращают. Как сообщает издание Berliner Zeitung, со ссылкой на представителей компании, Siemens не может вернуть турбины “Газпрому” в связи с санкциями, которые Канада ввела против России.
“В настоящее время Siemens Energy не может поставлять отремонтированные газовые турбины заказчику, то есть “Газпрому”. На этом фоне мы проинформировали правительства Канады и Германии и работаем над жизнеспособным решением», — сказала пресс-секретарь Siemens.
Санкционный список против РФ был расширен Канадой в начале июня. Ограничения касались 28 видов деятельности, в том числе нефтегазовых компаний. Судьба второй турбины так же под вопросом. Как сообщает агентство Блумберг, она тоже нуждается в техническом обслуживании, но не может быть отправлена за границу.
Наверняка у многих возникает вопрос, зачем газовые турбины компания Сименс отправляет в Канаду? Как сообщает пресс-секретарь, ремонтом этого оборудования может заниматься только завод в Монреале. Больше его, по техническим причинам, ни кто отремонтировать не может.
Газопровод «Северный поток» может остановиться из-за отсутствия турбин
“Северный поток” остановится?
Как пишет Блумберг, немецкая энергетическая компания Uniper SE уже получила на 25% меньше газа, чем должна была согласно договору. Очевидно, в ближайшее время ситуация только усугубится, так как объем перекачки газа в Германию сократился еще больше.
Как сообщает постпред России при ЕС Владимир Чижов, если проблема с ремонтом турбин для “Северного потока” не будет решена, это приведет к полной остановке проекта, что наверняка обернется катастрофой для Германии. Кроме того, уменьшение поставок газа ударит и по другим некоторым странам странам. К примеру, Италия рискует остаться без 15% потребляемого ею газа, о чем сообщает энергетическая компания Eni.
Обязательно подпишитесь на наш Яндекс.Дзен канал. Здесь только интересная информация.
Надо сказать, что рынок уже отреагировал на сложившуюся ситуацию вокруг “Северного потока”, в результате чего природный газ подорожал еще на четверть. Это в свою очередь приводит к закрытию многих заводов, о чем сообщает The Wall Street Journal. Производители попросту теряют возможность конкурировать на мировом рынке. Кроме того, подобная ситуация приближает продовольственный кризис, о котором мы рассказывали ранее.
Энергетический кризис в Европе начал назревать еще осенью 2021 года, когда стали резко повышаться цены на природный газ и другие энергоресурсы. Вызвано это было сокращением поставок газа из Норвегии, России и США. В то же время стали сокращаться объемы добычи местного газа, о чем мы уже рассказывали ранее. В 2022 году ситуация ухудшилась, более того, по оценкам экспертов, ситуация будет усугубляться и дальше. В результате нынешний кризис может стать самым серьезным за последние 50 лет. То есть ситуация будет хуже, чем в 70-х и 80-х годах прошлого столетия. К такому выводу пришел Президент Ассоциации нефти и газа США Тим Стюарт. Но чем для мира обернется кризис и к чему нам готовиться? Попробуем далее разобраться в этом вопросе.
Энергетический кризис и санкции против РФ
В настоящее время в мире уже возник нефтяной кризис, газовый кризис, а также кризис электроэнергии. Казалось бы, летом ситуация могла бы улучшиться, ведь это пора, когда у стран есть время, чтобы накопить энергоресурсы и подготовиться к отопительному сезону. Однако по словам главы международного энергетического агентства Фатиха Бироля, жаркое лето, наоборот, может усугубить энергетический кризис.
Это связано с тем, что большое количество энергии будет уходить на кондиционирование. Одновременно с этим в Европе может возникнуть нехватка бензина, керосина и дизтоплива. Но, разумеется, причина кризиса не только в кондиционировании. Страны ЕС уже одобрили очередной пакет санкций против РФ, который включает в себя эмбарго на две трети российской нефти. Для России это грозит потерей $22 млрд, а для Европы — еще большими проблемами с энергоресурсами.
Эмбарго на российскую нефть усугубит ситуацию на рынке энергоресурсов
Шестой пакет санкций предполагает, что через полгода после его вступления в ограниченную силу начнет действовать запрет на поставки нефти по морю в страны альянса. А спустя восемь месяцев также вступит в силу запрет на поставки нефтепродуктов. Правда, ограничения не касаются поставок по нефтепроводу “Дружба”.
Кроме того, усугубляет ситуацию самосанкционирование трейдеров. То есть они не имеют официального запрета на покупку нефти из России от запада, однако уменьшают объемы закупок, опасаясь общественного давления.
МЭА предполагает, что общий объем поставок нефти из России уменьшится до 9,6 млн б/с. Такой низкий уровень в последний раз наблюдался в 2004 году. Фатих Бироль, как и Тим Стюарт, предполагает, что нынешний нефтяной кризис станет крупнейшим за 50 лет, причем продержится они дольше, чем кризисы 70-х и 80-х годов.
Уже сейчас цены на бензин и дизтопливо максимально высокие, при этом их запасы на самом низком уровне. Но не все эксперты согласны с тем, что энергетический кризис, который коснулся всех энергоресурсов, усугубится уже этим летом. По мнению некоторых аналитиков, если дефицит топлива и возникнет, то он будет не сильно масштабным. Действительно серьезный кризис возникнет только через полгода, то есть ближе к концу года.
Одна из причин энергетического кризиса — переход на возобновляемые источники энергии
Другие причины энергетического кризиса
Толчком к возникновению энергетического кризиса стала попытка перехода стран на возобновляемую энергетику. Как известно, в ее основе лежат достаточно неустойчивые источники, такие как ветер и солнце. Как выяснилось, мир еще не готов полностью отказаться от традиционных источников энергии. Кроме того, свою роль сыграли и климатические факторы. К примеру, в Латинской Америке энергетический кризис возник на фоне сильной засухи, которая отразилась на работе ГЭС.
Сложная ситуация сложилась и в Китае, где из-за наводнений оказались затопленными не менее 60 угледобывающих шахт. Кроме того, борьба с выбросами и ужесточение экологических требований привели к закрытию множество угледобывающих компаний. Египет столкнулся с нехваткой газа по другой причине — в результате боевых действий были повреждены участки транзитного газопровода, который проходит через Сирию.
Такие страны, как Арабские Эмираты, могли бы компенсировать нехватку нефти за счет увеличения объемов добычи
Как предотвратить энергетический кризис
Существует несколько факторов, которые позволят избежать кризис или, по крайней мере, минимизировать его последствия. К примеру, ситуация на рынке энергоресурсов может улучшится, если удастся заключить ядерную сделку с Ираном и, соответственно, увеличить поставки нефти. Также положительно скажется на ситуации, если Китай уменьшит объемы закупки по причине ослабления экономики.
Частично компенсировать нехватку нефти и нефтепродуктов смогут арабские страны ОПЕК+, если смогут увеличить объемы добычи. Однако полагаться на все эти факторы пока не стоит.
Последствия энергетического кризиса для мира
Рост цен на энергоресурсы и дефицит топлива отразится на всех странах, и особенно тех, которые не обладают необходимыми запасами. В первую очередь подорожает отопление и электроэнергия. Следом за ними начнется рост цен на все товары. Собственно говоря, во многих странах этот процесс уже начался.
Особенно сильно подорожание может коснуться продуктов питания — мяса, зерна, а также овощей и фруктов. Фермеры уже сейчас отмечают рост цен на удобрения. Надо сказать, что продовольственный кризис в мире намечается и без энергетического кризиса. А последний его только усугубит. Уже сейчас мир оказался на грани дефицита хлеба.
Мир может захлестнуть безработица и голод
Также от энергетического кризиса сильно пострадает металлургия, производство стройматериалов и машиностроение. Кроме того, он отразится и на других отраслях, таких как производство бытовой техники, электроники, автомобилестроение и т.д. Традиционно катастрофическая ситуация сложится в наиболее бедных странах, которых наверняка коснется голод. Но и богатые страны захлестнет безработица, инфляция и дефицит некоторых продуктов.
Генеральный директор NZT Rusfond Игорь Шимко считает, что энергетический кризис обязательно повлечет за собой стагфляцию. Это ситуация, которая возникает в результате инфляции и депрессивному состоянию экономики. Она приводит к тому, что потребители не смогут покупать товары и услуги в необходимых для них объемах. Как долго продлится такая ситуация? Точно ответить на этот вопрос пока не может никто, но выводы экспертов не утешительные. Кризис по их мнению будет длительным.
Развитые страны возвращаются к ТЭС и печному отоплению?
Все больше стран заговорили о возвращении к угольной генерации. В числе первых Великобритания, которая в серьез обсуждает запуск ТЭС. Даже Австралия запланировала ввод в эксплуатацию закрытых ранее угольных электростанций. Об этом заявил министр ресурсов страны Мадлейн Кинг. По его словам, именно закрытие угольных электростанций в 2020 году стало основной причиной возникновения энергетического кризиса в стране.
По его заявлению, операторы должны вернуть в строй электростанции как можно быстрее, чтобы Австралия получила дополнительно 30% энергетических мощностей и смогла пережить зиму. Очевидно, многие страны последуют этому примеру. Кроме того, богатые лесами европейские страны рассчитывают на печное отопление дровами, которое поможет пережить следующую зиму.
Отопление дровами этой зимой — реальная перспектива для некоторых европейских стран
К примеру, правительство Польши предложило гражданам бесплатно собирать ветки в государственных лесах для отопления домов. Такая же возможность имеется у жителей Эстонии, правд,а сбор веток здесь пока еще платный. Также ожидается, что использование дров для отопления будет популярным в Финляндии и Швеции. К примеру, в Финляндии в домах обычно имеются камины, которые и ранее ежедневно использовались гражданами в холодное время года.
ВНИМАНИЕ! Не забудьте подписаться на наш Пульс Mail.ru, где вы найдете больше увлекательных исследований и других интересных материалов.
Однако позволить себе такую роскошь, как отопление жилья дровами, могут далеко не все европейские страны, так как не все располагают лесами. Кроме того, за последние несколько лет цена на дрова увеличилась в несколько раз. Поэтому заготовка дров на зиму для европейцев, которые менее обеспечены, может оказаться непосильной задачей.
Но, в любом случае, как мы видим, борьба с глобальным потеплением климата отошла на второй план. Энергетический кризис в настоящее время воспринимается как более реальная и серьезная угрозу. А значит температура будет повышаться на планете и дальше, что впоследствии обязательно приведет к экологическим, климатическим, экономическим, продовольственным и прочим проблемам.
