Мы в своих публикациях неоднократно уделяли внимание теме превращения отходов в доходы, поскольку решение указанной задачи является неотъемлемым условиям перехода к Шестому технологическому укладу.
Чаще всего мы говорили о переработке твердых коммунальных отходов, включающих в себя большое количество органики. Как мы знаем, органику вполне можно рассматривать как энергетический ресурс, поскольку она пригодна для производства биогаза и другого топлива. Точно так же ее можно рассматривать как субстрат для восстановления плодородия почв. Технологии на этот счет уже созданы о опробованы, и не только в нашей стране, но и конкретно в Новосибирской области (о чем мы уже сообщали). И на сегодняшний день с этим направлением вроде бы всё ясно. Поскольку технологии уже опробованы, то при желании любое обращение с органикой можно хоть сейчас организовать по-новому, включив его в систему замкнутого цикла – от бытовых отходов до отходов животноводства.
А как быть с опасными отходами? Например, с отходами от атомных электростанций? Сегодня этот вопрос стоит на повестке многих стран ввиду возрождения интереса к атомной энергетике. Это происходит в России, где уже объявлено об увеличении доли атомной генерации до 20 процентов. Об этом говорят на Западе – в США, в Великобритании, во Франции, в Польше, в Финляндии. Активное освоение «мирного атома» происходит в Китае. Третьи страны также поворачиваться в сторону АЭС, и наша страна, как мы знаем, идет им навстречу (напомним, что «Росатом» реализует порядка двадцати проектов полного цикла).
Естественно, этот атомный тренд встречает критику и противодействие со стороны апологетов «зеленой» возобновляемой энергетики. Мы уже приводили высказывания на этот счет, когда атомная энергетика классифицируется не только как «самая затратная», но еще и как «самая опасная» с экологической точки зрения. И главный вопрос, который задают критики, неизменно звучит так: что вы намерены делать с ядерными отходами? Считается, что пользы от них не будет никакой, вред же очевиден.
Суть изобретения следующая. Разработчики оптически соединили фотоэлектрический элемент с искусственным источником света, точнее – с люминофором, преобразующим ионизирующее излучение в видимый свет (такие преобразователи как раз и называются «сцинтилляторами»»). В основном ученые имели дело с гамма-лучами, поэтому такие батареи получили второе обозначение – «гамма-вольтаические» (очевидно, чтобы различать их с «фото-вольтаическими» батареями, использующими естественный солнечный свет). Источником гамма-лучей, как нетрудно догадаться, могут выступать здесь радиоактивные отходы и их производные.
Сама по себе концепция ядерных фотоэлектрических батарей не нова. Как замечают разработчиков, она зародилась еще в начале 1950-х годов, когда проводились соответствующие эксперименты с полупроводниками. Впрочем, необходимо понимать, что термин «ядерная батарея» достаточно широк, поскольку в мире используются разные подходы для прямого получения электричества из энергии радиоактивного распада. Как правило, выходная мощность таких устройств очень мала. Чаще всего они используются в ситуациях, когда необходимо невысокое энергопотребление в каких-либо экстремальных условиях, не требующих постоянного вмешательства человека для обслуживания. Речь может идти о крайне удаленных местах – в космосе или в глубинах океана (например, установка датчиков, использующих в небольших количествах электроэнергию). В принципе, сфер применения достаточно много. Вопрос лишь в том, как усилить выходную мощность таких устройств, чтобы перед нами открылись перспективы их масштабного использования в целях выработки электроэнергии?
Как мы понимаем, актуальность этого вопроса будет возрастать по мере реализации программ расширения АЭС. Количество радиоактивных отходов возрастет, и было бы разумно использовать энергию распада вторично. Упомянутая команда американских исследователей из Огайо пришла к обнадеживающим выводам. Создав комбинацию кристаллов-сцинтилляторов и фотоэлектрических батарей, ученые уже сейчас продемонстрировали возможность использования гамма-излучения для получения электрического тока, достаточно мощного для обеспечения беспрерывной работы микросхем в микроэлектронике.
Прототип созданной ими батареи (объем – 4 кубических см) тестировался с использование двух разных источников гамма-излучения – цезий-137 и кобальт-60. Как отмечается в публикации, эти вещества являются наиболее значимыми продуктами, получаемыми из отработанного ядерного топлива. На первый взгляд, результаты кажутся скромными. Так, при использовании цезия-137 батарея выработала всего 288 нановатт. В случае использования кобальта-60 (более мощного источника) было получено 1,5 микроватта. Этой мощности было уже достаточно для работы маленького датчика.
Понятно, что такие цифры ничтожны для электрификации домов и производственных процессов, где мощность измеряется киловаттами. Однако разработчики считают, что устройства данного типа можно масштабировать до получения мощностей, измеряемых ваттами. Всё дело – в источнике питания. На сегодняшний момент исследователи допускают применение ядерных фотоэлектрических батарей в тех местах, где скапливаются отработанные радиоактивные материалы. Например, в бассейнах для хранения ядерных отходов. Сама батарея, кстати, не содержит в своем составе радиоактивных материалов, поэтому к ней можно прикасаться без последствий.
По мнению разработчиков, есть и другие пути повышения мощности батарей. Например, можно повысить эффективность сцинтилляционного кристалла, меняя его размер и форму. Чем больше его объем, тем больше поглощается излучения и вырабатывается большее количество света. То же самое мощно сказать и об увеличении площади поверхности батареи.
На данном этапе исследователи изучали лишь саму возможность преобразования излучения в электрическую мощность. Это – предварительный этап работы. Следующий этап уже будет связан с вопросами масштабирования данных устройств и создания соответствующий конструкций с приемлемой мощностью.
В то же время надо понимать, что такие устройства будут использоваться в местах с высокой радиацией, куда закрыт доступ посетителям. В этом случае они не будут оказывать загрязняющего воздействия на природу, несмотря на то, что срок их службы рассчитан на многие годы. И что еще не менее важно: эти устройства не потребуют регулярного обслуживания, поскольку способны работать без человеческого вмешательства. Точные сроки их работы пока еще не определены, но именно это как раз и должны показать последующие исследования.
В настоящее время, признаются исследователи, еще рано говорить об экономической целесообразности применения таких устройств. Не исключено, что масштабирование станет очень затратным процессом. Тем не менее, сама идея весьма привлекательна, и потому нельзя исключать того, что концепция ядерной фотоэлектрической батареи является перспективным направлением. Разработчики искренне надеются на то, что в недалеком будущем подобные устройства будут применяться не только для работы датчиков, но также для выработки электричества. По крайней мере, на данном этапе они отчетливо видят возможности их дальнейшего улучшения.
Николай Нестеров
- Войдите или зарегистрируйтесь, чтобы отправлять комментарии