- •Неорганические наноматериалы
- •Пористые материалы 176
- •Общая характеристика 214
- •Глава 1. Введение
- •Твердое тело
- •Понятие о материалах
- •Классификация материалов
- •Нанонаука, нанотехнология и наноматериалы
- •Построение книги
- •Классификация материалов.
- •Глава 2. Строение основных материалов
- •Монокристаллы
- •Основные понятия
- •Реальная структура кристаллов
- •Влияние размера частиц на их строение
- •Изоморфизм и твердые растворы
- •Нестехиометрия
- •Поликристаллы
- •Аморфные тела, стёкла и ситаллы
- •Композиты
- •Глава 3. Форма и морфология материалов
- •Нитевидные наноматериалы
- •Пористые материалы
- •3.4. Нитевидные наноматериалы.
- •3.5. Пористые наноматериалы.
- •Глава 4. Свойства материалов
- •Общая характеристика
- •Механические свойства
- •4.3. Термические свойства
- •Транспортные свойства
- •Оптические свойства
- •Магнитные свойства
- •Химические свойства
- •Биологические свойства
- •Другие свойства
- •Глава 5. Получение наноматериалов
- •5.1. Общий обзор методов
- •5.2. Физические методы
- •Нульмерные (изометрические) материалы
- •Пленки и покрытия
- •Общая скорость эффузии выражается равенством
- •Нитевидные материалы.
- •Пористые материалы
- •Массивные наноструктурированные материалы
- •5.3. Химические методы
- •Нульмерные (изометрические) материалы
- •5.3.2. Пленки и покрытия
- •Нитевидные материалы
- •5.3.4. Пористые материалы
- •Функциализация наночастиц и пористых материалов
- •5.4. Биологические методы
- •Комбинированные методы
- •Матричные методы
- •Нанолитография
- •Самоорганизация и самосборка
- •Глава 6. Распространенные и перспективные наноматериалы
- •Общий обзор
- •Общая характеристика
- •Терморасширенный графит
- •Нанотрубки и нановолокна
- •6.2.5. Фуллерены
- •6.2.6. Наноалмазы
- •6.2.7. Пористый углерод
- •Простые вещества
- •Оксидные наноматериалы
- •Карбиды и нитриды
- •Халькогениды и пниктиды
- •Нанокомпозиты
- •Стабилизированные дисперсии наночастиц
- •6.8. Наноалмазы.
- •6.11. Стабилизированные дисперсии наночастиц.
- •Глава 7. Наноматериалы в энергетике
- •Структура энергетики
- •Общие применения наноматериалов
- •Генерирование энергии. Атомная энергетика
- •Генерирование энергии. Топливные элементы.
- •Накопление и хранение энергии. «Малая» энергетика
- •Потребление энергии. Термоэлектрические генераторы
6.8. Наноалмазы.
6.9. Основные наноматериалы из простых веществ.
6.10. Основные оксидные наноматериалы.
6.11. Стабилизированные дисперсии наночастиц.
Глава 7. Наноматериалы в энергетике
Структура энергетики
По прогнозам, с 2005 по 2030 г. годовое потребление энергии в мире увеличится на 50%. Поскольку основной вклад в производство энергии сегодня вносит сжигаемое топливо, при сохранении этой тенденции может резко возрасти объём сбрасываемого углекислого газа и воздействие этих выбросов на экологию планеты. Тенденция может быть изменена при переходе на возобновляемые источники энергии, однако этот переход сдерживается главным образом из-за отсутствия необходимых материалов.
Применение наноматериалов в энергетике позволяет решить многие проблемы, стоящие перед человечеством. Пока это применение довольно ограничено, поэтому часть сведений, приведенных в главе, имеет во многом предположительный характер, поскольку результаты новых разработок раскрываются поверхностно или не раскрываются совсем, многие разработки находятся в стадии НИР или НИОКР, а некоторые – только намечаются. Главной целью при составлении главы явилось освещение основных направлений применения наноматериалов.
Наноматериалы могут применяться на всех стадиях энергетического комплекса: при получиении (генерировании) энергии, её передаче, хранении и использовании (потреблении). 7-1
Генерирование энергии производится несколькими методами. Это традиционная энергетика (гидроэлектростанции, топливные электростанции), атомная энергетика, использование возобновляемых источников энергии (солнечная энергетика, ветроэнергетика и др.). Возобновляемые источники энергии являются частию стратегии устойчивого развития человечества, поэтому часто употребляется понятие устойчивой энергетики.
Примерами применения наноматериалов в традиционной энергетике могут служить перспективные стабилизированные водоугольные дисперсии на ТЭЦ с концентрацией ультрадисперсных частиц до 50–80 мас.% (такие дисперсии из угля любого качества обладают высокой агрегативной устойчивостью и обеспечивают практически 100%-ное сгорание угля), а также катализаторы в нефтепереработке и получении синтез-газа.
Передача энергии предполагает прежде всего использование традиционных линий электропередачи (ЛЭП). Новым направлением является водородная энергетика, предполагающая передачу энергоносителей без потерь по трубопроводам и при полном развитии далеко выходящая за рамки одной этой функции. Водородная энергетика может называться распределённой, поскольку генераторы тока распределяются непосредственно у потребителей.
Накопление энергии включает традиционные методы – гидроаккумулирующие станции и химические источники тока. Источники делятся на первичные – батареи – и вторичные, перезаряжаемые – стационарные и транспортируемые электрические аккумуляторы. Разрабатываются новые методы и средства.
К химическим источникам тока относятся топливные элементы, которые считаются одним из компонентов водородной энергетики, но являются генераторами электроэнергии.
В области потребления энергии главное направление – энергосбережение.
Мировой рынок наноматериалов для энергетики в 2007 г. был весьма скромным и оценивался всего в 200 млн. долл. США, к 2015 г. ожидается его рост до 5 млрд. долл. США, а рост вклада нанотехнологий в энергетику – до 36%. При этом наибольшие доходы будут получены за счет модифицирования процессов преобразования энергии (49%), несколько меньший – накопления энергии (32%) и наименьший – в энергосбережении (19%).