Необычные батарейки: как "хранить" энергию с помощью кексов и фасоли

Чтобы добыть энергию, можно жечь уголь, использовать ветер, солнце и радиоактивные элементы. Но одно дело – добыть, а другое – как ее хранить. Сегодня привычные батарейки и аккумуляторы может заменить песок или даже вода. Финны вообще придумали, как удерживать тепловую энергию в пещерах.

Для чего в Австралии хотят набить электростанции шоколадными кексами? И как превратить небоскреб в гигантскую батарейку? О необычных способах хранения энергии рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Курица не птица, а источник питания

Запеченная курица с румяной корочкой – это не сытный обед, а самый аппетитный в мире источник питания. Разница только в том, что питаться будет не человек, а электронное устройство. Например, видеорегистратор или светодиодная лента.

Конечно, подключать гаджеты к целой курице нет смысла. Для начала из тушки нужно добыть жир. Звучит невероятно, но международная команда исследователей обнаружила, что он способен накапливать энергию.

"Для этого растопили отходы от производства бройлеров над газовой горелкой. В саже остались решетчатые наночастицы из углерода. Их замочили в растворе кислоты, а после поместили в электроды суперконденсатора. Такие устройства, в отличие от обычных батареек, накапливают энергию не за счет химической реакции, а электростатическим способом. И поэтому суперконденсаторы намного долговечнее", – пояснил профессор факультета материаловедения и инженерии Индийского института технологий Дипак Гупта.

Новые наночастицы из птичьего жира отлично показали себя в качестве материала для электродов. Они емкие, надежные, быстро передают ток и при этом очень бюджетные.

Корни бобовых помогут сохранить энергию

Но чтобы накопить энергию, необязательно иметь курятник. Достаточно огорода или даже портативной грядки на балконе. Если копнуть поглубже в прямом смысле, можно обнаружить самый экологичный в мире аккумулятор для наручных часов. Команда шведских ученых нашла способ накапливать энергию в корнях бобовых.

Для этого фасоль придется удобрять раствором с так называемыми олигомерами. Эти молекулы выглядят как длинные цепи из одинаковых элементов. Во время полива они словно оплетают растение, и на поверхности образуется тонкая полимерная пленка, которая проводит ток. Дальше в дело вступает уже знакомый принцип суперконденсатора.

"От основного корня фасоли отходит множество одинаковых придаточных. Все они служат электродами, между которыми курсируют ионы, постоянно заряжая и разряжая растение. Электропроводность каждого сантиметра составляет примерно 10 сименсов. То есть среднего куста вам вполне хватит, чтобы питать маломощную электронику. Правда, делать это можно только месяц, пока бобы растут. А вот когда они начинают цвести и плодоносить, энергия перестает накапливаться", – уточнила научный сотрудник лаборатории органической электроники Линчепингского университета Элени Ставриниду.

Зачем "хранить" энергию в кексах

Тогто – крупнейшая угольная ТЭС мира. Она расположена в автономном районе Внутренней Монголии и принадлежит Китаю. Мощность этой громадины – почти семь тысяч мегаватт. Хватит, чтобы запитать пол-Москвы. Угля предприятие сжигает тоже очень много. На выходе получается невообразимое количество дыма и гари. Но экологическую проблему можно решить, если хранить энергию в кексах.

Почему шоколадная крошка из кексов не плавится в горячей духовке? Ведь чтобы обычная плитка "потекла", ее достаточно просто положить в карман. Но с выпечкой другое дело: тесто, как термос, защищает начинку. Именно этот принцип вдохновил австралийских инженеров Университета Ньюкасл на создание новых установок для хранения энергии. Пористые блоки делают из материалов с разной температурой плавления. При нагревании более стойкий к высоким градусам компонент еще больше твердеет и превращается в броню. А менее стойкий – становится жидким, впитывает энергию и хранит ее несколько дней.

"Каждый блок способен накопить до пяти мегаватт-часов. Этого хватит, чтобы больше двух лет питать электричеством среднюю квартиру. Но мы предлагаем использовать наши кирпичи вместо угля на тепловых электростанциях. Там нужно установить ветрогенераторы и солнечные батареи. В период, когда они будут давать избыточное количество энергии, ее можно направлять на наши накопители. А когда она вновь потребуется, забирать обратно через газ-переносчик", – рассказал профессор кафедры машиностроения Университета Ньюкасла, главный научный сотрудник компании-разработчика блоков для хранения энергии Эрих Киси.

Детская игрушка для хранения мощностей

Российские исследователи Московского энергетического института пошли еще дальше. Они придумали, как хранить огромные мощности с помощью юлы, парящей в пустоте. На научном языке уникальное изобретение называется "кинетический накопитель с магнитной левитацией".

Доцент кафедры электромеханики, электрических и электронных аппаратов НИУ "МЭИ" Екатерина Курбатова показала в программе модель изобретения:

"Здесь мы видим модель маховика, который находится внутри нашего кинетического накопителя энергии. Сверху у нас находится постоянный магнит, установленный в оправке в виде маховика, а внутри, снизу, у нас находится сверхпроводник, который должен находиться постоянно в жидком азоте, то есть находиться при низкой температуре".

Чтобы стальное колесо вращалось бесконечно, ученые убрали все, что может его затормозить, даже воздух. Пока волчок вертится в вакуумной камере, установка накапливает энергию. И в любой момент может передать ее на мотор-генератор, который превращает энергию движения в электричество.

Новые кинетические накопители, в отличие от аккумуляторов, не портятся из-за многочисленных циклов зарядки и разрядки и способны отдавать энергию очень быстро. В будущем такие устройства могут появиться даже на заправках для электромобилей.

"Такие накопители энергии могут стоять 20-25 и более лет практически без обслуживания и быстро заряжать электромобиль в течение 10 минут", – отметила Курбатова.

Как превратить небоскреб в гигантскую батарейку

В Австрии, Бразилии, Польше и Германии решили вообще не изобретать никаких дополнительных устройств для хранения энергии. Международная группа ученых предлагает использовать для этого уже готовые небоскребы.

Чтобы зарядить такой гигантский аккумулятор, нужен всего лишь современный лифт. Когда подъемник едет вверх, он тратит электричество. А вот когда опускается – наоборот, вырабатывает. За это отвечает безредукторный привод. Устройство преобразует силу движения кабины в ток и возвращает его обратно в сеть. Нетрудно представить, насколько возрастет уровень энергии, если как следует нагрузить лифт мокрым песком и отправить с 100-го этажа на первый.

"Когда лифт с грузом на верхнем этаже – небоскреб заряжен, когда на нижнем – разряжен. Чем выше здание, тем больше можно накопить энергии. В таких мегаполисах, как Нью-Йорк или Чикаго, потенциал технологии составляет от 30 до 300 гигаватт-часов. Этого хватит, чтобы обеспечить электричеством и сами высотки, и здания поблизости", – сообщил доцент кафедры окружающей среды и технологий Манчестерского университета Уолтер Лил.

Консервация солнечных лучей

Даже самый высокий небоскреб бесполезен, если вам некуда девать энергию. Удивительно, но в Китае ее переизбыток от солнца. По количеству солнечных панелей Поднебесная давно обогнала весь мир. Уже сейчас они производят 660 гигаватт-часов электроэнергии. Это намного больше, чем нужно стране, а накапливать энергию про запас негде.

Решение проблемы предложили специалисты финской компании. Они собираются консервировать лишние солнечные лучи под землей в виде горячей воды. Крупнейшее в мире хранилище построят в скале рядом с городом Вантаа уже через четыре года. В породе вырубят несколько огромных пещер – каждая размером со стандартный футбольный стадион. Затем установят мощные электрокотлы и регуляторы давления.

"Лишняя энергия от солнечных и ветряных станций будет питать котлы. Они смогут нагревать воду до 140 градусов. Благодаря постоянному высокому давлению в резервуарах она не будет закипать и испаряться. Когда потребуется, жидкость можно выпускать в отопительную систему. Мощности в 90 гигаватт-часов хватит, чтобы целый год обогревать средний европейский город", – отметил инженер компании-разработчика подземного хранилища энергии Вилле Сеппала.

Правда, стоит проект огромных денег – в пересчете на рубли больше 19 миллиардов. А окупится только через четверть века, и то, если зимы в Финляндии будут достаточно холодными.

Кажется, идеальный накопитель энергии еще придется поискать. И кто знает, может, он прямо сейчас лежит на вашей тарелке в виде куриной ножки с гарниром из бобов.

О самых невероятных достижениях прогресса, открытиях ученых, инновациях, способных изменить будущее человечества, смотрите в программе "Наука и техника" с ведущим Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.