Німецькі вчені придумали, як зберігати тепло за допомогою цеолітових гранул. Цей природний матеріал здатний змінити структуру сучасної енергетики.
Електростанції виробляють не тільки електрику: вони також виділяють тепло. Коефіцієнт корисної дії фізично не може бути стовідсотковим, а у сучасних електростанцій він дорівнює 30-40%. Значна частина енергії йде у вигляді тепла - в атмосферу або стічні води. Особливо це стосується біогазових електростанцій. Німецькі вчені з Фраунгоферского інституту міжфазних процесів та біотехнологій (Fraunhofer Institute for Interfacial Engineering and Biotechnology IGB Stuttgart) придумали як використовувати це тепло на благо: вони винайшли систему зберігання тепла, практично без втрат, протягом невизначено тривалого часу.
Ядро нової системи - цеолітові гранули. Цеоліт сам по собі не новина: термін був придуманий шведським мінералогом Акселем Фредеріком Кронстедом ще в 1756 році, і в перекладі з грецького означає «киплячий камінь». Досліджуючи мінерал десмин, Кронстед зауважив, що при нагріванні він випускає велику кількість пара, утвореного із раніше накопиченої в мінералі води. У природі існує кілька представників групи цеолітів, основна країна походження - Китай, в якому щорічно видобувається 2 з 3 мільйонів тонн цеоліту. Існують також способи промислового виробництва штучних цеолітів. В основному вони використовуються в якості адсорбентів в водоочисних спорудах, як ионообменного компонента для пом'якшення води, а також в хімії і нафтової промисловості.
Унікальна властивість цеоліту полягає в тому, що при контакті з водяною парою відбувається фізико-хімічна реакція, в результаті якої зв'язується пар і виділяється тепло. Навпаки, при поглинанні тепла цеоліт виділяє накопичену воду і зберігає енергію, але не нагрівається сам - він записує не тепло, а потенціал виділити енергію при подальшому поглинанні води - вчені назвали систему «сорбційне зберігання тепла».
Так як сам цеоліт не нагрівається, то це спосіб зберігання тепла практично без втрат, причому на необмежену кількість часу, за умови відсутності контакту з водою.
На відміну від природно зустрічаються цеолітів, в новій розробці використовуються невеликі гранули з дуже великою пористістю, поетом у них величезна площа поверхні - один грам цеолітових гранул володіє поверхнею в 1000 квадратних метрів. Завдяки цьому цеоліт може зберігати в 4 рази більше тепла, ніж вода того ж обсягу.
Фізико-хімічні властивості цеоліту були відомі давно, але до цих пір ніхто не міг вирішити завдання, як їх використовувати для практичного промислового використання для зберігання енергії. Міці Блікер, керівник проекту, говорить: «Спершу ми розробили інженерну складову самого процесу, а потім довелося шукати, як фізично втілити ідею - тобто як сконструювати сам пристрій зберігання тепла, як розташувати радіатори, насоси, вентилі. Ми почали з принципу, і довели, що це технічно можливо ». Спочатку вчені побудували 1.5-літровий реактор, а потім і 15-літровий.
Партнери Фраунгоферского інституту, науково-дослідницька компанія ZeoSys GmbH в цей час займалися дослідженням матеріалів, з'ясовували який з ціолітов найкраще підійде для поставленого завдання і якого розміру гранули будуть найбільш ефективними. Занепокоєння представляв питання про життєвий цикл ціолітов, проте тести показали, що вони витримують тисячі циклів зарядки-розрядки без втрати своїх властивостей. В результаті був розроблений поточний тестовий зразок - мобільний 750-літровий контейнер, який можна транспортувати разом з усією необхідною інфраструктурою, щоб перевірити працездатність системи «на місцях».
Наступним своїм завданням вчені ставлять здешевити виробництво системи, оптимізувати її і зробити більш компактною.
В ідеалі система повинна вийти досить гнучкою, щоб використовуватися як на промислових підприємствах і електростанціях, так і в будинкових котелень
- тобто це повинна бути модульна система, яка дозволить збирати теплохраніліще під індивідуальні умови (площа приміщення, планування, потужність, і так далі).
У цеолітової системи зберігання тепла величезний потенціал. Практично будь-яке технологічне і індустріальне виробництво виділяє надлишкове тепло, не кажучи вже про електростанціях. Але способів використовувати таке тепло практично немає, а зберігати його поки неможливо в основному тільки за допомогою контейнерів з водою. Але вони займають великі площі, і досить швидко втрачають тепло. Цеолітовий зберігати тепла зможе значно збільшити ефективність сучасних екологічних біо-газових електростанцій: зараз більше половини енергії біо-палива йде в атмосферу в формі тепла, але за допомогою цеоліту біо-газова електростанція могла б одночасно виробляти і електрику, і тепло. Ймовірно, що завдяки сипучості цеолітових гранул, «заряджені» гранули можна буде у великих обсягах перевозити в потрібне місце, повертаючи назад «виряджені».
Зрозуміло, це не єдиний проект з ефективного використання вторинного надлишкового тепла. У той час як розробники целітовой системи розраховують в першу чергу на великі виробництва, Microsoft розробляє концепцію «інформаційної печі» (Data Furnace) для будинків. Інженери науково-дослідного відділу компанії вважають, що повітря від вентиляції серверних шаф, який нагрівається до 40-50 градусів Цельсія, можна використовувати для опалення приватних будинків. Ідея полягає в тому, щоб замість того, щоб будувати ефективні з точки зору площі величезні дата-центри, розміщувати невеликі центри. від одного до десяти шаф (40-400 комп'ютерів) безпосередньо в підвалах житлових будинків та офісів.
Це дозволить значно заощадити на будівництві дата-центрів, а також зменшити затримку передачі даних - так як сервера будуть розташовані ближче до густонаселених районів.
Навіть з огляду на більш високу вартість електроенергії в житлових районах, розробники вважають, що можна буде заощадити від 280 до 320 доларів з кожного сервера. А надмірне тепло від шаф буде використовуватися для центрального опалення і гарячого водопостачання. Зрозуміло, постають питання обслуговування і безпеки, але інженери впевнені, що немає нічого нерозв'язних - двері в підвали можна опечатати і встановити сенсори проникнення, які будуть блокувати інформацію на серверах при спробах незаконно копіювання інформації. Чи не така велика плата за безкоштовне опалення.
Якщо ж вийде впровадити в життя технологію цеолитового зберігання тепла, то ідея «підвальних» дата-центрів знаходить ще більший сенс - тоді тепло від серверів можна буде ще й ефективно акумулювати.
Використання вторинного надлишкового тепла на даний момент є досить перспективним напрямком. «Велика» енергетика - занадто сильно зав'язана на політику і світові капітали сфера, щоб швидко змінитися і перейти на екологічне паливо. Кінцевий же споживач, навпаки, гнучкий і буде готовий використовувати вторинну тепло навіть не заради екології, а просто з метою економії. Якщо з'явиться доступне рішення - як, наприклад, компактна цеолитовая батарея або серверна підстанція, то, цілком ймовірно, що звичайні жителі міст стануть першими активними споживачами вторинного тепла.