Как древний металл Вселенной стал незаменимым элементом наших гаджетов

Почти 14 миллиардов лет назад, через секунду после Большого взрыва образовались первые элементарные частицы. Сталкиваясь в течение нескольких минут, они породили ядра первых химических элементов: двух газов (водорода и гелия) и одного металла — лития. Последующие 100 миллионов лет литий был единственным металлом в огромном темном космосе, прежде чем зажглись первые звезды, чтобы выковать остальную материю. Почему его запасов на Земле так мало, чем он полезен нашим гаджетам и как еще его можно добыть?

3D-печать облегчит производство электролитов для топливных элементов

🇷🇺 Ученым из Сколковского института науки и техники (Сколтех) удалось с помощью 3D-принтера изготовить керамическую деталь сложной решетчатой формы, которую можно использовать в электролитах для топливных элементов.

👉 Одной из альтернатив сжиганию газа на газотурбинных установках является использование топливных элементов, которые преобразуют химическую энергию природного газа в электричество, позволяя при этом избежать выбросов азота, диоксида серы и аэрозольных частиц. Твердооксидный топливный элемент состоит из анода, катода и электролита – слоя керамического материала между двумя электродами, одной из характеристик которого является ионная проводимость: чем она выше, тем выше мощность топливного элемента. Сама ионная проводимость зависит от материала электролита и температуры работы устройства.

👍 Обеспечить высокую ионную проводимость можно за счет керамического электролита, имеющего иерархическую решетчатую структуру. Ученые из Сколтеха попытались создать такой электролит с помощью циркония, стабилизированного оксидом скандия или оксидом иттрия. Такие материалы подходят для топливных элементов с рабочей температурой в 1000 и 750 градусов Цельсия соответственно. Непосредственно сам электролит был «отпечатан» на 3D-принтере, работающем по технологии микростереолитографии, удобной для создания прототипов и мелких деталей. Авторы также использовали офисный проектор: с его помощью осуществлялась матричная доставка ультрафиолетового излучения, которое воздействовало на полимерное связующее в составе керамической пасты и обеспечивало затвердевание по мере печати заготовки детали.

🎙 Заготовка, напечатанная на 3D-принтере, размещалась в печь, где из нее выжигалось полимерное связующее, после чего деталь спекалась для устранения остаточных пор. В результате «на выходе» получалась прочная керамика. «Мы продемонстрировали, что технологией 3D-печати, в частности микростереолитографией, можно изготовить сложную структуру из одного экспериментального и одного коммерчески используемого керамического материала электролитов топливных элементов. Это шаг к улучшению эксплуатационных характеристик топливных элементов — чтобы со временем они смогли конкурировать с менее экологичными источниками энергии и их заменить», – комментирует руководитель исследования Олег Пчелинцев.

💪 Авторы планируют создать демонстрационные образцы топливных элементов, в которых роль электролитов будут играть решетчатые керамические структуры, напечатанные на 3D-принтере.

https://globalenergyprize.org/ru/2024/09/07/3d-pechat-oblegchit-proizvodstvo-jelektrolitov-dlja-toplivnyh-jelementov/

В МГУ создали монокристаллы новых потенциальных сверхпроводников на основе висмута и переходных металлов. https://nkj.ru/news/50985/

Электроэнергия будет обеспечивать свыше трети мирового энергоспроса к 2050 году

⚡️ Доля электричества в глобальном потреблении первичной энергии увеличится с 26% в 2022 г. до 37% в 2050 г., следует из долгосрочного прогноза «Яков и Партнеры». Основным драйвером станет распространение электротранспорта, однако при этом важную роль будут играть электрификация низко- и среднетемпературных процессов в промышленности, развитие технологий электролиза для получения водорода и рост спроса на системы кондиционирования в жилищном секторе.

👉 Многие из этих трендов видны «невооруженным глазом» уже сейчас. Глобальные продажи легковых электрокаров и подключаемых гибридов в 2023 г. выросли на 35% (до 13,8 млн единиц), а их доля в структуре продаж новых легковых авто – с 14% до 18%, согласно данным Международного энергетического агентства (МЭА). Глобальный спрос на электроэнергию со стороны легковых электрокаров и подключаемых гибридов по итогам прошлого года увеличился более чем вдвое, достигнув 97 тераватт-часов (ТВт*Ч), что сопоставимо с годовым электропотреблением в Казахстане (112 ТВт*Ч в 2023 г.). Одним из драйверов роста спроса является развитие зарядной инфраструктуры. Количество общественно доступных зарядных станций в мире в целом в 2023 г. увеличилось более чем на 40%, достигнув 3,9 млн единиц, из них 1,4 млн приходилось на станции быстрой зарядки, а 2,5 млн – на станции медленной зарядки.

🚙 Влияние электромобилей на рост энергоспроса заметно на примере США, где потребление электроэнергии легковыми электромобилями по итогам 2023 г. впервые превзошло аналогичный показатель для железнодорожного транспорта (7,6 ТВт*Ч против 6,8 ТВт*Ч). Ровно 40% спроса на электроэнергию в наземном легковом транспорте в 2023 г. пришлось на штаты западного побережья (Калифорния, Орегон, Вашингтоне), а еще четверть – на штаты «средней» (Нью-Джерси, Нью-Йорк, Пенсильвания) и южной Атлантики (Делавэр, Флорида, Джорджия, Мэриленд, Северная и Южная Каролина, Вирджиния, Западная Вирджиния). Доля электромобилей в структуре электропотребления в США в 2023 г. составила 0,18%, при этом в ближайшие годы она будет стремительно расти.

👉 Электрификация затрагивает и другие отрасли экономики, в том числе сферу услуг. По данным Управления энергетической информацию (EIA), доля электроэнергии в первичном потреблении энергоресурсов со стороны коммерческой недвижимости в США выросла с 38% до 61% в период с 1979 по 2018 гг., тогда как доля мазута снизилась с 14% до 1%, а доля природного газа – с 44% до 34% (доля тепловой энергии осталась на уровне в 4%). Этот сдвиг связан, в основном, с переходом на электрическое отопление офисных зданий, развитием систем кондиционирования и цифровизацией рабочих мест.

👍 Значительный потенциал электрификации сохраняется в промышленности, в том числе в развивающихся странах. По данным Ember, среди отраслей индийской промышленности высокая доля электроэнергии в структуре потребления энергоресурсов характерна лишь для алюминиевой отрасли (80,1% в 2022 г.), тогда как производство цемента (10%), нефтехимии (10%) и стали (8,5%) отличается существенно более низким уровнем электрификации. Повысить этот уровень в сталелитейной отрасли можно, в частности, за счет перехода от кислородно-конверторных печей, требующих применения коксующегося угля, к дуговым сталеплавильным установкам, в которых используется тепловой эффект электрической дуги.

🚛 Впрочем, локомотивом электрификации мировой экономики в ближайшие десятилетия всё равно будет оставаться транспорт. Среднегодовой прирост спроса на электроэнергию в этом секторе в период до 2050 г. составит 9%, тогда как в промышленности и жилищном секторе – 1% и 2% соответственно, а во всех прочих отраслях – 6%, согласно прогнозу «Яков и Партнеры».

https://globalenergyprize.org/ru/2024/09/08/jelektrojenergija-budet-obespechivat-svyshe-treti-mirovogo-jenergosprosa-k-2050-godu/

💪 Казахстан остается крупнейшим производителем урана: в 2022 году на долю страны приходилось 43% его мировой подземной добычи, тогда как на долю Канады и Намибии – 15% и 11%, согласно данным Всемирной ядерной ассоциации.

🇷🇺 Россия по этому показателю занимает шестое место (с глобальной долей в 5%).

🔋 Крупнейшие страны-производители литий-ионных аккумуляторов к 2030 году. Прогноз от Benchmark Mineral Intelligence.

Источник

Саратовские ученые изобрели электрический манжет для обогрева трубопроводов

Ученые Саратовского государственного технического университета имени Гагарина создали термостатический манжет — автономное устройство для обогрева труб, которое можно быстро смонтировать. Манжет поможет нагреть воду в коммунальных системах или нефть в трубопроводах, проходящих через участки территорий с особо низкими температурами.

📈 Объем разведки углеводородов в крупнейших нефтегазовых бассейнах мира в период с 2015 по 2024 гг. достиг 41,5 млрд баррелей нефтяного эквивалента (н.э.), из которых 47% приходилось на природный газ, а 53% – на жидкие углеводороды, согласно данным Rystad Energy.

👉 Для сравнения: объем извлекаемых запасов углеводородов, добыча которых является экономически целесообразной в крупнейших нефтегазовых бассейнах мира, к 2024 г. составлял 920 млрд баррелей н.э., из них 35% приходилось на природный газ, а 65% – на жидкие углеводороды.

Самовосстанавливающиеся диэлектрики. Продолжение

👉 Вторая стратегия наделения изоляционных материалов функцией самовосстановления заключается в введении в них микрокапсул. При разрыве капсул в результате повреждения, инкапсулированные в них восстанавливающие вещества высвобождаются и начинают полимеризоваться. Хотя данная концепция довольно проста, самовосстанавливающиеся изоляционные материалы, которые можно использовать в практических применениях, получить сложнее. Все микрокапсулы и катализаторы могут приводить к более легкому возникновению электрического триинга и ухудшению изоляционных свойств. Однако, используя явления и побочные продукты электрического старения в качестве триггеров, а также тонко регулируя содержание легирующих веществ в микрокапсулах, были получены различные виды самовосстанавливающихся изоляционных материалов с микрокапсулами, продемонстрировавшие большие возможности по устранению электрического триинга.

👍 Например, при добавлении в матрицу эпоксидной смолы микрокапсул, содержащих эпоксидные мономеры и фотоинициатор, ультрафиолетовым излучением, возникающим в процессе электрического старения, инициируется радикальная полимеризация внутри каналов триинга. Весь процесс самовосстановления не нуждается во внешнем воздействии и позволяет достичь восстановления более 95% объема каналов триинга. В другом примере автономной самовосстанавливающейся эпоксидной смолы используется полимеризация, инициируемая радикалами, генерируемыми на месте в результате электрической деградации. При использовании скрытой функциональности полимеризатор образуется за счет остаточной реакционной функциональности в матрице. Точно контролируя процедуру отверждения можно обеспечить сохранение реакционной способности скрытых отвердителей. При необходимости самовосстановления после электрического старения, в результате воздействия повышенной температуры и контакта с мономерами, высвобождаемыми из микрокапсул, активируются латентные функциональные группы.

Продолжение следует

https://www.tg-me.com/globalenergyprize/7752

👆Мировая структура контрактов на импорт сжиженного природного газа (СПГ)

🌈 Синим цветом выделены контракты с нефтяной привязкой, серым – контракты, в которых учитывается цена фьючерсов на СПГ, а зеленым – контракты, основанные на текущей стоимости природного газа на крупнейших хабах отрасли.

👉 Если в 2005 г. свыше 80% контрактов формировались с привязкой к корзине нефти и нефтепродуктов, то в 2023 г. – лишь чуть более половины, в том числе из-за роста популярности контрактов, учитывающих спотовые цены на природный газ.

🤝 Источник данных – Международный газовый союз (IGU)

Угольные ТЭС в Турции стали сильнее зависеть от импорта сырья

🇹🇷 Доля угольной генерации в Турции продолжает расти. Если в 2013 г. уголь обеспечивал 27% выработки электроэнергии, то в 2023 г. – 37%, согласно данным аналитического центра Ember. При этом турецкие угольные теплоэлектростанции (ТЭС) стали сильнее зависеть от импортируемого сырья: в 2013 г. на долю ввозимого угля в стране приходилось 54% выработки электроэнергии, то в 2023 г. – 61%.

▪️ Ключевой причиной стала сравнительно низкое качество турецкого угля. Если в России средняя калорийность угля составляет 3,56 мегаджоуля (МДж) на кг, то в Турции – лишь 1,93 МДж на кг. Как следствие, турецким угольным ТЭС требуется в среднем 1,72 тонны бурого угля для выработки 1 мегаватт-часа (МВт Ч) электроэнергии, тогда как российским – лишь 0,69 тонны. Качество сырья косвенно влияет и на уровень загрузки турецких угольных ТЭС. Например, в 2023 г. наибольшая загрузка (свыше 80%) – т.е. соотношение фактической и максимально возможной выработки электроэнергии – была характерна для угольных ТЭС со сроком эксплуатации менее чем в 10 лет, которые использовали импортируемый уголь. И наоборот, самое низкое соотношение фактической и предельной выработки (менее 50%) было характерно для угольных ТЭС со сроком эксплуатации более чем в 10 лет, которые работали на турецком сырье.

💪 Уголь остается крупнейшим источником электроэнергии в Турции. По данным Ember, на долю твердого топлива в 2023 г. приходилось 37% выработки электроэнергии, тогда как на долю природного газа и мазута – в общей сложности 21%, а на долю низкоуглеродных источников – 42%. Однако в ближайшие годы доля угольной генерации в Турции будет постепенно снижаться. С одной стороны, будет сказываться поэтапный ввод четырех энергоблоков АЭС «Аккую», которые должны будут обеспечивать в общей сложности 10% потребностей страны в электроэнергии. С другой стороны, освоение крупного месторождения «Сакарья» в Черном море со временем может обеспечить более высокую доступность природного газа для турецких электростанций.

👉 Важную роль будет играть и развитие возобновляемой энергетики. По оценке Ember, общей площади плоских и скатных крыш в Турции достаточно для размещения 120 гигаватт (ГВт) мощности солнечных панелей, что превышает установленную мощность всех электростанций страны (105,1 ГВт).
https://globalenergyprize.org/ru/2024/09/07/jelektrojenergetika-turcii-stala-silnee-zaviset-ot-importa-uglja/

📈 Доля спотовых контрактов (продолжительностью менее одного года) в глобальном импорте сжиженного природного газа (СПГ) увеличилась с 35% в 2022 г. до 38% в 2023 г., а объем торговли по таким контактам превысил порог в 190 млрд куб. м, согласно данным Международного газового союза (IGU).

👉 Для сравнения: в 2015 г. объем торговли по таким контрактам достиг 80 млрд куб. м, а их доля в глобальном импорте СПГ составляла менее 30%.

🇨🇳 Мощность строящихся угольных шахт и разрезов в Китае в 2024 году превысила отметку в 400 млн т в год, что сопоставимо с годовым объемом угледобычи в России. По данным Global Energy Monitor, Китай по этому показателю опережал все прочие страны мира.

👉 Та же ситуация характерна и для сегмента заявленных проектов: мощность запланированных шахт и разрезов, которые пока что не находятся на активной инвестиционной стадии, превысила в КНР 1200 млн т в год, что также больше, чем в остальном мире в целом.