Источник энергии будущего

Основная тема выставки «Энергия будущего» была выбрана не случайно. Обеспечение человечества чистыми, безопасными и эффективными источниками энергии – одна из наиболее актуальных глобальных проблем, которая пересекается с задачей сохранения экологического равновесия. При этом можно спорить о масштабе воздействия жизнедеятельности человека на такие экологические проблемы, как глобальное потепление, однако несомненным остается тот факт, что традиционные, невозобновляемые источники энергии в виде нефти, газа, угля в обозримом будущем иссякнут, что потребует поиска новых источников. Для сохранения экологического и даже экономического баланса желательно, чтобы эти новые источники были возобновляемыми и чтобы человечество научилось максимально эффективно их использовать к моменту исчезновения традиционных энергоресурсов.

Возобновляемые источники энергии включают в себя энергию ветра, солн­ца, воды (в реках, морях и океанах), тепловую энергию Земли, энергию, хранящуюся в биологической массе... Потенциал их различен: больше всего доступной для преобразования в работу энергии часть содержится в реках, биомассе, ветре и солнечном свете. Однако солнце – основной источник энергии, поступающей на Землю, ежегодно одаривает нас более готовой к сбору энергии, объем которой в 1 600 раз больше энергетического потенциала ветровой энергии и в десятки тысяч раз превосходит потенциал энергии воды и биомассы. К слову, именно из энергии Солнца в конечном итоге черпают свою энергию ветер, вода, растения и животные.

Для Казахстана с его огромной территорией, низкой плотностью населения, обилием солнечных дней и относительно малым количеством рек именно солнечная энергетика наряду с ветровой может стать основой возобновляемой энергетики. Существующие оценки потенциала солнечной энергетики в Казахстане неоднозначны. Наиболее цитируемая цифра – 2,5 ТераВатт-часа в год, однако она значительно расходится с годовым приходом солнечной радиации на территорию страны, составляющим не менее 2 млн. ТераВатт-часов в год. Другими словами, если покрыть всю территорию Казахстана солнечными элементами с эффективностью 10%, полученной энергии с большим излишком хватит на покрытие энергетических потребностей всей планеты. Главный недостаток солнечной энергии – невозможность ее генерации в ночное время, что требует либо нахождения возобновляемых источников энергии, могущих бесперебойно работать ночью, либо поиска эффективных методов ее накопления, хранения, передачи и использования. Одно из перспективных направлений решения последней задачи – развитие водородной энергетики.

Проблемы эффективного преобразования солнечной энергии в электричество, тепло, химическую энергию газообразного водорода, а также его хранения и рационального использования изучаются в ТОО «Физико-технический институт» Национального научно-технологического холдинга «Парасат» в сотрудничестве с научными центрами США, Германии, Великобритании и Казахстана. Исследования нацелены на создание полных циклов производства – от сырьевых материалов в виде песка и кварцитов до готовых солнечных элементов и модулей, от получения водорода путем фотоэлектролиза воды до его хранения в толще специальных полимерных материалов и эффективного сжигания на топливных элементах. 

Одна из базовых технологий, разрабатываемых в институте на протяжении ряда лет, – получение и очистка кремния, основного материала солнечной энергетики и электроники, при помощи металлургических методов. Она основана на разделении молекулы диоксида кремния (SiO2) на кремний (Si) и кислород (O) в присутствии материала, называемого восстановителем. В стандартном карботермическом методе получения металлургического кремния сырьем служат относительно большие куски кварцитов, а восстановитель – смесь углеродсодержащих веществ. Это древесный и каменный уголь, уголь, щепы, нефтекокс в различных пропорциях. Недостаток – то, что подобный метод не рассчитан на восстановление кремния из сыпучих исходных материалов типа песка.

Помимо этого в карботермическом процессе в качестве побочного продукта выделяется ядовитый угарный газ (CO). Технология, разрабатываемая в Физико-техническом институте, позволяет получать кремний не только из кварцитов, но и из песка, которая использует алюминий в качестве восстановителя и образуя в качестве побочного продукта реакции высокоглиноземистый шлак. Изучается использование подобного шлака для получения глиноземистого цемента, отличающегося высокой прочностью, способностью к быстрому затвердеванию, стойкостью к агрессивным средам и огнеупорностью.

Металлургические методы, разрабатываемые в Физико-техническом институте, позволяют получать не только очищенный кремний, но и специальные кремнийсодержащие сплавы, из которых в необходимый момент можно синтезировать газообразное соединение кремния с водородом, известное как силан, один из наиболее распространенных материалов для полупроводниковой электроники, однако обращение с ним требует особых мер предосторожности. Для безопасного получения силана из сплавов и очистки до уровня, требуемого на последующих стадиях цикла, наш институт работает над созданием технологической линии совместно с компанией Siemens.

Видение института заключается в том, что на основе очищенного от примесей кристаллического кремния и силана, полученного в стенах нашего научного учреждения, будет создана научно-исследовательская линия по изготовлению так называемых гетеропереходных кремниевых солнечных элементов, известных как HITcells, достигающих 25-процент­ной эффективности преобразования солнечной энергии в электрическую, что в 1,5 раза превосходит эффективность стандартных кремниевых солнечных элементов. При этом, в отличие от стандартных элементов, эффективность гетеропереходных намного меньше подвергается воздействию нагревания при освещении солнечным светом. 

Еще одна полезная модификация кремния, помимо кристаллического кремния и силана, – пористый кремний, который исследователи из ФТИ используют для расщепления воды на газообразные кислород (O2) и водород (H2). Собираемый в этом процессе водород предполагается накапливать в синтезируемых сотрудниками института пленках полимерных материалов, полианилина и полипирола. Последующее использование водорода для получения электроэнергии в быту, производстве, а также для приведения в движение будущих автомобилей планируется осуществлять на топливных элементах, для исследования и оптимизации которых создана линия, позволяющая получать оксидные электролитические пленки при помощи высокомощных лазеров, подготовку для них специальных мишеней и осаждение металлических электродов. Работа таких твердо­оксидных топливных элементов основана на получении электрического тока при взаимодействии подающихся с различных сторон электролитической пленки газов водорода и кислорода и прохождении атомов кислорода сквозь электролитическую пленку. При работе автомобилей, работающих на таком принципе, в воздух выделяются не углекислый газ и вредные выхлопы, а пары воды. 

Для продолжения описанных работ и совершенствования существующих технологий Физико-технический институт набирает и воспитывает молодых специалистов из ведущих технических университетов Алматы. Хочется надеяться, что они помогут вывести работы института на более высокий уровень и внесут вклад в создание высокотехнологичных «зеленых» производств в нашей стране.

Нурлон ТОКМОЛДИН,
доктор PhD Империал Колледж Лондон, заведующий лабораторией им. Ю. Горелкинского Физико-технического института

Популярное

Все
На рассылку о новом локдауне с 1 сентября ответили в Минздраве
Истории от прокурора: о судебных ошибках, коррупции и Новом Казахстане
Дело из архива: как кызылординская конопля в Москву попадала?
Старик и песня
В нынешнем году исполняется 15 лет «Подарку Сталину» – первой картине из Казахстана, открывавшей многие престижные международные кинофестивали
Теплая нить судьбы
Домашний питомец дважды спас приютивших его хозяев
В Казахстане наметился подъем интереса к государственному языку, считает известный популяризатор казахского языка Канат Тасибеков
Цены на услуги частных предпринимателей не регулируются никак и никем
Онлайн-квест – итог шестилетней работы алматинского проекта Archcode Almaty
Сколько раз пришлось на прием в акимат ходить, сколько заявлений написать, чтобы чиновники вспомнили о нас...
Вечные книги Учителя нации
Мечта на пользу дела
Мчи, тулпар, быстрее ветра
И льются в унисон голоса
СПАСите яблоки!
Нужен дом четверолапым
Суперкамбэк легенд футбола
Однажды…
Возрождение
Опубликован список обладателей образовательных грантов
Льготное дизтопливо для уборки урожая перепродавали предприниматели в Казахстане
Ситуация по коронавирусу в Казахстане на 6 августа
Новая жизнь Второго Павлодара
Тела женщины с детьми нашли в квартире в Алматы: о страшных криках рассказали соседи
Подкралась старость незаметно
Пропавшая в Костанайской области 5-летняя девочка найдена мертвой
Генсек ССАГПЗ – Смаилову: У стран Персидского залива большие планы по инвестированию в Казахстан
Казахстан начнет экспортировать мясо в Саудовскую Аравию
Утекает бензин мимо розницы
Непокоренный Бурхан-Булак
Нет повести печальнее на свете…
Нам важно сохранить солдата
Жительница столицы под окнами многоэтажки разбила сад
Ситуация по коронавирусу в Казахстане на 5 августа
Генерал-майора полиции Жайлаубека Халыкулы нашли мертвым в СИЗО
Сергей Погосян: Казахстан – моя единственная Родина
Опасные игры
Бывший муж напал с ножом на алматинку в автобусе – ведётся следствие
Ситуация по коронавирусу в Казахстане на 7 августа
Восемь земельных участков Храпунова в Восточном Казахстане будут конфискованы
Закроет ли Казахстан границу из-за роста случаев COVID-19, ответила глава Минздрава
Большой поток студентов из-за рубежа ожидается в Казахстане
Закон Республики Казахстан
Токаев дал оценку работе КНБ РК и его спецслужб
Учебный год планируется продлить на две недели в Казахстане
Вопрос о своей отставке после критики Токаева прокомментировал министр экологии
Мужчина с ножом напал на женщину в Алматы
Крупнейший оптовый рынок Алматы вернут государству
Тренер из Казахстана погиб на Иссык-Куле
О поэтапном повышении зарплат в Казахстане рассказал Премьер-министр
Нашумевшее видео с "женой прокурора" прокомментировали в полиции Шымкента
Динара Садуакасова отказалась участвовать в шахматной олимпиаде
"Квартет" юных разбойников с ножом избивал и грабил прохожих в Алматы
Убил знакомого из-за сообщения в WhatsApp житель Нур-Султана
Тела многодетных супругов нашли в запертой квартире в Атырау
Изнасилование 11-летнего мальчика расследуют в Алматы
Рассылку об отмене поездов из-за коронавируса прокомментировали в КТЖ
Закутанного в целлофан мужчину обнаружили во дворе дома в Экибастузе
Прием документов на присуждение образовательных грантов стартовал в Казахстане

Читайте также

Правительство , Экономика , Сельское хозяйство
Получить микрокредиты на проекты в АПК смогут жители сел и …
Экономика
Торговая сеть как удавка для бизнеса
Экономика
Химическая промышленность Казахстана: что мешает конкуренто…
Президент , Указы и распоряжения , Экономика
Токаев внес дополнение в указ о моратории на проверки бизне…

Архив

  • [[year]]
  • [[month.label]]
  • [[day]]