Энергетические новшества
Усатые электроды. Топливо из углекислоты. Пионеры чистой энергетики
Исследователи Стэнфордского университета открыли путь к многократному увеличению емкости ионно-литиевых электрических аккумуляторов. Эти химические источники тока были изобретены еще в 1940 году, однако их промышленный выпуск начался лишь спустя полвека. Они имеют очень высокую удельную емкость и потому, несмотря на дороговизну, используются для снабжения электричеством сотовых телефонов, портативных компьютеров, видеокамер и других электронных приборов. При работе аккумуляторов этого типа электрический ток возникает при движении ионов лития между двумя электродами. При зарядке аккумулятора эти ионы присоединяют электроны от внешнего источника и мигрируют к положительному электроду, аноду. Когда аккумулятор разряжается, ионы отдают избыточные электроны и через проводящий гель уходят к отрицательному электроду, катоду. Поэтому для увеличения емкости аккумулятора надо заставить оба электрода удерживать как можно больше ионов. Аноды современных ионно-литиевых аккумуляторов состоят из множества тончайших слоев графита, на которые садятся ионы лития. Для удержания каждого такого иона в среднем нужно шесть атомов углерода. Разработчики аккумуляторов давно знали, что было бы куда лучше иметь аноды из кремния, поскольку один атом этого элемента в способен отловить до четырех ионов лития. Однако попытки изготовлять аноды из кремниевых пленок оказались безуспешными из-за просачивания ионов. Стэнфордский профессор Йи Куи и его коллеги предложили иное решение. Они выполнили анод в виде щетки из тончайших кремниевых «усиков», закрепленных на металлической подложке. Эксперименты показали, что такие наноструктуры могут удерживать в десять раз больше ионов лития по сравнения с графитовыми анодами. Конечно, от этих опытов еще далеко до создания полноценных аккумуляторов, пригодных к промышленному производству. Разработчикам предстоит найти новые материалы для катодов, способные захватывать такое же количество ионов, и решить немало других технических проблем. Однако итоги этих экспериментов указывают на весьма привлекательную возможность десятикратного увеличения удельной емкости ионно-литиевых аккумуляторов. Сотрудники Национальной лаборатории Сандиа намерены использовать солнечный свет для утилизации углекислого газа. Рич Дайвер и его коллеги сконструировали экспериментальный реактор, предназначенный для разложения углекислоты на кислород и окись углерода с помощью концентрированных потоков солнечного излучения. Окись углерода можно будет затем использовать для синтеза метанола или какого-то другого жидкого топлива. Разработчики надеются смонтировать прототип своего реактора в начале будущего года. В США запускаются два пилотных проекта, направленные на отработку безотходных энергетических технологий в индустриальных масштабах. Калифорнийская фирма Ausra приступает к строительству завода, который будет производить рефлекторы и тепловые накопители для солнечных тепловых электростанций. Электрогенераторы таких станций приводятся в действие паровыми турбинами, которые получают пар от установок, использующих для нагрева воды солнечное тепло. Ausra разработала оригинальные конструкции солнечных нагревателей, которые и будут положены в основу оборудования, выпускаемого новым заводом. Расположенный в Лас-Вегасе автоматизированный промышленный комплекс станет первым американским предприятием с такой специализацией. После выхода на проектную мощность он сможет ежегодно выпускать оборудование для электростанций на солнечной энергии суммарной мощностью свыше 700 тысяч киловатт. В ноябре Ausra уже заключила соглашение с калифорнийской энергетической корпорацией Pacific Gas & Electric о поставке систем для станции на 177 тысяч киловатт, которая будет построена в этом штате. Завод в Лас-Вегасе должен вступить в строй в апреле 2008 года. Для осуществления второго проекта FutureGen выбран небольшой город Маттун в центральной части штата Иллинойс. Там предстоит возвести первую в мире тепловую электростанцию на угольном топливе, почти не засоряющую окружающую среду вредными отходами. Ее котлы будут нагреваться горючим газом, полученным в процессе переработки угля, добываемого в этом штате. Иллинойские угли сильно загрязнены сернистыми примесями и поэтому не подходят для использования в качестве топлива для тепловых электростанций обычного типа. Станцию мощностью 275 тысяч киловатт оснастят установками, предназначенными для поглощения углекислого газа, возникающего при сгорании органического топлива. Плененная двуокись углерода будет подвергаться ожижению и закачиваться в глубокие подземные емкости. В ходе газификации угля будет также вырабатываться водород, который станция сможет продавать по коммерческим ценам. Министерство энергетики США, которое курирует эту программу, профинансирует три четверти ее общей стоимости, составляющей 1,8 млрд. долларов. Руководители проекта ожидают, что станция начнет строиться летом 2009 года, а три года спустя даст первый ток.