Зима больше не страшна — тепло будет получаться из холода

Исследователи из Института катализа Сибирского отделения РАН предложили в условиях низкой температуры поглощать пары метанола пористым материалом-адсорбентом. Для того, чтобы из холода получить тепло. Напомним, что адсорбция – процесс поглощения веществ из раствора или газовой смеси другим веществом – тем самым адсорбентом.

Задача получить тепло из чего-нибудь нового

Сначала учёные поставили перед собою задачу узнать, может ли какой-то новый термодинамический цикл обеспечить достаточную эффективность и мощность генерации теплоты.

Чтобы ответить на этот вопрос, они сконструировали установку, названную по имени цикла «Тепло – холод» «ТепХол». В ней имитировался холодный воздух и незамерзающая вода. Адсорбент помещали в специальный теплообменник, сделанный из алюминия. Он был изготовлен пористым, чтобы в конечном объёме получить большую площадь поверхности.

В результате при поглощении метанола адсорбентом выделялось тепло. А что такое метанол? Это тот самый смертельный для здоровья «древесный спирт», который сегодня промышленным образом получают из оксида углерода (то есть угарного газа) и водорода (которого полно просто в воде).

Первые результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), были опубликованы в журнале Applied Thermal Engineering.

«Идея была в том, чтобы синтезировать реальный материал со свойствами близкими к идеальному, — приводит сообщившая об этом опыте пресс-служба РНФ слова одного из его участников Юрия Аристова. — Рабочим веществом являются пары метанола, и обычно их адсорбируют с помощью активированных углей».

«Вначале мы взяли коммерчески доступные активированные угли и использовали их, —рассказал этот учёный-химик, доктор химических наук. — Оказалось, что большинство из них «работают» не очень хорошо, поэтому мы решили сами синтезировать новые адсорбенты метанола, специализированные для цикла «ТепХол». Это двухкомпонентные материалы: в них есть пористая матрица, относительно инертный компонент, и активный компонент – соль, хорошо поглощающая метанол».

На данный момент учёные синтезировали четыре новых сорбента, которые находятся в стадии испытаний. По словам авторов исследований, первые результаты этих испытаний «очень обнадёживают». 

Задача получить тепло из чего-нибудь наличного

Далее учёные провели термодинамический анализ цикла «ТепХол», чтобы определить оптимальные границы для реализации адсорбции. Оказалось, что температурные условия сибирской зимы для этого вполне подходят.

«Используя зимой два природных термостата (резервуара тепла), например, окружающий воздух (минус 20 – минус 40^оС) и незамерзающую воду из реки, озера, моря или грунтовые воды (0 — 20^оС), с разницей температур 30 — 60°C, можно получить теплоту для обогрева домов, — заявил Аристов. — Причём чем холоднее на улице, тем легче получить полезное тепло!»

Таким образом, заключил учёный, предложенный способ позволяет получить тепло непосредственно на месте в регионах с холодной зимой (северо-восток России, север Европы, США и Канада, а также Арктика).

В свою очередь это будет способствовать существенному ускорению социально-экономического развития северных регионов. Ведь запуск в систему обогрева, по сути, холода их окружающей среды способно заметно снизить количество используемого в современной энергетике топлива. А значит, привести к изменению её структуры – то есть уменьшению зависимости людей и их промышленности от органического топлива.

В перспективе ту же разработку можно будет применять и для рационального использования пользования низкотемпературных тепловых отходов промышленности. Например, вода, которую сбрасывают тепловые и прочие электростанции, газы, которые являются побочным продуктом химического и нефтеперерабатывающего производства. Аналогично – в транспорте и в жилищно-коммунальном хозяйстве. И так далее.

В общем, маленькая такая революция в энергетике…

Способная перерасти в большую.