Науки о космосе

Когда в августе 2021 года была принята Концепция развития водородной энергетики в РФ, предполагалось, что основную пользу от нее получат экспортеры водорода и технологий работы с ним. А основным потребителем виделись страны ЕС, ускоренно декарбонизирующие свои экономики в рамках Зеленой сделки. С началом СВО стало очевидно, что надежда на перспективный западный рынок водорода исчезла. А как теперь идет отечественная водородная программа? Речь об этом шла на X форуме «Композиты без границ» в московском Экспоцентре в конце марта 2023 года.

Существенная часть того, чем занимаются прикладные науки и инженерия, — решение проблем. Источников проблем два — природа сама по себе и предшествующие человеческие действия. Поэтому всегда можно ожидать, что наши действия по решению какой-либо проблемы вызовут возникновение новой проблемы. Тем более ценны те редкие случаи, когда удается найти одно решение для каких-либо двух проблем. В этом случае мы создаем себе некий экзистенциальный кредит, защиту от неожиданностей, запас прочности. Именно это удалось сделать авторам данной работы.

Как получить энергию со дна океана? Нет, речь идет не об использовании геотермальной энергии, а о создании невиданного устройства — тепловой электростанции на дне океана. В принципе, человек вполне может это сделать, но, видимо, такая идея просто никому не приходила в голову. Однако развивающаяся климатическая катастрофа делает такой проект весьма интересным.

Исследователи Техниона провели эксперимент по превращению листа растения Корпускулярия Лемана в электролитическую батарейку методом тыка железного анода и платинового катода. При подключении внешней нагрузки фототок в светлое время суток составил 0,02 миллиампера и продолжал течь целый день. Физики отмечают, что на катоде их батарейки протоны объединяются в газообразный водород, который можно будет собирать и потом использовать. Новейший метод может привести к развитию зеленых энергетических технологий, экологичных и многофункциональных. Однако, как скоро вянут такие батарейки, ученые не сообщают.

Японские ученые изучили коррозию стали в жидком олове при температуре от 400 до 600ºC. Оба материала планируют применять в будущих термоядерных реакторах непрерывного действия. Исследователи установили, что на поверхности стали при 500ºC нарастал слой FeSn₂ в сторону жидкого олова. Рост слоя интерметаллида внутрь твердой стали был заметен спустя 250 часов и происходил за счет диффузии атомов олова вдоль границ мартенситной структуры. Авторы работы выявили ключевой механизм разрушения стали в жидком олове. Статья появилась в журнале Corrosion Science.

Менделеев считал, что углеводороды образуются в мантии Земли из неорганического углерода и водорода на сверхбольших глубинах. С начала ХХI века в разных лабораториях мира физики проводят эксперименты, подтверждающие эту идею.

Вступив в период перемен, частным проявлением которых служат попытка энергетического перехода, декарбонизация и Зеленая сделка ЕС, человеческая цивилизация должна радикально измениться в самой своей сути: перестать быть цивилизацией технического типа. То есть перестать полагаться на техническую мощь машин, и постараться вернуться к жизни в гармонии с природой. Поэтому перемены затрагивают не только методы получения и использования энергии, а практически все области производства и общественных отношений.

Человечество уже накопило не только запас идей, но и создало кое-какие технологии утилизации СО₂, а некоторые из них воплотило в промышленные установки. Эти усилия предпринимают главным образом те страны, где нет собственных источников ископаемых углеводородов. Как же их активность скажется на судьбе других стран, чье благополучие сегодня строится именно на сбыте углеводородов первым странам, так сказать, на свите углекислого дракона?

Топливные сборки в атомном реакторе работают несколько лет, вырабатывая примерно 50 ГВт энергии на тонну урана. А потом их извлекают и отправляют... Нет, не на переработку, а в хранилище. Казалось бы, такое решение нелогично — в них остаются довольно большие запасы делящихся изотопов, которые можно использовать для изготовления нового топлива.

Новый солнечный фотогальванический элемент из органических веществ способен конвертировать в электрическую энергию 17,3% попадающего на него солнечного света. Прежний рекорд солнечных батарей составлял 14%. Возможно, потенциал органических солнечных батарей недооценен, и со временем они смогут не только составить конкуренцию обычным кремниевым батареям, но и превзойти их.

Разработаны литий-ионные аккумуляторы, которые не теряют производительности при температуре –70°C. В перспективе такие аккумуляторы могут улучшить работу смартфонов и электромобилей в зимнее время, а также оказаться полезными для техники, эксплуатируемой на больших высотах, или для спускаемых аппаратов, исследующих поверхность небесных тел Солнечной системы — планет и их спутников.

Химики из Университета Бристоля показали, как получить из пива экологически безопасное возобновляемое топливо, — задача весьма актуальная в перспективе истощения углеводородных запасов.

Исследователи из Китая разработали элегантное решение, позволяющее превратить ржавые стальные изделия в идеальные электроды для калий-ионных источников питания. Особенность метода заключается в том, что ржавчину не удаляют, а превращают в сетчатую структуру, способную запасать ионы калия. Электропроводность и стабильность новых электродов во время повторяющихся циклов «зарядка/разрядка» обеспечиваются образованным на них покрытием из восстановленного оксида графена.

Начало ядерно-космической эры стало своеобразным триумфом материаловедения: обуздание стихии ядерного ядра и проникновение за пределы Земли были задачами, которые прежде человечество никогда не решало. Поэтому для создания соответствующих устройств понадобились невиданные ранее материалы, в том числе и полученные из таких веществ, которые были известны считаному числу химиков и казались никому не нужными. Но чтобы их можно было использовать, потребовалось выяснить свойства новых веществ, найти средства воздействия на них. История циркония служит прекрасной иллюстрацией того, как исследователи сумели решить подобного рода задачи.

Международная группа исследователей под руководством Лян-ши Ли из Университета Индианы сделала еще один шаг к разработке технологии рециклизации диоксида углерода в топливо или в исходные вещества для органического синтеза. Химики синтезировали молекулу, которая под действием облучения или электрического тока восстанавливает углекислый газ до монооксида углерода (СО). При этом новый способ более эффективен, чем любой другой, известный до сих пор.

Если спросить любого, падают нынче на бирже или растут цены на железную руду, тростниковый сахар или стальной прокат, то, наверное, почти каждый ответит: «Понятия не имею». И по телевизору об этом не говорят, и в Интернете эта тема мало обсуждается. А знаем ли мы, как обстоят дела с нефтью, почем нынче баррель? Может, какие-нибудь деревенские старухи, вроде солженицынской Матрены, не ответят. А так у большинства это все на слуху.