Институт катализа СО РАН разработал композит для эффективного запасания тепловой энергии

Ученые Института катализа СО РАН разработали композитный материал для эффективного запасания тепловой энергии. Устройства на его основе могут использоваться для обогрева помещений в регионах с умеренным климатом.

Композитный материал, разработанный в ИК СО РАН, изготовлен на основе минерала вермикулита, модифицированного высокодисперсными добавками оксида алюминия, и соли — хлорида лития. В качестве рабочей жидкости используется метанол. Композит предназначен для устройств адсорбционного запасания теплоты, которых на рынке пока нет — они только разрабатываются. 

Технически такое устройство состоит из реактора с сорбентом и двух резервуаров с рабочей жидкостью — испарителя и конденсатора. Чтобы запасти энергию, сорбент сушат днем, например, под солнцем. Для получения тепла реактор с сухим сорбентом соединяют с испарителем, и пары рабочей жидкости поступают на него. В процессе адсорбции паров (поглощения — прим. ред.) происходит выделение запасенной теплоты, и это тепло можно использовать для обогрева помещения ночью. Это пример суточного цикла запасания тепла. Возможен и сезонный цикл, когда энергию запасают в течение лета и используют зимой — это зависит от площади сорбента и мощности устройства.

Сканирующая электронная микроскопия гранулы вспученного вермикулита

Композитный адсорбент на основе хлорида лития и вермикулита обладает огромной энергоаккумулирующей способностью. Однако его недостаток — медленная динамика десорбции и адсорбции рабочей жидкости, то есть тепловая энергия запасается и высвобождается недостаточно быстро. Это ограничивает удельную мощность возможных устройств на его основе, что препятствовало бы их широкому внедрению. Ученые Института катализа СО РАН поставили перед собой задачу сделать динамику десорбции метанола — выделения паров с запасанием тепловой энергии — более интенсивной.

«Для ускорения десорбции, во время которой происходит запасание тепла, мы предложили модифицировать поверхность исходного вермикулита добавками высокодисперсных частиц оксида алюминия. Это действительно сработало, и мы ускорили десорбцию в 2–12 раз в зависимости от условий процесса. Это решение поможет повысить удельную мощность адсорбционных устройств запасания тепла на основе данного композита», — рассказывает младший научный сотрудник отдела нетрадиционных каталитических процессов Института катализа СО РАН Светлана Стрелова.

Ожидается, что этот композит может быть использован в будущем в адсорбционных устройствах запасания тепла для регионов с умеренно холодным климатом.

Вермикулит — минерал из группы гидрослюд, состоящий из пластинчатых кристаллов золотистого или бурого цвета. В России есть несколько крупных месторождений вермикулита, что делает этот материал доступным и дешевым. При быстром нагреве в вермикулите образуется большое количество пор с объемом в 2–10 раз больше, чем у стандартных адсорбентов типа силикагелей. Наличие пор с высокой удельной площадью поверхности критически важно для процесса адсорбционного запасания тепла. 

Хлорид лития — литиевая соль, которая представляет собой белые кристаллы, поглощающие водяные пары из воздуха. Соль выступаем основным сорбирующим компонентом, а матрица препятствует агрегации частиц соли и обеспечивает перенос газа по системе пор и тепла по каркасу.