Человечество стоит на пороге четвёртого энергетического перехода. Ученые Южного федерального университета получили материал с уникальными свойствами, который генерирует энергию в десять тысяч раз эффективнее существующих аналогов. Речь идёт о пьезокерамике. Совсем скоро мобильный телефон можно зарядить от устройства размером со спичечный коробок без розетки, так как такой чудо-коробок умеет превращать в ток шаги человека. И это самое простое применение нового материала.
О пьезоэлектриках в мире химиков и физиков давно говорят как о чудо-материале.
Было известно, что, если сдавить кристалл кварца, в нем появляются электрические заряды, значит, то есть – ток. Таким образом, совсем не обязательно крутить турбину, жечь уголь или расщеплять атом, чтобы получить электричество. Подобными свойствами обладает не только кварц.
В Ростове получают пьезоэлементы искусственно — спекают их в специальных печках и изучают результат. И занимаются этим уже 60 лет, да и во всем мире пьезоэлектрикам уделяли и уделяют огромное внимание. Однако, при столь удивительных характеристиках внедрить их на практике получилось не сразу. Либо слишком дорогими получались устройства, в которых применялись эти вещества, либо их эффективность оставляла желать лучшего.
И вот прорыв — в ЮФУ «испекли» пьезокерамику, которая превращает механическую энергию в электричество в 10 тысяч раз эффективнее аналогов.
— Мы не исключаем современные методы добычи и получения энергии, мы даем совершенно новые возможности, — говорит сотрудник Южного федерального университета Вячеслав Брайцев.
— Наши элементы еще и на 1000 процентов долговечнее, чем их предшественники. Секрет — в особых составляющих и в режиме спекания, точность которого достигает сотых долей градуса. Причем, нашей керамике необходимо лишь небольшое давление, тогда как для других нужны тонны.
Пожалуй, каждый современный человек попадал в ситуацию, когда на экране девайса возникало сообщение: «низкий заряд батареи, выключение через 10 минут», а розетки рядом не было!
Решение этой мелкой, но очень неприятной проблемы уже есть, — утверждает Вячеслав Брайцев.
— Представьте устройство размером чуть больше спичечного коробка, находящееся под рукой — в кармане, сумке. За день вы, минимум, ходите 30 минут, это около 1800 шагов, то есть производите именно столько колебаний. Этого достаточно для зарядки, и вы не будете привязаны к розетке.
Это самый элементарный вариант использования технологии, который возможен уже сегодня. Перспективы у изобретения безграничны. Везде, где есть вибрация, а она повсюду, ростовская пьезокерамика способна дать огромный эффект.
Уложив ее под взлетно-посадочную полосу в аэропорту, можно будет получать достаточно много энергии. Надо только научиться распределять давление, но это не такая уж сложная задача.
Свое применение ростовские пьезоэлементы должны найти в машинах, где работают двигатели, в супермаркетах, где большой поток людей. Можно зарыть такой кирпичик в землю и снимать с него ток для освещения дома. Даже море, которое у большинства ассоциируется только с прекрасным отдыхом, наши ученые собираются поставить на службу энергетике — ток будут вырабатывать волны, ведь это тоже не что иное, как колебания.
Скоро в Ростовской области станут производить эту пьезокерамику. Предполагается, что Таганрогский «Прибой» будет производить около 450 тысяч изделий из пьезокерамики в год.
Такая продукция применяется в медицине, атомной энергетике, судостроении, кораблестроении, автомобилестроении, авиации, оборонной отрасли и имеет высокий спрос в России.
Ещё ростовские учёные разрабатывают инновационное оборудования для высокотемпературного парообразования.
Научный коллектив Донского государственного технического университета (ДГТУ) и резиденты Фонда развития инновационного центра «Сколково» разрабатывают парогенератор нового поколения, который способен производить от 100 до 1500 кг пара в час. Уникальность такого оборудования заключается в том, что оно производит пар посредством самого эффективного метода преобразования энергии — индукции.
Авторы разработки — руководитель ресурсного центра коллективного пользования «Энерготех» ДГТУ и резидент «Сколково» Владимир Шипилов, д.т.н, профессор кафедры «Гидравлика, гидропневматика и тепловые процессы» Валентин Сидоренко и резидент «Сколково», генеральный директор ООО «В-Плазма» Айрат Фазлыев.
В разработке ученых процесс парообразования происходит с помощью сочетания воды, тока и нового магнитодинамического плазменного разряда — низкотемпературной плазмы, который позволяет преобразовать энергию из одного вида в другой с максимально возможным КПД. Это экономичнее и выгоднее для потребителя.
Разработчики совместили тепловое воздействие на нагреваемое вещество с воздействием магнитного поля. Магнитное поле не передает активной энергии, но под его влиянием атомы вещества возбуждаются, что облегчает передачу активной энергии от теплового источника в нагреваемую среду, соответственно обеспечивается высокий КПД передачи тепловой энергии.
Уникальные индукционные парогенераторы считаются надежными. Они потребляют меньше электроэнергии. Для производства одного килограмма пара хватает всего 200-300 Вт/кг. При такой же производительности используемое сегодня в производственных процессах электродное и тэновое оборудование потребляет 650-750 Вт/кг.
Парогенераторы могут применяться везде, где необходим пар и равномерный прогрев. В различных сферах промышленности: нефтяной, энергетической, фармацевтической, легкой, а также в ЖКХ, сельском хозяйстве и строительной отрасли.
Так, в ЮФУ разработали компонент инновационной системы контроля ядерного реактора.
Центр перспективных исследований и разработок Южного федерального университета совместно с МГУ им. М.В. Ломоносова и Акустическим институтом им. Академика Н.Н. Андреева участвует в создании акустической системы контроля и безопасности реакторной установки БРЕСТ-ОД-300.
Как сообщает пресс-служба ЮФУ, ростовские ученые разработали и изготовили для нее комплект ультразвуковых преобразователей, которые будут участвовать в ультразвуковой визуализации конструктивных элементов ядерного реактора. В преобразователях использованы высокотемпературные пьезокерамические материалы, созданные учеными Ростова. Они сохраняют работоспособность в жидком свинце при температуре 500 градусов Цельсия и в экстремальных условиях радиации.
БРЕСТ-ОД-300 — российский проект реакторов на быстрых нейтронах со свинцовым теплоносителем, двухконтурной схемой отвода тепла к турбине и закритическими параметрами пара. Проект реализуется через строительство опытно-демонстрационного энергокомплекса АЭС и входит как составляющая в проект «Прорыв» госкорпорации «Росатом», направленный на достижение нового качества ядерной энергетики.
По мнению ученых, БРЕСТ-ОД-300 исключит на АЭС аварии, требующие эвакуации, а тем более переселения местных жителей и установит замкнутый ядерный цикл до полного использования энергетического потенциала уранового сырья (после переработки отходы для захоронения будут иметь такой же уровень радиоактивности, что и природные месторождения урана).
Как рассказал доктор физико-математических наук Андрей Рыбянец, проект БРЕСТ основан на концепции «естественной безопасности» — обеспечение ядерной и радиационной безопасности за счет последовательного отказа от любых технических решений, потенциально опасных проектными и запроектными авариями, и использования природных законов и свойств материалов.
Подбор материала — Шумская В.В.
