TOP-9 průlomových technologií pro úsporu energie budoucnosti

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-12-16 16:00

Čerstvé novinky z vědy a techniky. Publikujeme nejnovější objevy vědců, technické recenze, nejnovější zprávy z internetu a hi-tech.

Nový solární článek láme rekord v účinnosti

Stohování perovskitových solárních článků na křemíkové solární články je jedním ze způsobů, jak zvýšit množství použitého slunečního světla.

Využití solárních fotovoltaických článků jako obnovitelných zdrojů energie je na vzestupu, protože technologie se stává účinnější a levnější.

Stohování perovskitových solárních článků na křemíkové články je jedním ze způsobů, jak zvýšit množství použitého slunečního světla, a nyní vědci z Australské národní univerzity překonali rekord účinnosti těchto tandemových solárních článků.

Vědci tvrdí, že jejich nové solární články založené na perovskitu a křemíku dosáhly 27,7% účinnosti při přeměně slunečního světla na energii. To je více než dvojnásobek toho, co mohla technologie vyprodukovat před pouhými pěti lety (13,7 procenta), a to je slušný krok nahoru oproti zprávám před dvěma lety – 25,2 procenta.

Zajímavé je, že tato technologie již předčí většinu komerčně dostupných solárních panelů, které se pohybují kolem hranice účinnosti 20 procent. Jsou založeny výhradně na křemíku a očekává se, že v příštích několika letech dosáhnou svého maximálního limitu.

Jak křemík, tak perovskit jsou dobré v přeměně slunečního světla na energii, ale společně fungují ještě lépe. Oba materiály totiž pohlcují světlo různých vlnových délek – křemík sbírá hlavně červené a infračervené světlo, zatímco perovskit se specializuje na zelené a modré.

Aby toho vědci co nejlépe využili, naskládali průsvitné perovskitové buňky na křemíkové. Perovskit zachytí, co potřebuje, zatímco ostatní vlnové délky jsou filtrovány na křemík.

Vědci nyní pracují na ještě větším zlepšení efektivity, přičemž komercializace technologie se rychle blíží. Podle výzkumníků musí být účinnost kolem 30 procent, než bude životaschopná pro hromadnou výrobu, a očekává se, že k tomu dojde do roku 2023.

Nový 3D zobrazovací systém dokáže zachytit jednotlivé fotony

Nová technologie je první skutečnou ukázkou jednofotonové redukce šumu

Vědci ze Stevens Institute of Technology vytvořili 3D zobrazovací systém, který využívá kvantové vlastnosti světla k vytvoření snímků, které jsou 40 000krát ostřejší než současná technologie. Objev otevírá cestu pro efektivní využití systému LIDAR v samořiditelných autech a satelitních mapovacích systémech, komunikaci ve vesmíru atd.

Práce řeší dlouhodobý problém s LIDARem, který pálí lasery na vzdálené cíle a poté detekuje odražené světlo. Zatímco světelné detektory používané v těchto systémech jsou dostatečně citlivé na to, aby vytvořily detailní obrazy několika fotonů - drobných částic světla, je obtížné odlišit odražené fragmenty laserového světla od jasnějšího světla pozadí, jako je sluneční světlo.

„Čím citlivější jsou naše senzory, tím citlivější jsou na hluk pozadí,“říkají vědci. "Toto je problém, který se v současnosti snažíme vyřešit." Nová technologie je první skutečnou demonstrací jednofotonového potlačení šumu pomocí techniky zvané Quantum Parametric Sorting Mode neboli QPMS, která byla poprvé navržena v roce 2017.

Na rozdíl od většiny nástrojů pro filtrování šumu, které se spoléhají na softwarové následné zpracování k vyčištění zašuměných snímků, QPMS ověřuje kvantové světelné podpisy pomocí exotické nelineární optiky k vytvoření exponenciálně čistších snímků na úrovni senzoru.

Najít konkrétní foton nesoucí informace uprostřed hluku na pozadí je jako snažit se vyrvat jednu sněhovou vločku z vánice – ale přesně to se vědcům podařilo. Popisují metodu vtisknutí určitých kvantových vlastností do odcházejícího pulsu laserového světla a následné filtrování příchozího světla tak, že senzor detekuje pouze fotony s odpovídajícími kvantovými vlastnostmi.

Výsledek: zobrazovací systém, který je neuvěřitelně citlivý na fotony vracející se od svého cíle, ale který ignoruje prakticky všechny nežádoucí hlučné fotony. Tento přístup vytváří ostré 3D obrazy, i když každý foton přenášející signál je přehlušen mnohem více zašuměnými fotony.

„Vymazáním počáteční detekce fotonů posouváme hranice přesného 3D zobrazování v ‚hlučném‘prostředí,“řekl Patrick Rain, hlavní autor studie. "Ukázali jsme, že můžeme snížit množství šumu asi 40 000krát, než může poskytnout nejpokročilejší zobrazovací technologie."

Z praktického hlediska může redukce šumu QPMS umožnit použití LIDARu k vytvoření přesných, detailních 3D snímků na vzdálenost až 30 kilometrů. QPMS lze také použít pro komunikaci v hlubokém vesmíru, kde ostré oslnění sluncem obvykle přehluší vzdálené laserové pulsy. Možná nejvíce vzrušující je, že tato technologie může také poskytnout výzkumníkům jasnější pohled na nejcitlivější části lidského těla.

Tím, že poskytuje téměř tiché jednofotonové zobrazování, systém pomůže výzkumníkům vytvořit jasné, vysoce detailní snímky lidské sítnice pomocí téměř neviditelných, slabých laserových paprsků, které nepoškodí citlivé tkáně oka.

Nanosatelit „Swan“bude vyslán do vesmíru na sluneční plachtě

Ruský nanosatelit „Lebed“se může stát první kosmickou lodí, která opustí oběžnou dráhu Země pomocí sluneční plachty. Letový model družice může být představen za tři roky, poté bude následovat zkušební let.

Plánuje se využití techniky pro výzkumné mise, které zlevní kvůli opuštění používání těžkých pohonných motorů – tím se sníží celková hmotnost domácí sondy. Hlavním rozdílem mezi provedením Lebed a zahraničními je unikátní konstrukce rotoru dvoulisté plachty, která umožňuje desetinásobně zvětšit její plochu. Jak jmenoval docent Moskevské státní technické univerzity. Bauman Alexander Popov, dvoulistá rotační plachta, patentovaná univerzitou, bude instalována na Swan, která k nasazení nevyžaduje rám. „Díky tomu očekáváme desetinásobné zvětšení jeho plochy při stejné hmotnosti konstrukce,“poznamenal vědec.

Podle Popova bude nové zařízení dopraveno nosnou raketou na oběžnou dráhu s výškou 1000 km. Poté zahájí řízenou rotaci, iniciovanou posunovacími elektrotermickými motory - rezistojety (potřebnou energii získávají ze solárních panelů). Zároveň se vlivem odstředivé síly ze speciálních válců na obou stranách družice spustí dvě plachty s jednostranným reflexním nátěrem. Jejich celková délka bude cca 320 m.

Vědci si patentovali systém napájení Země z vesmíru

Moskevský radiotechnický institut Ruské akademie věd získal patent na systém přenosu energie z orbitální sluneční elektrárny na Zemi, vyplývá z údajů na webu Federální služby pro duševní vlastnictví.

Vědci podle dokumentu navrhují rozmístit vesmírnou solární elektrárnu ve výšce 300 až 1000 kilometrů a při letu nad pozemním přijímacím bodem přenášet energii nahromaděnou v bateriích elektrárny pomocí mikrovln.

Současně je v ruském patentu uveden podobný americký patent z roku 1971, ve kterém byla poprvé předložena myšlenka na vytvoření solární vesmírné elektrárny. Poté bylo navrženo umístit elektrárnu na geostacionární dráhu s nadmořskou výškou 36 tisíc kilometrů, což by jí umožnilo být neustále prakticky nad stejnou částí zemského povrchu a tím zajistit neustálý přenos energie na Zemi.. V tomto případě však musí být přijímací stanice umístěna na rovníku. Ruský návrh umožňuje přenášet energii do jiných oblastí Země.

V roce 2018 první zástupce generálního ředitele holdingu Shvabe Sergej Popov v rozhovoru pro RIA Novosti řekl, že ruští vědci vyvíjejí orbitální laser s opakovacím zrcadlem, který bude schopen přenášet sluneční energii do těchto částí Země, kde je nemožné nebo extrémně obtížné postavit elektrárny, včetně počtu do Arktidy.

Systém rozpoznávání umožní dronům létat 10x rychleji a nespadnout

Inženýři z Curyšské univerzity (Švýcarsko) představili zásadně nový systém předcházení srážkám pro drony – na světě zatím nic rychlejšího a přesnějšího. Vycházeli ze skutečnosti, že reakční rychlost 20-40 milisekund, jako v mnoha komerčních bezpilotních systémech, nestačí k organizaci bezpečného pohybu vysokorychlostních létajících dronů. K demonstraci schopností svého duchovního dítěte Švýcaři použili hru s odrážečem a naučili drony mistrovsky se vyhýbat míčům, které na ně létaly.

Problém s reakční dobou dronů na překážky má dva kořeny. Za prvé vysoká rychlost pohybu létajících vozidel ve srovnání s pozemními. Za druhé slabý výpočetní výkon, kvůli kterému palubní systémy nemají čas analyzovat situaci a rozpoznat rušení. Jako řešení inženýři nahradili senzory „kamerami událostí“, čímž se rychlost reakce zvýšila na 3,5 milisekundy.

Kamera události reaguje pouze na změny jasu jednotlivých pixelů v záběru a ostatní ignoruje, takže potřebuje zpracovat velmi málo informací, aby detekovala pohybující se objekt na statickém nebo sedavém pozadí. Odtud vysoká reakční rychlost, ale v průběhu praktických experimentů se ukázalo, že stávající drony ani samotné kamery nejsou pro tento účel vhodné. Předností švýcarských inženýrů je to, že předělali jak kamery, tak platformu kvadrokoptér a navíc vyvinuli potřebné algoritmy, ve skutečnosti vytvořili nový systém.

Při hraní odrážedla se dronu s takovým systémem v 90 % případů podaří vyhnout se míči, který je na něj vržen rychlostí 10 m/s, ze vzdálenosti pouhých 3 m. A to za přítomnosti pouze jedna kamera, pokud je předem známa velikost rušení - a přítomnost dvou kamer mu umožňuje přesně vypočítat všechny parametry rušení a učinit správné rozhodnutí. Nyní inženýři pracují na testování systému v pohybu při létání na obtížných trasách. Podle jejich výpočtů tak budou moci UAV létat desetkrát rychleji než nyní, bez rizika kolize.

Singapurští vědci se naučili, jak vyrobit vynikající aerogel ze starých pneumatik

Vědci z National University of Singapore byli extrémně frustrovaní tím, že pouze 40 % použitých pneumatik jde na recyklaci, a tak se vydali hledat alternativní řešení tohoto problému. Neexistoval žádný jasný plán, pouze nápad – izolovat gumu od materiálu pneumatiky a dát jí nový tvar. Udělejte z něj například porézní aerogelový základ – buněčnou strukturu, ve které jsou buňky naplněny plynem.

V průběhu experimentů vědci namočili tenké úlomky pneumatik do směsi „ekologických“rozpouštědel a vody, aby gumu očistili od nečistot. Poté byl roztok digerován, dokud se nevytvořila jednotná hmota, ochlazen na -50 °C a lyofilizován ve vakuové komoře po dobu 12 hodin. Výstupem byl hustý a lehký aerogel.

Na rozdíl od jiných typů aerogelů se verze na bázi kaučuku ukázala jako mnohonásobně pevnější. A po nanesení nátěru z methoxytrimethylsilanu se stal i voděodolným, což okamžitě předurčilo jeho perspektivní pole použití - jako sorbent pro likvidaci ropných skvrn. Včerejší odpad pomůže zbavit se dalšího druhu odpadu a znečištění.

Singapurské vědce ale nejvíce těší ekonomická stránka vynálezu. Vytvoření listu gumového aerogelu o ploše 1 m2. a tloušťka 1 cm trvá 12-13 hodin a stojí 7 $. Proces lze snadno rozšířit a proměnit v komerčně atraktivní podnikání. Zejména s ohledem na obrovské rezervy a levnost výchozího materiálu.

V Ruské federaci se vyvíjí bezpilotní letecké taxi

V Rusku vzniká bezpilotní aerotaxi, který bude schopen přepravovat cestující na vzdálenost 500 km při cestovní rychlosti 500 km/h. První experimentální model je plánován na vytvoření do roku 2025, bude sloužit pro vertikální vzlet a přistání.

Očekává se, že se bude vyrábět dále letový model, jehož nosnost bude 500 kg (čtyři cestující), píše list Izvestija.

Takové aerotaxi je primárně určeno pro použití ve městech nad milion obyvatel a v největších regionech země. Využití vozidla se stane aktuálním kvůli nedostatku přistávacích drah v Rusku, vysvětlili vývojáři z National Technology Initiative (NTI).

„Vysokou rychlost vozidla bude zajišťovat jednotka s plynovou turbínou instalovaná na palubě a napojená na elektrický generátor. Přes baterii superkondenzátorů napájí šest stacionárních motorů,“uvedl Pavel Bulat, zástupce spoluředitele pracovní skupiny Aeronet v NTI. Motory se podle něj budou otáčet zdvihacími a přídržnými ventilátory, které se zcela zasunou do trupu, který funguje jako křídlo. Řízení se plánuje provádět pomocí proudových kormidel a změnou vektoru tahu. Výkonová elektronika pro vůz bude vyrobena z karbidu křemíku namísto tradičního křemíku.

Inovativní bude i materiál těla. Konstruktéři se chystají použít nejnovější slitinu hliníku a skandia. Byl vyvinut v All-Russian Institute of Aviation Materials. Vznikne tak lehký celokovový svařovaný trup.

Toyota a Lexus vyvíjejí technologie, díky nimž nemá vykrádání aut smysl

Krádeže aut jsou jedním z největších problémů, kterým majitelé aut čelí. Ani poplašné systémy ne vždy zvládají svůj úkol, ale výrobci již mají pokročilejší řešení. Od roku 2020 bude celá řada značek Toyota a Lexus v Rusku chráněna jedinečným identifikátorem proti krádeži T-Mark / L-Mark.

Identifikátor je označení vozu mikrotečkami z fólie o průměru 1 mm, na které je nanesen unikátní PIN kód spojený s VIN číslem konkrétního vozu. Celkem je na různé prvky karoserie a sestavy aplikováno až 10 000 takových bodů. Jejich soulad s „připojeným“vozidlem můžete zkontrolovat na stránkách toyota.ru a lexus.ru.

Použití označení umožňuje orgánům činným v trestním řízení a kupujícím ojetých vozů ověřit „pasové“údaje automobilu se skutečným datem jeho výroby, vybavením, značkou a číslem motoru a dalšími charakteristikami. Výrobce umísťuje identifikátory jako řešení, které výrazně snižuje zájem únosců o vozy Toyota a Lexus a umožňuje vyloučit možnost jejich dalšího prodeje vozidel na sekundárním trhu.

Prvním vozem, který získal označení L na tuzemském trhu, byl Lexus ES - podle výrobce se dodnes nevyskytly žádné případy krádeže tohoto sedanu vybaveného označením proti krádeži. Majitelé označených vozů navíc mají slevy až 15 % na CASCO politiku na riziko krádeže. Očekává se, že proces vybavení řady značek Toyota a Lexus v Rusku značkou T-Mark / L-Mark bude dokončen v průběhu roku 2020.

Ruský elektromotor na supravodičích bude testován za letu

Specialisté z TsIAM pojmenovaní po PI Baranov zahájil přípravy na testování první hybridní elektrárny v Rusku s elektromotorem. Informovala o tom den předtím RIA Novosti s odvoláním na tiskovou službu vědeckého testovacího centra.

V polovině tohoto měsíce zástupci ústavu navštívili FSUE SibNIA im. SA Chaplygin“, kde prozkoumali létající laboratoř na základně Jak-40, kde se v budoucnu plánuje testování slibné jednotky. Očekává se, že letové zkoušky proběhnou za 2 roky. Plánuje se instalace nejnovějšího vysokoteplotního elektromotoru na supravodiče a chladicí systém v přídi letadla, vytvořený ZAO Superox na objednávku FPI. Připomeňme, že tato jednotka je unikátním domácím vývojem, který je schopen poskytnout hmatatelnou výhodu v hustotě výkonu a účinnosti komponent hybridní instalace ve srovnání s tradičním elektrickým zařízením.

Namísto jednoho ze tří motorů v „ocasu“létající laboratoře bude zase instalována turbohřídelová jednotka plynové turbíny s elektrickým generátorem, vyvinutá USATU. Jednotky řídicího systému a baterie budou umístěny v kabině Jak-40. Během letu tam budou i testovací inženýři. Hlavním cílem nadcházejících testů je vytvoření demonstrátoru hybridní elektrárny, kterou bude možné v budoucnu instalovat na perspektivní meziregionální ruská letadla.