Швейцарские ученые готовы создать солнечный реактор|Diriger la lumière vers les nouvelles énergies

Автор: Ольга Юркина, Лозанна, 21. 09. 2011 Просмотров:2589

Фото - Наша газета

Оптофлюидика позволяет "брать" луч света и направлять в нужную точку (DR)

Наука впервые связала свойства жидкости и света в 1862 году, когда французский физик и астроном Жан Бернар Леон Фуко (тот, что поставил опыт с известным маятником), определяя скорость света, установил, что ее значение варьируется в воде и в воздухе. С той поры утекло много воды и еще больше света, но физические законы, установленные Фуко и его последователями, способствовали появлению на заре третьего тысячелетия новых областей исследования в сфере нанотехнологий - микрогидродинамики и оптофлюидики. Не пугайтесь незнакомых слов: сами того не сознавая, вы регулярно имеете с ними дело – например, пользуясь струйным принтером.

Микрогидродинамика, которую также называют микрофлюидикой, изучает поведение малых объемов жидкости, движение микроскопических потоков в тончайших сосудах-столбиках. Вообразите на мгновение, что компьютерные сигналы могут регулировать жидкости в столбиках, заставляя их вступать в химические реакции, смешиваться или, наоборот, отделяться друг от друга - и получите приблизительное представление о том, чем занимается микрофлюидика. Об оптике, описывающей свойства и поведение света, всем известно со средней школы. Если же науку о свете соединить с исследованиями микроскопических потоков, получится новая дисциплина – оптофлюидика. Она занимается системами и устройствами, в которых свет может управлять потоками жидкости, а они, в свою очередь, проводить луч света в нужном направлении. Не вдаваясь в подробности, скажем, что основой таких систем является  жидкое оптоволокно - столбики жидкости, проводящие луч света к заданной точке. Итак, кажется, пока все ясно.

Научный журнал "Nature Photonics" посвятил оптофлюидным системам свой октябрьский выпуск и предоставил слово профессору Федеральной политехнической школы Лозанны, декану факультета инженерных наук и технологий Деметрию Псалтису и его соавторам, утверждающим в своем исследовании, что оптофлюидика поможет человечеству решить глобальную проблему XXI века – энергетическую.

«Направляя свет в точку, где он окажется наиболее полезным, мы могли бы качественно повысить эффективность существующих систем производства энергии и даже изобрести новые, - объясняет Деметри Псалтис. - EPFL является мировым лидером в области оптофлюидики, так что мы находимся на выгодных позициях, чтобы разработать эффективные источники энергии совершенно нового типа».

Тем более что солнечный свет уже используется для производства энергии, и не только в классических фотогальванических установках. Например, к его помощи прибегают на станциях по производству биотоплива, чтобы превратить воду и углекислый газ в метан. Использование призм и зеркал, концентрирующих потоки света для нагревания воды, все чаще встречается в установках на крышах домов. Подобные технологии основываются на тех же принципах, что и оптофлюидика: контроль и манипуляция света движением жидкостей. Однако в этих системах нет той точности, которую позволяют достичь нанотехнологии.

Как наилучшим образом использовать свет, падающий на крышу здания? По мнению Деметрия Псалтиса и его коллег, самым эффективным способом была бы система домашнего солнечного оптофлюидного освещения, которая могла бы «собирать» свет благодаря присутствию воды в призмах-датчиках, адаптирующихся к углу падения луча. Затем специальные оптические устройства проводили бы свет внутрь здания, где его можно использовать для освещения, очистки воздуха с помощью микрофлюидного фильтра или питания фотогальванических батарей в комнатах, которые, защищенные от непогоды, обладали бы гораздо большей продолжительностью действия. Такая установка, к примеру, представляет собой новый тип использования солнечной энергии и заменяет невозобновляемые источники.

Однако в подобной системе необходимо гарантировать равномерность подачи света и возможность отключения приборов в случае колебания внешнего освещения – например, вслучае, если солнце прикрывает облако. Иначе интенсивность светового потока в комнате будет постоянно меняться. Но для этой проблемы у ученых уже существует прагматичное решение ценой в капельку воды.

Оптофлюидные системы позволяют распределять потоки света по различным каналам простым и дешевым способом: электроветтингом (от английского wet – мокрый). Эта технология состоит в том, чтобы варьировать форму капелек воды, расположенных между двумя столбиками жидкости, выполняющими роль оптических волокон. В спокойном состоянии круглые капельки соприкасаются с одним из волокон, и свет не выходит за пределы своего канала. Если подвести к капелькам ток, их электрическое поле придет в движение, и они примут продолговатую форму, создав «мостик» между двумя оптическими волокнами. Так, с небольшими затратами энергии, возможно играть со световыми потоками, распределяя их в нужных количествах и направлениях.

«Основная проблема энергетической оптофлюидики состоит в том, чтобы сохранить высочайшую точность, возможную на микро- и наноуровнях, создавая масштабные промышленные системы, обеспечивающие потребности населения в энергии», - поясняет Давид Эриксон, профессор Корнелльского университета, сотрудничающий с Федеральной политехнической школой Лозанны: «По тому же принципу, по которому суперкомпьютер состоит из нескольких процессоров, выход на новый уровень в оптофлюидике означает комбинацию многочисленных микрофлюидных схем для создания светового суперреактора».

Нужно заметить, что в микроскопических канальцах реакции происходят в точках соприкосновения между транспортируемыми жидкостями и стенками сосудов, покрытых ускоряющими процесс катализаторами. Таким образом, продуктивность подобной системы напрямую зависит от площади используемой для реакций поверхности. Уменьшая размеры канальцев до микро- и наномасштабов, возможно увеличить в несколько тысяч раз площадь реакций, то есть достичь большего числа взаимодействий в меньшем пространстве. Добавив источник света в роли катализатора в микрофлюидные схемы, можно контролировать реакции со сверхвысокой точностью.

Статья, опубликованная в "Nature Photonics", описывает многочисленные возможности обращения к оптофлюидике в промышленности и энергетике. Например, применение оптоволокна для передачи солнечного света к реакторам, производящим биотопливо, которые можно было бы поместить внутри заводов. Авторы исследования подчеркивают, что возможность уменьшить необходимое для подобных операций пространство повысит энергетическую продуктивность устройства, снизив затраты на производство. К тому же, оптофлюидика позволяет достичь гораздо большей свободы и гибкости в управлении солнечным светом и его использовании в новых технологиях.

Добавить комментарий

Пожалуйста, войдите или зарегистрируйтесь , чтобы отправить комментарий
КУРСЫ ВАЛЮТ
CHF-USD 1
CHF-EUR 0.85
CHF-RUB 61.94

ПОПУЛЯРНОЕ ЗА НЕДЕЛЮ

Как готовить спаржу?

Сезон спаржи начался недавно и не продлится долго. Не пропустите!
Всего просмотров: 1,292

Трудно ли тушить электромобили?

В четверг 10 мая недалеко от Беллинцоны (кантон Тичино) сгорел электромобиль Tesla, что наводит пожарных на невеселые размышления. При столкновении машины этого типа могут загореться с такой силой, что потушить их будет очень трудно. Комментарии швейцарских специалистов.
Всего просмотров: 793

Бетонный монстр проснется 19 мая

В субботу 19 мая в окрестностях городка Валлорб (кантон Во) будет открыт для посещений очередной укрепленный бункер, в котором до сих пор стоит пушка британского танка Центурион.
Всего просмотров: 770

СЕЙЧАС ЧИТАЮТ

На какую зарплату рассчитывают швейцарские студенты?

Согласно последнему исследованию консалтинговой компании Universum, в Конфедерации будущие программисты надеются на более высокие зарплаты, чем банкиры и инженеры.
Всего просмотров: 1,238

Трудно ли тушить электромобили?

В четверг 10 мая недалеко от Беллинцоны (кантон Тичино) сгорел электромобиль Tesla, что наводит пожарных на невеселые размышления. При столкновении машины этого типа могут загореться с такой силой, что потушить их будет очень трудно. Комментарии швейцарских специалистов.
Всего просмотров: 793

Швейцарцы снова отправятся на поиски сокровищ… ночью

Понаблюдать за процессом приготовления сахарных леденцов, совершить путешествия во времени, попробовать себя в роли книгопечатника прошлых столетий, отведать разнообразных блюд – посетителей романдских музеев ждет богатая программа в субботу 26 мая.
Всего просмотров: 462
© 2015 Наша Газета - NashaGazeta.ch
Все материалы, размещенные на веб-сайте www.nashagazeta.ch, охраняются в соответствии с законодательством Швейцарии об авторском праве и международными соглашениями. Полное или частичное использование материалов возможно только с разрешения редакции. В случае полного или частичного воспроизведения материалов сайта Nashagazeta.ch, ОБЯЗАТЕЛЬНА АКТИВНАЯ ГИПЕРССЫЛКА на конкретный заимствованный текст. Фотоизображения, размещенные редакцией Nashagazeta.ch, являются ее исключительной собственностью. Полное или частичное воспроизведение фотоизображений без разрешения редакции запрещено. Редакция не несет ответственности за мнения, высказанные читателями в комментариях и блогерами на их личных страницах. Мнение авторов может не совпадать с мнением редакции.
Scroll to Top
Scroll to Top