НЕбританские учёные. Выпуск 10

Томские учёные…

// …создают компактные и экологичные «батарейки» для жилых домов

Учёные Томского политехнического университета создают топливные ячейки, снижающие затраты на выработку электрической и тепловой энергии. Они имеют повышенный коэффициент полезного действия и почти не загрязняют атмосферу. «Батарейки», созданные политехниками и работающие на природном газе, можно будет использовать для энергоснабжения отдельных зданий, в том числе в отдаленных районах.

Компактные топливные ячейки политехники изготавливают путем магнетронного напыления: при помощи плазмы тончайшие слои материалов, составляющих «батарейку», наносятся друг на друга. По словам ученых, отличие разработанной ими технологии от существующих аналогов в том, что распыление всех слоев — анода, электролита и катода — осуществляется в едином цикле.

«Получить топливную ячейку полностью в одном цикле напыления пока не пытался никто. Сейчас каждый слой изготавливают разными методами, в разных средах. Мы же хотим напылять все составляющие, в том числе анод и катод, обладающие наноразмерной пористостью и благодаря этому повышающие эффективность топливного элемента», — поясняет доцент кафедры экспериментальной физики Физико-технического института ТПУ Андрей Соловьев.

По словам ученых ТПУ, топливные элементы создаются в мире и сейчас, однако в основном их изготавливают другими методами, традиционно используемыми для спекания керамики: шликерным литьем, прессованием порошков. Такие топливные ячейки работают при высокой температуре — порядка 800-850 градусов Цельсия, из-за чего требования к элементам энергетической установки очень высокие. Метод магнетронного напыления, в свою очередь, позволяет получать тончайшие топливные ячейки толщиной до десятка микрон. Благодаря этому удастся снизить рабочую температуру до 650-700 градусов, следовательно, увеличить срок службы самих батарей и всего оборудования.

«Наши топливные элементы имеют больший коэффициент полезного действия, чем существующие аналоги: на получение энергии тратится значительно меньше ресурсов. Кроме того, это относительно экологичный метод, поскольку практически отсутствуют выбросы углерода.»

«Сжигать топливо в таких установках не требуется, нужно только подвести к батарее газ», — добавляет руководитель проекта, постдок лаборатории №1 Института физики высоких технологий ТПУ Алексей Лебединский.

Как отмечают политехники, применять разрабатываемые ими топливные элементы возможно и в компактных энергетических установках.

«Такая установка размером со стиральную машинку вполне может обеспечить частный жилой дом электроэнергией и теплом. Это будет выгоднее для конечного потребителя.

Если в централизованной энергосистеме электричество генерируется в одном месте, а затем передается на большие расстояния, то здесь оно производится непосредственно у потребителя, и никаких потерь при передаче нет», — рассказывает Андрей Соловьев.

Подобная система особенно удобна для снабжения отдаленных поселков или обслуживания нефтепроводов. Установки могут быть мобильными и работать автономно без помощи оператора. По словам руководителя проекта, первую в мире технологию изготовления топливных элементов методом магнетронного напыления в едином цикле ученые ТПУ создадут к концу 2018 года. Разработка политехников уже получила поддержку Российского научного фонда сроком на три года.

Источник: http://news.tpu.ru/news/2016/01/01/24495/

Новосибирские учёные…

// …вычислили механизм синтеза нефти на границе ядра и мантии Земли

Исследователи смоделировали поведение воды и углекислоты при большом давлении и высокой температуре, подобных тем, что существуют на границе земной мантии и ядра, и обнаружили, что в присутствии железа в этой смеси начинают образовываться углеводороды.

Основная гипотеза происхождения нефти гласит, что углеводороды образовывались на протяжении миллионов лет из остатков древних живых организмов. Однако есть данные, свидетельствующие о существовании других механизмов ее появления. «До нас были работы, показывавшие, что глубоко в недрах Земли может проходить абиогенный синтез. Среди ученых идут горячие споры, могут ли нефть и газ иметь абиогенное происхождение. Но спорщики обычно занимают крайние позиции. Моя точка зрения: пусть 90% нефти имеет биологическое происхождение, а оставшаяся часть — не биологическое», — пояснил один из авторов работы, ведущий научный сотрудник Института геологии и минералогии СО РАН в Новосибирске и Новосибирского государственного университета Константин Литасов.

Литасов и его коллеги из Королевского технологического института (Стокгольм) смоделировали химические процессы, которые могут идти на границе ядра и мантии Земли. Речь идет о глубине 2900 километров, давлении в 135 ГПа и температурах около 2700—3700 градусов по Цельсию. «Провести эксперимент, в котором моделировались бы такие условия, очень сложно. С помощью расчетов мы показали, что если в смесь воды и углекислоты или просто набора углерод-водород-кислород добавить железо, идет образование углеводородов. Без железа в системе синтез не идет», — сказал Литасов.

Попадать углерод, водород и кислород в недра Земли могут с тектоническими плитами, из которых состоит земная кора. Плиты постоянно движутся, и в некоторых случаях в результате встречи двух плит одна из них уходит под другую. Процесс этот очень медленный: скорость движения литосферных плит измеряется в миллиметрах в год.

Если эти плиты способны транспортировать легкие элементы, такие как водород и углерод, в мантию, то в результате этих процессов в недрах Земли могут образовываться так называемые непредельные углеводороды. В их молекулах между атомами углерода есть двойные и тройные связи. Эти углеводороды легко вступают в химические реакции. Известный пример непредельного углеводорода — этилен, из которого делают знакомый всем по пластиковыми пакетам полиэтилен.

«Кроме того, мы объяснили в этой статье, как образовавшиеся углеводородные соединения могут подниматься ближе к поверхности», — отметил Литасов. Земная кора и мантия состоят из силикатов — минералов, в состав которых входит кремний. Температуры плавления у них очень высокие, на границе ядра и мантии — не ниже 3700 градусов по Цельсию. Однако в смеси с углеводородами, температура плавления которых намного ниже, силикаты и сами плавятся легче. Благодаря этому, предполагают ученые, образуются так называемые мантийные плюмы — горячие потоки, поднимающиеся в мантии от ядра Земли к ее поверхности со скоростью до сотен метров в год.

Долю углеводородов, которые могут образоваться и выйти к поверхности Земли в результате этого процесса, установить пока сложно. Однако синтез простых органических соединений может в конце концов привести и к формированию более сложной органики, пояснил Литасов. Возможно, гипотеза об образовании первых органических молекул на границе с расплавленным ядром Земли может дополнить популярные теории, согласно которым органику на Землю принесли кометы или астероиды. «Это, конечно, спекуляция, но тем не менее как одна из гипотез может рассматриваться в дальнейшем», — сказал исследователь.

Источник: http://goo.gl/EUiUU5

Самарские учёные…

// …придумали, как избежать кражи нефти

В Самарском университете группа учёных разработала надежный способ маркировки нефти для ее идентификации. Новая технология позволит избежать участившихся случаев хищения нефти при ее транспортировке по нефтепроводам. Руководитель проекта выступил с идеей на конкурсе РАН «Умник», где стал одним из победителей.

В настоящий момент Самарская область лидирует по этому показателю, передает пресс-служба СГАУ. Кроме того, при перевозке нефти или нефтепродуктов часто происходят подмены качественного товара на контрафактный. Руководитель проекта выступил с идеей на на конкурсе «Умник», где стал одним из победителей.

Одним из способов решения этой проблемы является добавление в нефтепродукты специальных красителей. Этот способ считается самым дешевым, но у него есть большой недостаток: красители можно разбавить и легко подделать.

Также существуют визуально неопределяемые маркирующие агенты, которые активно производят за рубежом. Однако до сих пор не существовало отечественного аналога. Его разработкой и занимается группа химиков СГАУ. Нефть помечают обычными органическими веществами и транспортируют. Такую маркировку очень тяжело обнаружить и подделать. Также этими маркерами можно закодировать, например, номер партии, дату отгрузки или другую логистическую информацию. Невидимые маркеры — один из лучших способов решения проблемы.

Исследование команды СГАУ заключалось в том, чтобы подобрать маркирующие агенты, с помощью которых можно помечать не только бензин, но и саму нефть. При этом важно, чтобы нефть можно было перерабатывать, а наличие маркеров никак не влияло бы на качество нефтепродуктов.

На данном этапе уже подобраны некоторые маркирующие вещества, разработаны способы пробоподготовки нефти и нефтепродуктов, а также методики определения маркеров.

В качестве аналитического метода детектирования маркеров используется широко распространенный метод газовой хроматографии. Подобранные вещества не вызывают коррозии, не ядовиты, не токсичны, не являются каталитическими ядами и при переработке нефти полностью разлагаются. Реагенты, которые используются при изготовлении маркеров, производятся в России.

В дальнейшем учёные намерены создать больший спектр маркеров и развить новые методики анализа.

Источник: http://goo.gl/v0TiBO

 

Serg8888 для TOPRU