Российские ученые получили полезную теплоту из холода

12.10.2017



 

Российские ученые получили полезную теплоту из холода

 

Ученые из Института катализа СО РАН придумали, как из холода получить тепло, которое можно будет использовать для отопления в суровых климатических условиях. Для этого они предлагают в условиях низкой температуры поглощать пары метанола пористым материалом. Первые результаты исследования, поддержанного грантом Российского научного фонда (РНФ), были опубликованы в журнале Applied Thermal Engineering.

Химики предложили цикл под названием «Тепло из Холода» («ТепХол»). Ученые преобразуют теплоту, используя процесс адсорбции метанола пористым материалом. Адсорбция – это процесс поглощения веществ из раствора или газовой смеси другим веществом (адсорбентом), который применяют для разделения и очистки веществ. Поглощенное вещество называется адсорбат. 

«Идея была в том, чтобы сначала теоретически предсказать, каким должен быть оптимальный адсорбент, а потом синтезировать реальный материал со свойствами близкими к идеальному, — прокомментировал один из авторов исследования, доктор химических наук Юрий Аристов. — Рабочим веществом являются пары метанола, и обычно их адсорбируют с помощью активированных углей. Вначале мы взяли коммерчески доступные активированные угли и использовали их. 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». 

Далее ученые провели термодинамический анализ цикла «ТепХол», который дает ориентировочное представление о протекании процесса преобразования, и определили оптимальные условия реализации адсорбции. Перед учеными стояла задача узнать, может ли новый термодинамический цикл обеспечить достаточную эффективность и мощность генерации теплоты. Чтобы ответить на этот вопрос, был сконструирован лабораторный прототип установки «ТепХол» с одним адсорбером, испарителем и криостатами, которые имитировали холодный воздух и незамерзающую воду. Адсорбент помещали в специальный теплообменник с большой поверхностью, сделанный из алюминия. Эта установка позволяет производить тепло в прерывистом режиме: оно выделяется при поглощении метанола адсорбентом, а потом требуется время на регенерацию последнего. Для этого давление метанола над адсорбентом уменьшают, чему способствует низкая температура окружающего воздуха. Испытания прототипа «ТепХол» проводили в лабораторных условиях, где имитировались температурные условия сибирской зимы, и эксперимент завершился успешно. 

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

На сегодняшний день ученые синтезировали четыре новых сорбента, которые находятся в стадии испытаний. По словам авторов, первые результаты этих испытаний очень обнадеживают.  

«Предложенный способ позволяет получить тепло непосредственно на месте в регионах с холодной зимой (северо-восток России, север Европы, США и Канада, а также Арктика), что может способствовать существенному ускорению их социально-экономического развития. Использование даже небольшого количества низкотемпературной теплоты окружающей среды может привести к изменению структуры современной энергетики, уменьшить зависимость общества от органического топлива и улучшить экологию нашей планеты», — заключил Аристов.  

В перспективе разработка российских ученых может быть полезной для рационального использования низкотемпературных тепловых отходов промышленности (например, охлаждающая вода, которую сбрасывают тепловые электростанции, и газы, которые являются побочным продуктом химического и нефтеперерабатывающего производства), транспорта и жилищно-коммунального хозяйства, а также возобновляемой тепловой энергии, особенно в регионах Земли с суровыми климатическими условиями.  

АРИСТОВ (jpg, 17 Kб)


Юрий Аристов

УСТАНОВКА (jpg, 94 Kб)Первый прототип устройства «ТепХол»: 1 – адсорбер, 2 – испаритель/конденсатор, 3 – теромокриостаты, 4 – вакуумный насос.

Источник: Юрий Аристов

 

Пресс-служба Российского научного фонда
Тел.: 8-499-606-02-09
E-mail: press@rscf.ru

www.rscf.ru

©РАН 2017