Вы
готовы завтра пересесть на водородные автомобили? Скажите: "Охотно.
Только найдите, наконец-то, рентабельный способ производства водорода".
Хорошо, вот очередной проект. Простой до гениальности. И более того,
может даже и работоспособный. Самый
очевидный способ разложения воды – электролиз. Когда люди спорят
о водородной энергетике, они, как правило, начинают выяснять: появились
ли уже солнечные батареи, способные за время своей службы оправдать
полученной энергией вложенные в их производство деньги? Впрочем,
оказывается, можно и не беспокоиться о подобных вещах. Например,
исследователь Ричард Дайвер (Richard Diver) из американской
национальной лаборатории Сандия (Sandia National Laboratories) полагает, что нужно сделать шаг в сторону. Зачем,
мол, эти многоступенчатые преобразования энергии? Вот было бы здорово,
если б солнечный свет попадал в некую маленькую камеру, с одного конца
которой входил бы поток воды, а из противоположного патрубка –
выходил поток водорода. Искомого результата удалось добиться, соединив химию с механикой. Получился
"Ресивер-реактор-рекуператор с кольцами противоположного вращения"
(Counter Rotating Ring Receiver Reactor Recuperator). Язык сломаешь.
Хорошо, что автор изобретения придумал сокращёние: CR5. Базовая идея была такова. Возьмём ферритовый материал, содержащий кроме оксидов железа ещё и оксиды кобальта, магния и никеля. Если
этот материал восстановить, то он сможет отбирать у воды кислород (при
определённых условиях, типа температуры и без доступа воздуха извне в
камеру реакции). После того, как
наш активный материал прореагировал с водой, он становится пассивным. И
его остаётся либо выбросить, либо как-то восстановить. А
для восстановления прекрасно подойдёт сильный нагрев в закрытой камере.
Скажем, при помощи концентрированного солнечного зайчика. В
CR5 из такого активного материала выполнены тонкие кольца, сложенные
вместе пакетом. Кольца эти вращаются внутри корпуса, разделённого на
две зоны. В первую из них подаётся
водяной пар. Там он вступает в химическую реакцию с материалом колец.
Кислород присоединяется к металлам, а водород откачивается в баллоны. После
того, как кольцо сделает поворот на 180 градусов, его прореагировавшая
поверхность оказывается во второй камере. Здесь на неё обрушиваются
солнечные лучи от огромного зеркала-концентратора. Нагрев
восстанавливает ферритовый композит, освобождённый кислород
улетучивается прочь. Одна из
изюминок CR5 – простая система рекуперации энергии Солнца,
повышающая КПД всей системы. Чётные и нечётные кольца в этом пакете
вращаются в разные стороны. Таким
образом, горячие (обращённые к свету) половинки колец, пока
поворачиваются во вторую камеру, встречают на пути более прохладные
половинки, отдавая им часть своей энергии. А те, напротив, остужают их. Оставалось
только построить такую машинку, приспособив для непрерывного и
равномерного вращения колец маленький электромоторчик. И вот он –
новый метод разложения воды. Но на пути воплощения идеи встала проблема
недолговечности активного материала. Обычный ферритовый сплав с добавками быстро превращался в шлак и больше не хотел работать. Да ещё форму не держал. Вместе
со своим сотрудником Джимом Миллером (Jim Miller) Дайвер проверил кучу
материалов – кандидатов на роль тех самых колец. Наконец, они
выяснили: сочетая на микроскопическом уровне ферритовую смесь с
двуокисью циркония, можно сделать композит, отвечающий всем запросам. С
чёрной поверхностью, поглощающей свет. Очень эффективно отбирающий
кислород у воды и хорошо восстанавливающийся при попадании в солнечный
"суперзайчик". И держащий свою форму при сильном нагреве. Нужные
структуры из ферритовой смеси и двуокиси циркония удалось получить,
используя роботизированное литьё (robocasting) — метод,
развитый и усовершенствованный другими членами команды Дайвера. При
этом способе под управлением компьютера материалы вытекают как зубная
паста из тюбика и размещаются на подложке тонкими последовательными
слоями. Ближайший
шаг исследователей: проверить идею на практике, воспользовавшись в
качестве концентратора света солнечной печью в национальной
солнечно-термической лаборатории (National Solar Thermal Test Facility), управляемой Sandia Lab. "Нет
никакой гарантии успеха. Но это — дух лаборатории. Здесь нам
позволяют рисковать. Я благодарен за эту возможность", —
заявил Ричард.
Материал предоставлен интернет-журналом MEMBRANA (www.membrana.ru)
|