Технологию, которая поможет быстрее опреснять морскую воду и поднять КПД солнечных генераторов, создали ученые НИЯУ МИФИ в составе международного научного коллектива. Новый метод, по словам авторов, отличается от аналогов использованием недорогих и относительно безопасных наночастиц. Результаты опубликованы в журналах Renewable Energy и International Journal of Heat and Mass Transfer.
Солнечные генераторы, производящие электроэнергию за счет испарения воды, – важный элемент многих систем возобновляемой энергетики. Перспективной, по словам ученых, считается схема, при которой паровые мини-турбины совмещаются с солнечным опреснителем морской воды. Для многих регионов мира подобные комбинированные устройства являются важным источником энергии и воды для сельского хозяйства.
Ученые НИЯУ МИФИ совместно с коллегами из Норвегии и Китая смогли повысить эффективность солнечной парогенерации на 15-25 процентов. По их словам, больше пара, чем обычное кипячение жидкости, может произвести кипячение с помощью света водной суспензии светопоглощающих наночастиц. Для придания воде новых свойств ученые использовали наночастицы графита и оксида железа.
"Изученный нами эффект был открыт в начале 2000-х годов учеными из США и Австралии, но дальше маломасштабных лабораторных опытов коллеги не пошли. Мы серьезно расширили теоретическое описание процесса и нашли способ его промышленного применения. Большое преимущество нашей системы в том, что мы не используем дорогостоящие частицы золота и серебра", – сообщил руководитель исследования, специалист ИЯФиТ НИЯУ МИФИ, профессор Университета прикладных наук Западной Норвегии Борис Балакин.
Новая методика, по словам авторов, прежде всего позволит быстрее опреснять и дезинфицировать соленую или сбросную воду, используя только концентрированный солнечный свет. Кроме того, технология найдет применение в фотодинамической терапии рака и при создании систем охлаждения космической техники, считают ученые.
Разработанный для применения новой технологии прототип генератора, как сообщили создатели, в идеальных условиях обеспечит мощность до 5 кВт с площади испарения в 200 см2, и примерно вдвое меньше с учетом погодных условий.
Полученные наносуспензии графита и оксида железа примерно в 250 раз дешевле зарубежных аналогов с наночастицами золота. Кроме того, жидкости не являются нанотоксичными по причине постепенного объединения наночастиц до микронных размеров, отметили ученые. Это значит, что после специальных биофизических испытаний такую воду скорее всего можно будет использовать для хозяйственных нужд без дополнительной очистки.
"Для производства наносуспензий мы используем мелкодисперсные порошки графита и железа, которые размешиваются в воде ультразвуковым гомогенизатором. Созданный нами прототип включает в себя солнечный концентратор, автоматически отслеживающий движение Солнца в течение дня. Все компоненты системы отечественного производства", – рассказал Борис Балакин.
Как объяснили ученые, для повышения КПД установки на входе в парогенератор наносуспензии можно подогреть геотермальным теплом, сбросным теплом предприятий или датацентров, фрикционным теплом ветряков. В дальнейшем ученые намерены разработать новые составы наножидкостей и прототипы установок, которые помогут повысить эффективность различных систем возобновляемой энергетики.
Исследования осуществлялись при поддержке Российского научного фонда, проекты 17-79-10481 и 17-79-10083.