Ученые разработали недорогой и чрезвычайно эффективный материал для улавливания углекислого газа. Его можно будет использовать для создания фильтров, а в перспективе — и получать из собранного газа полезный продукт. Результаты исследования опубликованы в журнале ACS Applied Materials & Interfaces, передает РИА Новости.
Тема улавливания углекислого газа из промышленных выбросов в условиях жестких экологических норм, принятых в большинстве развитых стран, становится все более актуальной. К сожалению, большинство предлагаемых технологических решений обладают либо низкой эффективностью, либо высокой стоимостью.
Шведские ученые из Технического университета Чалмерса и Стокгольмского университета разработали новый материал, обладающий целым рядом преимуществ: он экологически чистый, устойчивый, имеет высокую скорость селективного захвата диоксида углерода и низкую себестоимость.
Новый материал представляет собой гибридную пену на биологической основе, наполненную большим количеством гранул цеолитов — природных минералов из группы алюмосиликатов, обладающих высокой пористостью и способных адсорбировать СО2.
Цеолиты давно применяются в высокотехнологичных минеральных фильтрах, в которых они обычно присутствуют в виде крупных кусков, что не позволяет максимально использовать их полезную поверхность. Проблема использования в фильтрующих элементах мелких частиц цеолитов — цеолитных порошков — заключается в том, что их нужно предварительно поместить в какую-то основу, матрицу. При этом материал матрицы должен быть достаточно прочным и не должен запечатывать микропоры минералов.
Шведские ученые нашли такой материал. Частицы цеолитов они поместили в пенистую суспензию из желатина и целлюлозы, обладающую после застывания высокой механической прочностью, и получили долговечный, устойчивый к температурному и химическому воздействию чрезвычайно легкий материал, пригодный для многократного использования. Микропоры цеолитов в целлюлозной пене остаются открытыми.
В качестве материала для основы ранее предлагались органические соединения группы аминов. Но, дело в том, что амины вредны для окружающей среды, эти вещества вызывают коррозию в трубах и резервуарах. Кроме того, требуется много энергии для отделения захваченного диоксида углерода от раствора амина для повторного использования. Материал, представленный сейчас, позволяет избежать всех этих проблем. К тому же он чрезвычайно эффективный за счет высокой доли самих цеолитов в материале.
"Что нас больше всего удивило, так это то, что мы смогли настолько плотно заполнить пену цеолитами. Когда они достигли 90 процентов материала по весу, мы поняли, что достигли чего-то исключительного", — приводятся в пресс-релизе университета Чалмерса слова одного из авторов исследования Уолтера Росаса (Walter Rosas).
Ионная жидкость помогла сделать губку надежным фильтром наноразмерных частиц
Ионная жидкость помогла сделать губку надежным фильтром наноразмерных частиц. Разработка ученых из Сычуаньского университета опубликована в журнале Nature Communications.
Фильтры для наноразмерных частиц — от десяти микрон и меньше — используются для фильтрации выбросов, которые возникают в результате сжигания топлива и ряда других производственных процессов. Частицы такого размера, согласно исследованиям, могут проникать не только через биологические барьеры, но и в мозг человека, являясь при этом опасными канцерогенами.
Исследователи предложили новый метод изготовления фильтров наноразмерных частиц — по их словам, получившийся с его помощью материал компактнее и дешевле аналогов. В отличие от обычных фильтров, где вредные вещества оседают в порах, созданный исследователями фильтр использует электростатические силы — они притягивают к себе микроскопические частицы, не давая им просочиться через барьер.
Для этого ученые использовали ионную жидкость из нескольких ацетатов метилимидазола, смешанную с различными полимерами. Затем исследователи пропустили через фильтр электрический ток.
Испытания фильтра показали, что он способен удалять до 99,7% частиц размером с микрон и меньше. При этом разработка сохраняет свою эффективность даже в случае, когда скорость прохождения через нее воздуха возрастает на порядок.
Ранее ученые из Нидерландского университета морских исследований выяснили, что морские губки могут удалять до 94% вирусов из воды. Исследователи помещали в воду разные типы вирусов, но эффективность губок при этом не снижалась.
Практичный робот TrashBot отсортирует мусор для переработки
Стартап из Сан-Франциско CleanRobotics разработал роботизированный мусорный бак TrashBot, предназначенный для сортировки отходов.
По словам соучредителя и генерального директора CleanRobotics Чарльза Ихепа, идея создания робота-сортировщика возникла после того, как он увидел, насколько плохо посетители многих кафе, баров и столовых самообслуживания ориентируются среди множества мусорных баков, предназначенных для разных видов использованной посуды.
По его мнению, лучший вариант в данной ситуации – недорогой (в пределах 1200 долларов) робот-сортировщик, которому вполне по силам выполнять эту несложную функцию.
После того, как использованная вещь оказывается в мусорном баке, камера и датчики отправляют информацию о ней в ПО, которое классифицирует каждый предмет и затем отсортировывает в его соответствующий внутренний бункер. Через пять секунд робот-сортировщик вновь готов к приему очередной партии мусора. По мере изменения правил утилизации функции машин могут обновляться, а также перестраиваться в зависимости от предпочтений центров переработки.
Первые роботизированные бункеры, предназначенные для железнодорожных вокзалов и аэропортов, будут установлены в небольших кафе и офисах в Сан-Франциско. В настоящее время компания изыскивает средства для расширения и изучения новых бизнес-моделей, что позволит устанавливать бункеры и в других локациях
Фильтр из аэрогеля бесплатно и быстро очистит любые объемы воды
Аспирант Шаобо Хан из Университета Линчепинга (Швеция) сконструировал новый фильтр для очистки грязной или просто соленой воды, который не требует затрат энергии для работы. Он использует тепло солнечных лучей и в пассивном режиме постоянно испаряет жидкость, разделяя ее в процессе на чистый пар и примеси. Принцип старый, но в этом фильтре он реализован при помощи необычного материала – термического аэрогеля.
Хан взял за основу целлюлозу, как распространенный и крайне дешевый материал. Ее превратили в аэрогель и нанесли с одной стороны покрытие из органического полимера PEDOT:PSS. Он известен тем, что чрезвычайно эффективно поглощает солнечное излучение, особенно в инфракрасном, тепловом спектре. Как следствие – покрытие быстро разогревается.
Для лучшей плавучести аэрогель поместили на основание из пористого материала, через который может просачиваться вода. Она поднимается по порам и достигает аэрогеля, где нагревается и испаряется. Процесс далеко не мгновенный, однако он протекает в 4-5 раза быстрее, чем естественное испарение воды под воздействием Солнца. Получившийся пар оседает на специальной пластине, затем конденсат по желобу стекает в емкость для сбора.
Такой фильтр может работать бесконечно, пока светит Солнце, что делает его зависимым только от погоды. Правда, сам аэрогель нужно периодически очищать от накопившихся примесей. Но при регулярной очистке срок его службы фактически не ограничен, и такая технология поможет пассивно очищать огромные объемы загрязненной воды.
Шаобо Хан
Дорожное покрытие из переработанных шин может спасти миллионы жизней
Можно ли сделать дорожное покрытие более безопасным для пешеходов? Это далеко не праздный вопрос. По данным ВОЗ, падения и связанные с ними травмы являются второй по количеству случаев в мире причиной смерти при ДТП. При этом большинство из них приходится на людей старше 65 лет.
Большая команда исследователей из нескольких десятков университетов разработала концепцию безопасного дорожного покрытия в рамках проекта SAFERUP. Это аббревиатура от Sustainable, Accessible, Safe, Resilient, and Smart Urban Pavements, что в переводе означает «устойчивые, доступные, безопасные, долговечные и умные городские тротуары».
Чтобы сделать дорожное покрытие мягче, исследователи добавили к традиционной смеси камней и гудрона крошку от измельченных автомобильных шин в соотношении 40:60 %. Поскольку гудрон – это чрезвычайно вязкая жидкость, он хорошо связывается с резиновой крошкой из автомобильных шин.
Концепция SAFERUP очень напоминает напольные покрытия для игровых детских площадок, где также используется резиновая крошка. Исследования показали, что новое дорожное покрытие не только предохраняет от травм, но и вопреки опасениям многих, абсолютно экологически безопасно.
Ближайшая цель SAFERUP – подготовка специалистов, занимающихся строительством дорог нового поколения. Ученые убеждены, что в городах будущего появятся безопасные тротуары, оснащенные специальными датчиками и другими решениями, которые будут фиксировать падения людей и различные ДТП
Впереди планеты всей: открытие российских ученых даст толчок развитию "зеленой" энергетики
Российские ученые создали дешевый и эффективный материал, позволяющий получать водород из воды и воздуха.
Сотрудники Балтийского федерального университета имени Канта (Калининград) совместно с коллегами из Национального исследовательского ядерного университета "МИФИ" (Москва) предложили новый и значительно более дешевый материал для создания катализаторов, позволяющих получать водород из воды. Результаты работы опубликованы в авторитетном международном научном журнале Nanomaterials.
В декабре 2019 года приступил к работе новый состав Еврокомиссии, "зеленая повестка" для которого находится в приоритете. "Повестка" подразумевает под собой декарбонизацию – полный отказ от углеводородов и переход на возобновляемые источники энергии.
Россия как один из главных поставщиков голубого топлива тоже ищет альтернативные варианты. В частности им может стать водород. По мнению авторов разработки, открытие поспособствует развитию водородной энергетики.
Водород – один из самых перспективных альтернативных источников энергии, который можно добывать из воды и воздуха, что полностью соответствует "зеленому" курсу многих стран, в особенности стран-членов Евросоюза.
Чтобы получить водород из воды путем химического процесса, необходим катализатор. Его можно создать из платины или молибдена. Однако ввиду дороговизны материала энергия на выходе получается недешевой.
"Мы предложили в качестве материала для катализаторов сульфид молибдена. Он эффективней просто молибдена и значительно дешевле, поскольку общее содержание дорогого металла в катализаторах сокращается, а серы в природе много, и она очень дешева", – сообщил директор научно-образовательного центра "Функциональные наноматериалы" БФУ Александр Гойхман.
Авторы разработки предложили оптимальный способ использования этого материала. По словам Гойхмана, для производительности водородного двигателя важную роль играет не только состав катализатора, но и его форма.
"Мы предлагаем использовать тонкие пленки сульфида молибдена, нанесенные на поверхность стеклоуглерода. В этом случае расход материала получится минимальным, а площадь поверхности катализатора – такой же, как если бы он полностью изготовлялся из сульфида молибдена", – добавил он.
Кроме того, один из главных российских газовых проектов "Северный поток–2" будет на 80% совместим с водородом. Об этом ранее в интервью Baltnews заявлял внештатный профессор Университета Восточной Финляндии, член правления консалтинговой компании по энергетическим вопросам Balesene OÜ Андрей Белый.
"Даже представители "Газпрома" в Брюсселе заявляют, что готовы экспортировать водород, а "Северный поток–2" будет на 80% совместим с водородом", – отметил эксперт.
Поэтому не исключено, что водород, полученный предложенным российскими учеными способом, может однажды пойти по "Северному потоку–2".
Запатентован способ энергоснабжения Земли из космоса
Московский радиотехнический институт Российской академии наук получил патент на систему передачи энергии с орбитальной солнечной электростанции на Землю.
Об этом сообщает РИА Новости со ссылкой на сайт Федеральной службы по интеллектуальной собственности.
По мысли авторов, космическая солнечная электростанция должны находиться на высоте от 300 до 1000 километров и при пролете над наземным приемным пунктом передавать накопленную в аккумуляторах электростанции энергию с помощью микроволн.
В российском патенте указан схожий американский патент 1971 года, в котором впервые была выдвинута идея создания солнечной космической электростанции. Тогда электростанцию предлагалось разместить на геостационарной орбите высотой 36 тысяч километров, что позволило бы ей все время находиться практически над одним и тем же участком поверхности Земли и тем самым обеспечить постоянную передачу энергии на Землю.
Однако, в этом случае приемная станция должна быть расположена на экваторе. Российская разработка позволяет передавать энергию и в другие регионы Земли.
В данный момент неясно, идет ли речь о проработанной конструкции или об общей концепции. Равным образом нельзя ничего сказать о перспективах ее воплощения и сроках такового.
Инженеры придумали, как заряжать электромобиль в движении
Инженеры создали беспроводной способ зарядки для электромобилей в движении. Речь идет об использовании магнетизма для передачи энергии. Эту технологию также можно применить для подзарядки беспилотных дронов, роботов и прочей автоматической техники. Об этом разработчики пишут в Nature Electronics.
Беспроводные зарядные устройства уже существуют. Например, для зарядки смартфона. Но важно, чтобы само устройство при этом находилось в покое или не работало. Но для электромобилей это так же неудобно, как и существующий способ зарядки. Сейчас, чтобы зарядить батарею полностью, необходимо использовать зарядные станции в течение нескольких часов (некоторые варианты предполагают полную зарядку за 30–40 минут).
Три года назад инженер-электрик из Стэнфорда Шэнхуэй Фан и аспирант Сид Ассававоррарит создали первую систему, позволяющую беспроводным способом заряжать объекты в движении. Однако технология была слишком неэффективна, чтобы быть полезной вне лаборатории.
Сегодня эти два инженера довели эту технологию до тех показателей, когда ее можно использовать во время движения электромобиля по дороге. В ближайшем будущем предложенная система сможет осуществлять беспроводную зарядку роботов, когда те перемещаются по складам или на производственных площадках, что исключает простои и позволяет роботам работать практически круглосуточно.
«Это важный шаг на пути к практичной и эффективной системе беспроводной зарядки автомобилей и роботов, даже если они движутся с высокой скоростью», — заявил Фан. — Нам придется увеличить мощность, чтобы перезарядить движущуюся машину, но я не думаю, что это серьезное препятствие. Для перезарядки роботов мы уже находимся в пределах практической полезности».
Беспроводные зарядные устройства передают электричество при помощи магнитного поля, которое колеблется с частотой резонирующей вибрации в магнитных катушках на приемном устройстве. Проблема заключается в том, что резонансная частота изменяется, если расстояние между источником и приемником изменяется даже на небольшую величину.
В своем первом варианте беспроводного зарядного устройства, предложенного три года назад, исследователи решили эту проблему. Технология позволяла передавать электроэнергию даже при изменении расстояния до приемника. Они сделали это, включив в схему усилитель и резистор обратной связи, позволявший системе автоматически регулировать свою рабочую частоту при изменении расстояния между зарядным устройством и движущимся объектом.
Но первоначальная система не была достаточно эффективной, чтобы использоваться на практике. Усилитель потреблял внутри столько электричества, что системе удавалось передать только 10% от изначальной мощности.
В новой статье исследователи повысили эффективность беспроводной передачи системы до 92%. Ключевым моментом, объяснил Ассававоррарит, была замена оригинального усилителя гораздо более эффективным усилителем в «переключаемом режиме». Такие усилители не новы, но они привередливы и будут производить высокоэффективное усиление только в очень точных условиях. Потребовались годы переделок и дополнительной теоретической работы, чтобы разработать работоспособную схему.
Новый лабораторный прототип может передавать по беспроводной сети 10 Вт электроэнергии на расстояние в 2–3 фута. Фан говорит, что нет никаких фундаментальных препятствий для расширения системы для передачи десятков или сотен киловатт, которые понадобятся машине. Он говорит, что система достаточно быстра, чтобы перезаряжать автомобиль на приличной скорости. Беспроводная передача занимает всего несколько миллисекунд — крошечная доля времени, в течение которой автомобиль будет двигаться со скоростью 70 миль/ч, чтобы пересечь четырехфутовую зону зарядки. Фан сказал, что единственным ограничивающим фактором будет то, насколько быстро автомобильные аккумуляторы смогут поглотить всю мощность.
По словам Ассававоррарита, беспроводные зарядные устройства не должны представлять опасности для здоровья, потому что даже те, которые достаточно мощны для автомобилей, могут создавать магнитные поля, соответствующим установленным правилам безопасности. Действительно, магнитные поля могут передавать электричество через людей без побочных ощущений.
