Наножидкости могут далеко продвинуть альтернативную энергетику, однако с их массовым использованием до сих пор связан ряд трудностей. Международная команда, частью которой стали ученые Южно-Уральского государственного университета (ЮУрГУ), исследовала основные проблемы и обозначила последовательность их решения, сформировав «дорожную карту». Результаты работы опубликованы в высокорейтинговом научном журнале «Nano Energy» (Q1).
Прежде чем альтернативная энергия преобразуется в электрическую, она концентрируется в емкости с теплоносителем – жидкостью, которая передает тепло в емкость с водой, а та, закипая, приводит в движение вырабатывающие электроэнергию турбины. Наножидкости — это новые теплоносители, они отличаются превосходными возможностями теплопередачи и транспортировки. Более того, применение наножидкостей соответствует целям программы «Горизонт 2020», разработанной Европейским союзом для развития научных исследований и технологий. Однако у коммерческого использования наножидкостей в настоящее время есть ограничения.
Поэтому международная команда ученых, в число которых вошел доктор технических наук, директор Международного Инновационного Центра «Альтернативная Энергетика» ЮУрГУ Евгений Соломин, проанализировала существующие проблемы использования наножидкостей и составила «дорожную карту» по преодолению выявленных узких мест.
В исследовании участвовали ученые девяти стран, и каждая сторона работала над своим заданием. После обмена результатами была разработана единая концепция. Например, китайские коллективы изучали стабильность поведения наножидкостей в различных условиях при изменениях физических и химических условий, коллективы США и Великобритании провели коммерческий анализ, анализ отказов оборудования, а также изучили влияние нанодобавок на окружающую среду. Российская сторона моделировала поведение наножидкостей в трубах малого диаметра на изгибах трубопроводов солнечного сектора и изучала вероятности образования наноотложений в каналах.
.jpg)
«Свойства нанодобавок в части образования отложений на стенках сосудов и труб, которые могут быстро приводить к засору, до сих пор не изучены. Такой засор нельзя ликвидировать стандартными средствами, как промывание, механическая чистка, поскольку наночастицы образуют прочный „сплав“, не поддающийся удалению. При возникновении подобных проблем изделие нужно менять. В статье мы определили меры, которые позволят преодолеть это и другие ограничения», – рассказал Евгений Соломин.
Для изделий, взаимодействующих с наножидкостями, предложили использовать только защищенные от эрозии и коррозии материалы. Работающие с такими жидкостями специалисты должны быть защищены от токсикологических осложнений. Дело в том, что попадание наночастиц на кожу или в дыхательные пути может привести к целому ряду проблем (опухолям, застою крови, изменению структуры клеток). Популярные средства защиты не спасают, и этот риск обязательно должен быть снижен.
Ученые напомнили о необходимости обеспечить долгосрочную стабильность наножидкостей. Если не решить проблему с этим свойством, при утилизации жидкость может негативно влиять на окружающую среду. Использование однородных частиц – один из эффективных вариантов, но их производство слишком дорогое, поэтому рыночные риски только повысятся. Также уменьшить негативное влияние при утилизации наножидкости можно, если производить наночастицы с уникальными свойствами для конкретных сфер использования.
Подробнее о предложениях, внесенных в «дорожную карту», рассказывается в статье, опубликованной по результатам исследования. Ее публикация положила начало международному сотрудничеству ЮУрГУ и ряда зарубежных коллективов по теме использования наножидкостей в энергетике.
На основе данных, полученных при сборе материалов для статьи, российский коллектив в 2022 году подал заявку на Мегагрант Минобрнауки РФ под руководством ведущего ученого Омида Махиана (Сианьский университет Цзяотун, Китай) по разделу «Электротехника и электроника», по теме создания в ЮУрГУ лаборатории мирового уровня «Лаборатория декарбонизации и нанотехнологий».
Южно-Уральский государственный университет – это университет цифровых трансформаций, где ведутся инновационные исследования по большинству приоритетных направлений развития науки и техники. В соответствии со стратегией научно-технологического развития РФ университет сфокусирован на развитии крупных научных междисциплинарных проектов в области цифровой индустрии, материаловедения и экологии. В 2021 году ЮУрГУ победил в конкурсе по программе «Приоритет 2030». Вуз выполняет функции регионального проектного офиса Уральского межрегионального научно-образовательного центра мирового уровня (УМНОЦ).