Методическое пособие 748

номатериалы, а тем более использовать их повторно, затруднительно.

Американские научные сотрудники решили эту проблему – их наночастицы можно удалять из воды при помощи магнита.

Наносборщик загрязнителей представляет собой диск на основе диоксида титана и серебра, который способен захватывать некоторые тяжелые металлы и ряд загрязняющих веществ, включая опасные бактерии и вирусы. Диск имеет несколько слоев: на наружном слое – материал, который позволяет менять магнитные свойства устройства.

Наночастицы удаляются из воды, как только начинает работать сильное магнитное поле – они притягиваются к магниту. А позже восстанавливаются от загрязнений.

Во время экспериментов очищающие устройства с покрытием из серебра погружали в воду, зараженную бактериями кишечной палочки. При сравнительно низкой концентрации серебра наносборщики смогли уничтожить 99,9% бактерий всего за 20 минут. Потом отработавшие наночастицы удалось удалить из воды всего за 5 минут при помощи обычного магнита.

Позитивен пример утилизации резинотехнических изделий. Использованные покрышки перестанут пополнять полигоны с отходами и загрязнять экологию ядовитым дымом при утилизации. Группа исследователей из Европы разработала глобальный международный проект TyGReProject. Его суть – превращение шин в отделочные материалы и газ.

Итальянский национальный центр по новым технологиям и устойчивому развитию представил технологию получения особенного синтезированного газа из старых шин. Это возможно при нагревании материала до 1000 °С. Газ на выходе содержит водород, окись и двуокись углерода и метан, что роднит его с природным газом – это позволяет использовать его в качестве источника энергии из-за высокой теплоемкости.

30

Во время горения покрышек выделяются также и другое вещество: твердый углерод, который в дальнейшем можно использовать для производства строительных и отделочных материалов.

Экспериментальный завод по получению альтернативной энергии будет построен уже в ближайшее время на территории итальянского города Тристиа. Его производительность составит около 30 кг шин в час.

Существуют интересные разработки в части утилизации использованных материалов, в т.ч. растительных масел, используемых в быту или технических жидкостей. Например, новая технология BioBot – ультрасовременная химическая фабрика в миниатюре – она не просто утилизирует ненужное масло, но и превращает его в нужное топливо. Точнее, в биодизель, подходящий для использования в любом автомобиле.

Вообще, дизельное топливо позволяет извлечь на 11% больше энергии, чем бензин в том же объеме, а эффективные технологии получения дизеля из растительного сырья делают его одним из перспективных кандидатов на звание «топлива будущего». А биодизель еще лучше обычного, получаемого из нефтепродуктов: он практически не содержит серы и обладает отличными смазочными свойствами.

Сегодня в мире производятся десятки миллиардов литров биодизеля, но это количество легко можно увеличить пятикратно, если утилизация кухонных отходов станет всеобщей.

Стоимость литра дизтоплива в Москве превышает 30 рублей. За один рабочий цикл BioBot позволяет получить до 20 л топлива из бесплатного источника – пищевых отходов (предлагаются и более вместительные версии для кафе и ресторанов, на 75 и 150 л). Необходимые для этого 4 л метанола обойдутся примерно в 60 рублей, а натриевая щелочь – и вовсе считанные копейки.

31

Правда, на переработку масла BioBot может потребоваться до 24 часов. К этому моменту молекулы растительных масел, которые представляют собой эфиры глицерина и жирных кислот, прореагируют с метоксидом натрия. Чистый глицерин образует придонный слой, покрытый еще неочищенным биодизелем. Для достижения нужной чистоты процесс завершается промыванием водой – готовое топливо можно заливать в бак.

Неоднозначные решения встречаются при производстве комплектующих к компьютерной технике. В принтерных красках много химических веществ, опасных для окружающей среды. Японские разработчики придумали, чем можно заменить токсичные чернила и сделать принтеры понастоящему экологичными.

Первый принтер – карандашный, он придуман проектировщиком Хойонгом Ли. Устройство печатает текст или рисунок с помощью обычного карандаша. Грифель в этом случае выступает в качестве тонера. Причем использовать лучше всего маленькие «огрызки» карандашей, которые уже сточены от рисования - это позволяет с толком применить остатки карандашей. Помимо применения в качестве краски простого грифеля, идея еще состоит в том, что весь текст, написанный карандашом, легко можно удалить. Для этой цели в устройство ставят обычную стирательную резинку. Принтер разделен на две части: печатную и стирательную. Таким образом, по задумке разработчика, бумагу можно использовать множество раз.

Второй принтер – чайно-кофейный, автор этого изобретения Джон Хван Жу предложил печатать документы при помощи натуральных красящих веществ – чая или кофе. Причем применяются отходы от напитков, которые были употреблены обычным путем.

32

Использованные чайные листья или молотый кофе добавляют в специальный картридж сверху, помимо того, что чайно-кофейные остатки выполняют функцию чернил, они также наполняют бумагу прекрасным ароматом.

Встречаются примеры и ультра локальных систем очистки. Так, например, индивидуальный воздушный фильтр. Каждый горожанин должен понимать, что воздух, которым он дышит далеко не самый чистый: в нем есть примеси тяжелых металлов, токсичных газов – эти вредные вещества выделяет транспорт, бытовая химия, мусор, который выбрасывают жители большого города. Каждый спасается от этого посвоему: кто-то часто отдыхает на природе, а кто-то изобретает специальный браслет, способный выделять чистый кислород, как это делают деревья.

Hand Tree – это небольшой дыхательный воздушный фильтр изобрел российский студент Александр Костин из Университета им. Столетова.

Выглядит устройство аккуратно и даже незаметно. Hand Tree представляет собой стильный браслет. Гаджет уже оценили на конкурсе Electrolux Design Lab, где новинка добралась до полуфинала. Само название Hand Tree — говорит о свойстве браслета очищать воздух, как это делают деревья, являющиеся поставщиками кислорода для всех живых существ. Hand Tree – это, по сути, портативный воздушный фильтр, который помещен в корпус браслета. Он поглощает пыль, углекислый газ, метан, бензпирен и выделяет кислород.

На браслете есть светодиодный дисплей, а внутри – аккумулятор. Как говорит создатель, если носить такой браслет, то человек будет всегда окружен облаком чистого воздуха.

Можно предположить, что если каждый из нас будет носить Hand Tree, то воздух на планете или хотя бы в отдельном городе станет немного чище.

34

этих целей оказалась комбинация упорядоченных глубоких складок и хаотичной сеточки мелких морщин-прожилок.

Эффективность батареи с таким рельефом поверхности повысилась на 47 %.

За счет модификации полимерная пленка еще стала гораздо гибче, что снова позволило ученым сразу вспомнить о своей вечной мечте – стенах, оклеенных солнечными батареями.

Идея 2. Новые системы будут следовать за Солнцем Задача создать солнечную батарею, которая будет

поворачивается вслед за Солнцем подобно подсолнуху.

Как мы все знаем, Солнце за день проходит по небосклону с востока на запад, в то время как солнечная батарея все стоит себе на крыше и стоит. Это приводит к большим потерям эффективности – КПД фотоэлемента сильно зависит от угла падения световых лучей. Поэтому в продвинутых батареях теперь предполагается система слежения за положением Солнца.

Так, американские ученые создали механизм из нескольких полосок светочувствительного композита. Под действием света этот материал нагревается и скручивается, возникает вращающая сила, которая постепенно поворачивает постамент с солнечной батареей вслед за светилом. Светочувствительный материал механизма – это жидкокристаллический эластомер, скручивающийся при нагревании, сдобренный нанотрубками, эффективно поглощающими свет.

Как результат – повышение продуктивности батареи. Идея 3. Светлячок «подарил» свои неровности

разработчикам солнечных батарей. Задача – воссоздать неровности на брюшке светлячка в светоизлучающих диодах

(LED).

Светодиоды были бы гораздо эффективнее, если бы не физика – из-за явления полного внутреннего отражения большая часть их света просто не может покинуть поверхность устройства и перейти в другую оптическую среду. Но природе

36

эти скучные школьные оптические законы нипочем, и на брюшке светлячка она создала особые зубчатые неровности, которые помогают свету вырваться из плена.

Ученые сначала разглядели их в микроскоп, для верности проверили эффективность в модельных экспериментах, а потом и вовсе решили повторить идею природы на поверхности галлий-нитридных светодиодов.

Эффективность работы таких светодиодов увеличилась на

55 %.

Идея 4. Термитники надоумили построить торговый комплекс. Задача состоит в том, чтобы использовать в зданиях принципы термоконтроля термитников

В 1996 году, в Хараре, столице Зимбабве, открылся торговый комплекс Eastgate, спланированный по последним представлениям о теплосберегающих принципах термитников. Принципах, кстати, вполне нехитрых – днем толстые пористые стены здания прогреваются и накапливают горячий воздух, который системой вентиляторов ночью разносится по стылым коридорам.

Правда, с тех пор научные представления об энергетике термитников уже сильно поменялись, и теперь учёные мечтают о создании новых зданий, дышащих в такт времени суток, чтобы это ни значило.

Морально устаревший по термитным меркам Eastgate всё равно остается очень даже эффективным – его система климатконтроля потребляет на 35 % меньше энергии и стоила в 10 раз дешевле обычных.

Следует отметить, что средняя температура июля, самого холодного месяца в Хараре, составляет 15,5 градусов. Так что для российских реалий ученым и архитекторам, наверное, стоит поучиться у медведей или хотя бы более близких русскому сердцу муравьев.

Идея 5. Рыбы учат людей, как улучшить работу ветряков. Задача состоит в том, чтобы скопировать взаиморасположение рыб в косяке для согласованной работы группы ветряков.

37

Турбулентные воздушные потоки, которые неизбежно появляются вокруг вращающегося ветряка, зачастую могут помешать работе его соседа, вынуждая его буквально крутиться против ветра. С похожей проблемой, видимо, когдато столкнулась и сама природа – ведь каждая рыбешка, плывущая в стае, тоже порождает в воде небольшие завихрения.

Определённым образом расположив их в косяке и согласовав скорости, природа смогла справиться с этой проблемой, а теперь ее решение пытаются воспроизвести американские ученые.

И получается у них, кажется, вполне неплохо – американцы рапортуют о десятикратном увеличении выхода энергии такого косяка ветряков по сравнению с обычной бездушной конфигурацией.

Идея 6. Колышущиеся водоросли вдохновили на создание новых преобразователей приливной энергии в электричество.

Со дна залива от массивной треугольной платформы щупальцами тянутся к поверхности десятки гибких стержней – весьма похоже на заросли водорослей. Колебания водной глади по замыслу ученых увлекают за собой податливые щупальца, а уже кинетическая энергия их движения будет преобразовываться в энергию электрическую. Искусственные водоросли не будут слепо следовать любым капризам стихии. Встроенные в них датчики оценивают интенсивность колебаний и при первом намеке на надвигающийся шторм уводят компактную электростанцию на глубину.

На прототип подобной электростанции мощностью 250 кВт исследователи уже получили около $ 5 млн. от австралийских властей.

38

2. ЭКОЛОГИЧЕСКАЯ БЕЗОПАСНОСТЬ АТМОСФЕРЫ

Экологическая безопасность атмосферы определяется содержанием вредных веществ, которые оказывают неблагоприятное воздействие на окружающую среду и организм человека. Очевидно, что полностью исключить указанные вещества просто невозможно, поскольку всегда в природе есть фоновые концентрации, но максимально сократить их присутствие вполне реальная задача. Возьмем, к примеру ТЭС. Согласно исследованиям, энергетика – самая грязная отрасль в мире. И вовсе не потому, что очень вредно, а просто очень большие объемы выбросов, рассредоточенные по территории. Та же нефтехимия и нефтепереработка в тысячи раз вреднее и опаснее, просто ее меньше. А ТЭС есть практически в каждом более или менее небольшом городе. Итак, чем же вредна ТЭС для атмосферы?

Это продукты сгорания. Все, что когда-то содержалось в твердом, жидком или газообразном состоянии глубоко под землей при сгорании выделяет массу энергии, которая идет на благо человека (тепло, электроэнергия). При этом выделяется большой объем загрязняющих веществ в виде оксида углерода, серы и азота, канцерогенного бензапирена и пр. Для очистки дымовых газов существует масса устройств и технологий, которые при грамотном применении дают отличный эффект. Т.е. выброс в окружающую среду стремится к нулю. Рассмотрим данные технологии.

2.1. Аппараты сухой и мокрой очистки газа

Аппараты сухой и мокрой очистки газа относят к первичным стадиям очистки воздуха или дымовых газов от твердых частиц.

Вентиляционный воздух предприятий или дымовые газы как правило загрязнены твердыми частицами. Твердые частицы встречаются в дымовых газах при сжигании твердого

39