Технологии будущего, которые существуют сейчас

Технологический процесс не стоит на месте. Каждый год ученые создают что-то новое. Поэтому мы собрали технологии в сфере энергетики, которые вчера казались невероятными, а уже сегодня они работают.

ЭНЕРГИЯ ДВИЖЕНИЯ ЧЕЛОВЕКА

Человек производит огромное количество движений, которые — теоретически — можно было бы трансформировать в энергию. Условно говоря, сейчас когда вы передвигаетесь по улице вы производите энергию, которую можно использовать для зарядки телефона или ноутбука. Так же подумали инженеры из компании Go Kin Packs (CША) и решили создать оборудование, которое вырабатывает электроэнергию при движении человека.

Рюкзак Go Kin (источник: завод производитель)

В нижней части рюкзака расположено устройство, к которому подведены два кабеля. Эти кабеля подключаются к вашей обуви и превращают кинетическую энергию в полезную. Другими словами, к Вашей обуви прикрепляются два кабеля, которые во время ходьбы работают как рычаги и заводят моховик, который вырабатывает электроэнергию.

«Если вы ведете активный образ жизни и любите походы или просто пешие прогулки по тропам, то рюкзак GO Kin идеально подойдет для питания Ваших гаджетов в пути. Прототип способен всего за 5 минут быстрой ходьбы генерировать электроэнергию, достаточную для работы мобильного телефона в течение 25 минут», говорит директор компании Go Kin Packs.

Одним из направлений по получению энергии из движения человека является преобразование энергии движения пальцев при работе со смартфонами и планшетами. До недавнего времени не существовало работающих прототипов, но совсем недавно компания Fujitsu выпустила планшет Ecopad. Главным отличием данного планшета от остальных является подпитка аккумулятора во время работы (касанием экрана пальцами).

Планшет Ecopad (источник: завод производитель)

Южнокорейские дизайнеры придумали технологию, которая подразумевает установку под экраном планшета Ecopad пьезоэлектрических элементов, которые и будут вырабатывать электроэнергию в тот момент, когда Вы будете нажимать пальцами на сенсорный экран. Пьезоэлектрический эффект заключается в возникновении электрического поля под действием механических напряжений.

«ЛЕТАЮЩИЕ» ВЕТРОАГРЕГАТЫ

Технология использования энергии ветра для получения электричества известна давно и большинство знает, как это работает. Главной проблемой использования ВЭУ было наличие достаточного ветропотенциала. Поэтому производители старались сделать свои ветроагрегаты все выше и выше. А компания Altaeros Energies решила пойти по другому пути и соорудила ветряк, способный подниматься в воздух.

Buoyant Airborne Turbine (источник: завод производитель)

Летающий аппарат представляет собой кольцевую оболочку, наполненную гелием, в центре которой расположена турбина и электрогенератор. Buoyant Airborne Turbine может подниматься на высоту от 300 до 600 метров. На такой высоте дуют более сильные и стабильные ветры, что важно при промышленных масштабах производства энергии.

Ветроагрегат прошел испытания на Аляске. Испытания проводились при скорости ветра 70 километров в час. Однако создатели сообщают, что аппарат может выдержать и более порывистые ветры, налетающие со скорость 160 километров в час.

Но, кроме производства электрической энергии конструкция ветрогенератора может нести на себе метеорологическое и коммуникационное оборудование, такое как оборудование мобильной связи или Wi-Fi, которое будет питаться вырабатываемой энергией.

ПЬЕЗОЭЛЕМЕНТЫ

Идея использования пьезоэлементов для получения электроэнергии возникла давно, но извлечь из них большое количество электроэнергии никому до сих пор не удавалось. Компания Innowattech предложила новую систему получения и хранения энергии. Источником такой энергии является давление, которое оказывает на поверхность движущийся автомобиль, поезд или самолет во время взлета или посадки. Преимущества этой идеи по сравнению с другими разработками в области добычи экологически чистой энергии в том, что не требуется выделения дополнительной территории и система работает независимо от погодных условий. Следует отметить также, что предложенная система получения и хранения энергии может быть использована при создании разветвлённой «заправочной» инфраструктуры для электромобилей.

Под асфальт на дорогу или под рельсы на железной дороге на определённом расстоянии друг от друга устанавливаются пьезоэлектрические генераторы, способные превращать энергию давления проезжающего транспорта в электроэнергию. Запасаемая в компактных накопителях, она будет напрямую поставляться близлежащим потребителям.

Дорога с пьезоэлементами

Помимо дорог подобные установки уже функционируют, например, в японском метрополитене есть станция с пьезоэлектрическим полом, использующим давление ног пассажиров для выработки электроэнергии, достаточной для питания нескольких турникетов.

На таком же принципе действует танцпол в одной из английских дискотек. Танцующие генерируют ток для нескольких дискотечных фонарей и автомата для продажи напитков.

ЯДЕРНЫЕ ОТХОДЫ

Одной из проблем при эксплуатации АЭС является утилизация ядерных отходов. Если учесть, что к концу сроку службы использованными оказываются только 5% атомов урана — остальные 95% отправляются на захоронение. С этой проблемой пытаются бороться во всем мире. Компания Hitachi совместно с учеными из Массачусетского технологического института разработала технологию, предполагающую погружение урановых стержней в жидкий натрий вместо воды. Это изменение позволит кардинально поменять соотношение использованных и неиспользованных ресурсов — 5% урана уйдет в отходы, а остальные 95% превратятся в энергию. Но главная особенность данной АЭС заключается в том, что такие реакторы могут повторно использовать стержни, которые были отправлены на захоронение.

Компания Hitachi уже сконструировала новые реакторы и предлагает их для закупки, однако стоимость постройки новых станций крайне высока. К тому же мир все еще с опаской относится к идее оборудования новых атомных электростанций.

ПРОЗРАЧНЫЕ СОЛНЕЧНЫЕ БАТАРЕИ

Большинство людей при слове «солнечные батареи» представляют синие прямоугольники. Они будут правы, но ученые из Мичигана сконструировали прозрачные солнечные панели.

Прозрачные солнечные панели (источник: университет штата Мичиган)

Данные панели работают на излучении инфракрасного или ультрафиолетового спектра, не затрагивая видимый спектр, поэтому они прозрачные и бесцветные, как стекло.

Замена окон на солнечные батареи могла бы создать прорыв в энергетике: огромные площади зданий можно было бы использовать с пользой. Главной проблемой остается эффективность: созданная батарея имеет КПД всего порядка 1%.

Для сравнения прозрачные, но цветные солнечные батареи имеют КПД около 7%. Это много меньше КПД обычных солнечных батарей, имеющих эффективность 15-20% . Ученые убеждают, что смогут «подтянуть» КПД полностью прозрачных батарей до 5%. Этого уровня может оказаться достаточным для начала массового внедрения солнечных батарей вместо обычных окон. Невысокий КПД будет компенсироваться отсутствием необходимости поиска места для монтажа, а стоимость установки таких панелей будет почти равна стоимости установки обычных окон.

Но дальше пошли исследователи из Технического Центра Финляндии (VTT), которые объявили о новом методе массового производства, основанного на полиграфической технологии трафаретной печати, который позволяет изготавливать декоративные, органические солнечные батареи.

Органический фотоэлемент (источник: www.cheburek.net)

Органический фотоэлемент изготавливается по технологии рулонной трафаретной печати на обычных типографских машинах и, имея толщину всего около 0,2 миллиметра, включает в себя электроды и слои полимера, где аккумулируется солнечный свет. Ученые из VTT доказали целесообразность метода на собственном опытно-экспериментальном заводе, используя коммерчески доступные материалы. Экспериментальный образец выполнен в виде напечатанного листа дерева, его активная поверхность составляет 0,0144 м². 200 таких «листьев» в совокупности могут генерировать электрический ток 3,2 А мощностью 10,4 Вт.

При использовании таких солнечных панелей расширяется область потенциального использования, ведь теперь их можно размещать на поверхностях как внутренних, так и внешних стен, окон и других строительных конструкций.

«IT»-ТЕПЛО

Современную жизнь невозможно представить без интернета. Для хранения такого количества информации необходимо создавать большое количество серверов, которые как известно выделяют большое количество тепла при работе. Для их охлаждения создаются специальные градирни. Но развитие не стоит на месте. Кто-то подумал и решил: «Почему бы не использовать это тепло?»

Немецкая компания Cloud & Heat усовершенствовала конструкцию облачных серверов, которые стали использовать тепло, исходящее от них. И компания продает Вам не тепло, а свой сервер. Тепло, которого будет идти на обеспечение горячей воды и отопления.

Стоимость установки одного сервера составляет около 15 000 долларов. Компания предоставляет его на 15 лет. Если это кажется дорогим: по статистике среднегодовой счет за отопление в Германии составляет около 1300 долларов. Компания также берет на себя обязательство по платежам за электроэнергию, которую потребляет сервер.

Некоторые IT-компании также работают над созданием подобной технологии.

КОСМИЧЕСКИЕ СОЛНЕЧНЫЕ СТАНЦИИ

Главной проблемой солнечных электростанций является непостоянность выработки электрической энергии. Во-первых, из-за смены дня и ночи. Во-вторых, из-за наличия атмосферы интенсивность солнечного освещения падает.

Ученые попытались решить эту проблему, и нашли выход – строительство космических солнечных электростанций в космосе.

Концепция солнечной электростанции в космосе

Как видно из рисунка это довольна «простая» технология. В открытом космосе устанавливаются солнечные батареи, которые будут поглощать излучение Солнца и передавать накопленную энергию на планету при помощи сверхвысокочастотных или лазерных лучей. Такая электростанция всегда вырабатывает электроэнергию и когда существует ее избыток, то возможно отключить передатчик.

Проблема проекта— цена. Однако в недалеком будущем благодаря повышению эффективности солнечных батарей и снижению стоимости вывода кораблей на околоземную орбиту космические солнечные станции могут стать реальностью.

ТЕРМОЯДЕРНЫЙ СИНТЕЗ

Термоядерный синтез одна из самых популярных технологий в мире. На ее развитие выделяются колоссальные деньги. Это не удивительно, ведь в случае успеха развития мир будет обеспечен дешевой и практически бесконечной энергией.

Управляемый термоядерный синтез – научная проблема осуществления синтеза легких ядер с целью производства энергии. Проблема может быть решена при температуре выше 10⁸К и выполнения Лоусона критерия (nτ>10¹⁴ с/см3, где n – плотность высокотемпературной плазмы, τ - время удержания ее в системе).

Добиться успеха в получении сверхвысоких температур у человечества уже получилась, а вот бороться со вторым критерием еще не получилось. Выполнение критерия Лоусона заключается в том, чтобы реагирующая смесь была очень хорошо термоизолирована (т.е. высокая температура должна поддерживаться достаточно долго, чтобы произошло необходимое число реакций и выделившаяся за счет этого энергия превышала энергию, затраченную на нагрев топлива). Для решения этой проблемы было предложено 2 пути решения:

1. изолирирование горячей плазмы от контакта с холодными стенками реактора с помощью магнитного поля. Это технология магнитного удержания. Она основана на способности магнитного поля оказывать давление на плазму и снижать ее теплопроводность.
2. поместить в термоядерный реактор атомную бомбу, и взорвать ее внутри. При взрыве давление плазмы составляет миллионы атмосфер, и противостоять ему, конечно, невозможно. Но выиграть какое-то время позволяют силы инерции - даже при огромном давлении расширение вещества не может произойти мгновенно. Такой способ удержания называют инерционным, поскольку кроме инерции плазму ничто не удерживает. Если взять реактор диаметром 10 м и провести такой эксперимент то выделенная энергия составит порядка миллиарда джоулей!!!

Ученые пошли по первому пути и так появились термоядерные реакторы. Которые получили название тороидальная камера с магнитными катушками (токамак). Это были первые реакторы управляемого термоядерного синтеза. До недавнего времени токамак считался наиболее перспективным устройством для осуществления управляемого термоядерного синтеза

Внешний вид токомака

Сердце работающего токомака

Знаете ли Вы? Первый токамак был построен в 1954, и долгое время токамаки существовали только в СССР. Лишь после 1968 года, когда на токамаке T-3, построенном в Институте атомной энергии им. И. В. Курчатова под руководством академика Л. А. Арцимовича, была достигнута температура плазмы 10 млн градусов, и английские ученые со своей аппаратурой подтвердили этот факт, в который поначалу отказывались верить, в мире начался настоящий бум токамаков.

Помимо цены, можно выделить еще одну проблему токамака– это размеры. При современном уровне развития техники токамаки это гигантские сооружения. Размеры спроектированного реактора – 30 метров в диаметре при 30-метровой высоте.

Но, похоже, корпорация Lockheed Martin смогла добиться прорыва на направлении, которое давно признано безнадёжным. Не исключено, что учёным, занятым в этом проекте, удалось решить основную проблему, связанную с нарушением сверхпроводимости под влиянием сильных магнитных полей при недостаточной длине конструкции. Другими словами, они смогли создать мощную энергоустановку при минимальных размерах. Полных данных о своей работе корпорация не раскрывает, но намекает, что речь идёт о создании реактора мощностью порядка 100 мегаватт при габаритах в районе 2 × 3 метра.

Реактор управляемого термоядерного синтеза компании Lockheed Martin