Исследователи из Стэндфордского университета разработали высоко-технологичную оптическую поверхность, на основе которой создана система кондиционирования, почти не требующая электрической энергии для своей работы. В качестве теплоносителя в этой системе используется вода, которая проходит через теплообменники, размещенные под оптической поверхностью. Эти поверхности, за счет структуры поверхности, отражают более 97 процентов энергии падающих на них солнечных лучей, одновременно рассеивая в окружающую среду тепловую энергию, переносимую водой. И такой подход позволяет резко снизить количество энергии, требующейся на кондиционирование внутренних помещений зданий. Проведенные испытания системы "пассивного охлаждения" показали, что вода в этой системе может быть охлаждена до температуры, на 3-5 градусов Цельсия ниже температуры окружающей среды. Взяв за основу собранные экспериментальные данные, исследователи из Стэнфорда создали математическую модель охлаждаемого здания, находящегося в месте с сухим и горячим климатом, соответствующим климату в районе Лас-Вегаса. Экономия электроэнергии за счет использования системы пассивного охлаждения составила 14,3 МВт-ч в течение одного летнего месяца, что соответствует 21-процентной экономии от общего количества затрачиваемой на кондиционирование энергии.     Согласно имеющимся данным, на охлаждение и кондиционирование тратится около 15 процентов от электроэнергии, вырабатываемой на всем земном шаре, а к 2050 году общее количество затрачиваемой на кондиционирование энергии увеличится еще в 10 раз. Поэтому, даже 20-процентная экономия энергии приведет к экономии огромных сумм денег и существенному снижению количества выброса в атмосферу парниковых газов.     В настоящее время исследователи из Стэндфордского университета основали новую компанию под названием SkyCool Systems, которая будет заниматься дальнейшее работой и коммерциализацией технологии пассивного охлаждения. Новая система будет разрабатываться с прицелом на ее легкую интеграцию в существующие системы кондиционирования воздуха различных типов и производителей, включая и системы охлаждения информационных центров, где экономия энергии играет одну из главных ролей.Исследователи из Стэндфордского университета разработали высоко-технологичную оптическую поверхность, на основе которой создана система кондиционирования, почти не требующая электрической энергии для своей работы. В качестве теплоносителя в этой системе используется вода, которая проходит через теплообменники, размещенные под оптической поверхностью. Эти поверхности, за счет структуры поверхности, отражают более 97 процентов энергии падающих на них солнечных лучей, одновременно рассеивая в окружающую среду тепловую энергию, переносимую водой. И такой подход позволяет резко снизить количество энергии, требующейся на кондиционирование внутренних помещений зданий.

    Проведенные испытания системы "пассивного охлаждения" показали, что вода в этой системе может быть охлаждена до температуры, на 3-5 градусов Цельсия ниже температуры окружающей среды. Взяв за основу собранные экспериментальные данные, исследователи из Стэнфорда создали математическую модель охлаждаемого здания, находящегося в месте с сухим и горячим климатом, соответствующим климату в районе Лас-Вегаса. Экономия электроэнергии за счет использования системы пассивного охлаждения составила 14,3 МВт-ч в течение одного летнего месяца, что соответствует 21-процентной экономии от общего количества затрачиваемой на кондиционирование энергии.

   Согласно имеющимся данным, на охлаждение и кондиционирование тратится около 15 процентов от электроэнергии, вырабатываемой на всем земном шаре, а к 2050 году общее количество затрачиваемой на кондиционирование энергии увеличится еще в 10 раз. Поэтому, даже 20-процентная экономия энергии приведет к экономии огромных сумм денег и существенному снижению количества выброса в атмосферу парниковых газов.

   В  настоящее время исследователи из Стэндфордского университета основали новую компанию под названием SkyCool Systems, которая будет заниматься дальнейшее работой и коммерциализацией технологии пассивного охлаждения. Новая система будет разрабатываться с прицелом на ее легкую интеграцию в существующие системы кондиционирования воздуха различных типов и производителей, включая и системы охлаждения информационных центров, где экономия энергии играет одну из главных ролей.

Новая технология, разработанная сотрудниками подразделения Disney Research, позволяет передавать энергию беспроводным способом, охватывая объем достаточно большого помещения. Это, в свою очередь, позволит запитывать и подзаряжать батареи электронных устройств так же просто, как и подключать их к беспроводным сетям Wi-Fi, что избавляет людей от необходимости использования электрических проводов и зарядных устройств.
   Работоспособность новой технологии, получившей название квазистатического объемного резонанса (quasistatic cavity resonance, QSCR), была продемонстрирована на примере специально построенного в лаборатории помещения, размером 5 на 5 метров. Сделанные замеры показали, что генерируемое системой магнитное поле равномерно заполняет весь объем пространства комнаты, позволяя одновременно заряжать мобильные телефоны, зажигать лампочки и крутить вентиляторы, находящиеся в любой точке.
   Основой технологии QSCR являются электрические токи, циркулирующие по металлизированным стенам, потолку и полу помещения. Эти токи и являются источником магнитных полей, пронизывающих все помещение. Магнитные поля индуцируют в катушках, подключенных к электронным устройствам и настроенным на резонансную частоту поля, электрические токи, заряжающие аккумуляторные батареи. А потенциально опасная для людей электрическая составляющая электромагнитного поля подавляется при помощи дискретных конденсаторов, включенных в "колебательный контур" комнаты.
   "Наши расчеты показывают, что подобным образом мы можем передать до 1.9 кВт энергии, вписываясь, при этом, в рамки ограничений, наложенных Федеральной комиссией по электробезопасности" - рассказывает Мэтью Дж. Чабалько (Matthew J. Chabalko), один из исследователей, - "А такой мощности хватит для одновременной зарядки батарей 320 обычных смартфонов".
Демонстрационная "комната" имеет стены, потолок и пол, изготовленные из алюминиевых листов, закрепленных на алюминиевом каркасе. Посередине комнаты установлен медный столб, играющий роль противоположного полюса колебательного контура. Посередине столба сделан тонкий зазор, внутри которого установлены конденсаторы и другие компоненты, подавляющие электрическую составляющую генерируемого электромагнитного поля.
   "Именно эти конденсаторы определяют резонансную частоту системы и подавляют электрические поля" - объясняет Чабалько, - "Частота работы системы находится в пределах одного мегагерца и все устройства, настроенные на эту частоту, могут получать энергию вне зависимости от их положения внутри комнаты. Оставшееся магнитное поле за счет своей равномерности не взаимодействует с предметами, изготовленными из обычных материалов, что делает систему безопасной для всего окружающего".
image002.jpg
Несмотря на то, что демонстрационная комната была построена с использованием особых материалов, данная технология может быть в будущем модернизирована так, что для ее работы будет достаточно лишь покраски стен специальной токопроводящей краской или развешивания по стенам специальных панелей. А для покрытия системой помещений больших объемов можно будет устанавливать в них по нескольку медных полюсов, которые обеспечат равномерность создаваемого магнитного поля.

  Метанол является исходным сырьем для получения  разнообразных химических продуктов:  уксусной и муравьиной кислот, ацетатов винила и целлюлозы, альдегида уксусный и формальдегида, метилакрилата диметилового  и ряда других эфиров, этанола и многоатомных спиртов, непредельных углеводородов и др.

   В последние годы в мире наметилась тенденция активного развития новых направлений использования метанола: растет спрос на топливо на базе метанола (биодизель и ДМЭ) и  расширяется    производство олефинов в странах с ограниченными запасами или отсутствием природного газа.  

   Разрабатывается множество технологий, предполагающих использование метанола в качестве топлива для прямого сжигания и для топливных элементов, а также для получения бензина. Возможные направления использования метанола в этом направлении следующие:

   Продвижение технологии конвертирования метанола в бензин или другие продукты, получаемые в настоящее время в большинстве своем из нефти, ведёт  к существенному увеличению спроса на него. Теоретически метанол способен заместить по крайней мере 90% топлива, используемого в дизельных установках на грузовиках, в железнодорожных локомотивах и кораблях. Он также является оптимальным топливом для гоночных автомобилей, поскольку главные требования к такому топливу - энергоемкость, производительность и безопасность. Абсолютными лидерами в области развития этого направления использования метанола являются США  и Европа.

   Метанол как моторное топливо имеет высокое октановое число и низкую пожароопасность. Однако при использовании метанола в качестве топлива возникает ряд проблем технического характера, связанных с существенными различиями свойств метанола и бензинов:

   - Теплота сгорания метанола в 2,24 раза меньше, чем у бензина. Метанол имеет более высокую скрытую теплоту испарения (в 3,6 раза выше, чем у бензина), низкую упругость паров, низкую температуру кипения. Помимо этого, метанол обладает повышенной коррозийной агрессивностью к металлам и некоторым пластмассам. Пары метанола токсичнее паров бензина и вызывают сильные отравления при попадании в организм человека. Поэтому использование чистого метанола в качестве топлива (топливо М-100) для двигателей внутреннего сгорания требует существенной реконструкции двигателя транспортного средства и осторожности в обращении.

   - В качестве положительных свойств метанола можно указать его высокую детонационную стойкость и более высокие скорости сгорания топливовоздушных смесей. При этом низкая теплота сгорания не снижает мощностных показателей двигателя, так как их определяющим фактором является не теплота сгорания топлива, а теплота сгорания единицы массы топливообразующей смеси, которая у метаноловоздушных смесей на 3-5% выше, чем у бензинов. Стоит сказать, что при этом и метанола требуется в 2,3 раза больше.  Высокая скрытая теплота испарения метанола  является причиной худших пусковых качеств холодного двигателя при низких температурах. С другой стороны, это свойство метанола ведет к уменьшению теплонапряженности деталей двигателя и увеличению весового наполнения цилиндров свежим зарядом, что способствует увеличению мощности двигателя. Кроме всего прочего, при использовании метанола существенно ниже загрязнение атмосферы, ниже нагарообразование на рабочих поверхностях камеры сгорания и меньшее закоксование деталей цилиндропоршневой группы.

   Для использования метанола в качестве топлива необходимо, чтобы цены на него были приемлемы.  Сейчас на мировом рынке наблюдаются относительно высокие цены на метанол. Хотя они и  имеют тенденцию к снижению. Так в 2013г.  цена была 415 долл. США за тонну а  в 2016 г – 300 $/t. В 2017 г. цены колебались от 170 до 250 $/t .      

   В настоящее время огромное внимание уделяется ДМЭ как перспективному моторному топливу, топливу для бытовых нужд, сырью для теплоэлектростанций и т.д. Основным его преимуществом является экологичность –  при использовании эфира, выбросы в экологию вредных веществ снижается минимум в 1,5 раза. ДМЭ сейчас всерьез рассматривается как альтернатива дизельному топливу. Технологии производства ДМЭ освоены уже давно. Применение ДМЭ в качестве моторного топлива позволяет резко снизить уровень шума, исключить выбросы сажи и снизить выбросы окислов азота.    Однако значительное различие в свойствах ДМЭ и дизельного топлива (ДТ) вызывает ряд специфических проблем. Например, с учетом более низкой плотности и теплотворной способности для сохранения мощности дизеля необходимы в 1,7-1,9 раза большие объемные цикловые подачи. При проектировании топливного насоса высокого давления приходится учитывать, что в силу значительно большей сжимаемости ДМЭ необходимо увеличивать запас по объемной производительности на номинальном режиме в 2,4-2,7 раза и т.д.

   Вполне вероятно, это вещество станет перспективным топливом, получаемым на базе метанола. Это бесцветная прозрачная жидкость с высоким содержанием кислорода (42%).  Испытания этого продукта, которые показали хорошие результаты в отношении технических характеристик двигателей и низкой эмиссии дыма. Диметоксиметан улучшает смазывающую способность дизельного топлива и полностью смешивается с этим топливом при всех температурах. Он изготавливается путем метоксилирования формальдегида метанолом. Это вещество является превосходным окислителем дизельного топлива, и его использование может стать одним из вариантов уменьшения образования дыма от сжигания дизельного топлива.

Метанольные топливные элементы
   Топливный элемент – это элемент, в котором окислительно-восстановительная реакция поддерживается непрерывной подачей топлива и окислителя. Важнейшая составная часть электрохимического генератора, обеспечивающая прямое преобразование химической энергии в электрическую. В метанольных топливных элементах топливом является метанол или раствор метанола.
   В последние годы топливные элементы получили широкое развитие во всем мире. Одной из самых распространенных технологий является DMFC (Direct methanol fuel cell) – технология, основанная на прямом окислении метанола. Помимо этой технологии широко применяются PEMFC (Proton ex-change membrane fuel cell) технология и SOFC (Solid oxide fuel сell).   Разработкой метанольных топливных элементов сейчас занимаются несколько десятков компаний, среди которых Methanex, Statoil, Duracell, Hitachi, Toshiba, Samsung и др. Разрабатываются метанольные топливные элементы как для портативной техники, так и для двигателей автомобилей. Такие элементы уже находят применение в портативных компьютерах, сотовых телефонах и даже автомобильных двигателях. Широкое применение в последних сталкивается с  потребностью в большом количестве метанола и его относительно высокой ценой.
Возможности применения метанола в пищевой промышленности
   Известна возможность его использования для синтеза протеина (белково-витаминного концентрата). Существует также вариант применения метанола для конденсации формальдегида в сахар, катализируемой щелночноземельными металлами.

   Группа исследователей из университета Райс (Rice University), возглавляемая материаловедом Роуцбе Сасавари (Rouzbeh Shahsavari), придумала новый рецепт приготовления "наносэндвича", наноразмерного многослойного материала, обладающего суперпрочностью и рядом превосходных оптоэлектронных свойств. Проделанная учеными работа является результатом проведенного ими же сложнейшего компьютерного моделирования, целью которого являлся поиск новых материалов для технологий химического анализа, катализа и оптической электроники.

   Толчком к данным исследованиям стал успех других ученых, которым удалось, используя силы Ван-Дер-Ваальса, соединить различные молекулярные компоненты, заключенные в общую оболочку. Работа ученых из университета Райс выступала в качестве еще одной проверки теории, позволяющей определить заранее электронные, оптические, химические и физические свойства сложных композитных материалов. А в данном случае таким материалом стал слой оксида магнитя, заключенный между двумя слоями графена.

  Напомним нашим читателям, что у графена отсутствует понятие электронной запрещенной зоны, что делает некоторые другие материала полупроводниками. Однако, у нового гибридного материала запрещенная зона имеется, и ее ширина может быть подстроена в зависимости от параметров составных частей материала. Кроме этого, такой же гибкой настройке подвержены и оптические свойства материала, что делает его необычайно полезным для применения в оптической электронике.

   "Единственный слой оксида магния способен поглощать свет только в узком диапазоне длин волн. Но когда такой материал пойман в ловушку между двумя слоями графена, он становится способным к поглощению света в более широком спектре" - рассказывает Роуцбе Сасавари, - "И это делает его идеальным вариантом для изготовления светочувствительного элемента различных фотодетекторов".

   "Сейчас на свете не существует одного единственного чудо-материала, при помощи которого можно закрыть все технические проблемы в мире" - рассказывает Сасавари, - "И, как показывает практика, лучшие результаты в каждой области дают гибридные материалы, состоящие из компонентов разной природы".

   Теоретические математические модели, разработанные группой Сасавари, могут одинаково хорошо работать и по отношению к другим двухмерным материалам, к примеру, с нитридом бора с шестиугольной кристаллической решеткой, силицену и т.п. Помимо этого, можно использовать молекулярное наполнение этих наносэндвичей любого типа. "Моя группа сейчас работает над целым рядом гибридных материалов, меняя используемые в них компоненты и их структуру" - рассказывает Сасавари, - "И мы надеемся, что при помощи этих материалов будут решены некоторые из сложных проблем, с которыми невозможно справиться, используя более традиционные методы и подходы".