Зурвас бичих
Messenger
Залгах
- Batsuh
Нарны эрчим хүчийг бетоноос гарган авах DYSCRETE систем
ХБНГУ-ын Кассел хотын их сургуулийн эрдэмтэд барилгын ханын бетон эдлэл болон нарны эрчим хүчний тэжээлийн элементийн үүргийг нэгэн зэрэг гүйцэтгэдэг шинэ төрлийн DYSCRETE нэртэй барилгын материал гарган авсан байна. Энэхүү бетоны нэрний товчлол нь англи хэлний “Dye Sensitized Solar Cell”- будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элемент гэсэн үгийн товчлол “DYSC” болон бетоны “-crete” гэсэн хоёр хэсгээс тогтдог аж.
Ингэхдээ бетоны гадаргууг цахилгааны идэвхитэй бөөмсөөр бүрэх судалгааг эхлэн явуулж байгаад хэд, хэдэн судалгааны ажлын үр дүнд урвалын идэвхитэй үе бүхий бетон эдлэл гарган авсан байна. Судалгааны эхний үе шатанд бетон эдлэл дээр жимсний шүүс асгахад л цахилгаан үйлдвэрлэх боломжтой гэсэн таамаг дэвшүүлээд судалгааг гүйцэтгэхэд фотосинтезийн идэвхитэй бөөмс болон цементэнд суурилсан барилгын материалаас шинэ материал нийлэгжүүлэн гарган авах боломжтой нь тогтоогджээ.
Зураг 1. DYSCRETE бетоны бүтэц
Будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элементийн ажиллах зарчмыг байгаль дээр ургамлын бүтцээс хуулбарласан байна. Хлорофилл агуулсан ургамал нь нарны эрчим хүчийг хагас дамжуулагч элементээр бус харин органик будагч бодистой суспензээр хүлээн авдаг байна. Хлорофиллийн молекулууд нь гэрлийг цуглуулдаг бөгөөд нанометрээс микрометрийн хэмжээтэйгээр ургамлын навчны эсэд багцаар байрлан гэрлийн энергийг химийн энергид шилжүүлдэг байна. Энэ энерги нь ургамлын эсийн биохимийн процессыг удирдан явуулдаг ажээ.
Будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элемент нь нарны эрчим хүчийг ашигласан хамгийн сүүлийн үеийн ашигт үйлийн коэффициент өндөртэй дэвшилтэт шинэ технологи юм. Тунгалаг шилэн дээр суурилсан модулийг хөгжүүлэхэд гол анхаарлаа хандуулж байсан тул бетон зэрэг барилгын бусад материалд ашиглах талд судалгааны ажил маш бага хийгдсэн байна. Харин энэүү элементийг урт хугацаанд тогтвортой байлгахын тулд оновчлох ажлууд явагдаж байгаа аж.
Зураг 2. DYSCRETE бетоны анхдагч загвар
DYSCRETE нь цахилгаан химийн урвалын үр дүнд эрчим хүч гаргадаг будагч бодистой нарны эрчим хүчний элементтэй ижил зарчмаар ажиллах ба гэрлийг шингээхийн тулд органик будагч бодисыг хэрэглэсэн байна. DYSCRETE бетон нь дамжуулах чадвар сайтай бетон ба органик шингэнээс бүрддэг байна.
1980-аад оны сүүлээр Швейцарийн химич М.Грэтцэл ургамлын фотосинтезийн урвалтай ижил зарчмаар ажилладаг будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элемент гарган авсан бөгөөд үүнийг техникийн фотосинтез гээд уг элементийг “Грэтцэлийн элемент” хэмээн нэрлэжээ. Энэхүү элемент нь цахиурын нарны эрчим хүчний элементтэй ижил үүрэгтэй буюу нарны энергийг цахилгаан энергид хувиргах боломжтой юм.
Будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элементийг титаны давхар оксид, иод-калийн уусмал, ургамал эсвэл жимснээс гарган авсан байгалийн будагч бодисууд зэрэг энгийн цөөн үндсэн бодисоос гарган авдаг байна. Уг элемент нь хэд, хэдэн үеэс тогтдог. Эдгээр үенд дээр дурдсан бодисууд нийлэн редокс-урвалын үеийг бүрдүүлэн энэ үенд гэрлийн үйлчлэлээр цахилгаан химийн урвалын дүнд эрчим хүч гаргадаг байна.
DYSCRETE зарчмыг ашиглахын тулд бетоны гадаргууг физик-химийн модификацид оруулахын зэрэгцээ будагч бодисуудыг суулгаж өгдөг. Өөрөөр хэлбэл будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элементийн зарчим дээр үндэслэн дундаас өндөр чанарын бетоны гадаргууг фотосинтезийн урвалын идэвхитэй болгон цахилгаан гарган авах шинэ технологи юм.
Үүний зэрэгцээ цахилгаан эрчим хүчийг ямар нэг хорт хий ялгаруулалгүйгээр ердийн хямд төсөр бодис ашиглан гарган авдаг, ашиглагдах материалууд нь олдоц ихтэй, тус материалын системийг сэргээн шинэчлэх, дахин боловсруулан ашиглах боломжтой, байгаль орчинд ээлтэй зэрэг давуу талуудтай аж. Жишээлбэл, титаны давхар оксид гэхэд шүдний оонд байдаг байна. DYSCRETE системийн бас онцлог нь гадна давхаргыг шинэчлэхэд газар дээр нь шүрших аргыг ашигладагт оршино. Альтернатив нарны зайн элементийг битүүмжилсэн байдаг бөгөөд аль нэг компонент нь ажиллагаагүй болсон тохиолдолд тухайн элемент бүхэлдээ зогсдог байна. Харин энэхүү шинэ систем нь сэргээн шинэчлэх боломжтой үе давхаргын багцуудаас тогтдог шинэлэг талтай.
Энэхүү шинэ төрлийн материалын систем нь сарнисан гэрлийн энергийг ч ашиглах боломжтой тул ердийн фотоцахилгаан төхөөрөмжтэй харьцуулахад ямар нэг хязгаарлалтгүйгээр барилгад ашиглагдах бас нэг давуу тал болжээ. Энэ нь тухайн төхөөрөмж байшингийн ард хойд зүг рүү харж байрлуулсан ч гэсэн эрчим хүчийг үр ашигтайгаар гарган авах боломжтой гэсэн үг юм.
Бетоны өнгөн давхарганд жишээ нь титаны давхар оксидоор баяжуулсан органик будагч бодис агуулсан давхарга суулгаж өгөхийн зэрэгцээ гадаргууд нь графит ба тунгалаг үе тавьж өгснөөр будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элементийн ашигт үйлийн коэффициентийг сайжруулдаг байна. Үндсэн материал болох дамжуулах чадвар сайтай бетон нь уг системийн электрод нь болно. Үүнээс гадна бетон нь галын тэсвэрлэлт сайтай, удаан эдэлгээтэй, бат бөх өндөртэй, янз бүрийн хэлбэр дүрстэй барьж болох тул хамгийн өргөн хэрэглэгддэг барилгын материал юм.
DYSCRETE системийг угсармал бетон эдлэл үйлдвэрлэх, шинэ төрлийн фассад хийх болон барилгын гадна болон дотор хана ба шалны систем гарган авахад тохиромжтой ажээ. Өөрөөр хэлбэл нарны зайн элементийг барилгаас тусад нь хийлгүй барилгад өөрт нь интеграцлан байгуулах боломжтой болсон. Иймээс уг систем нь өндөр чанартай барилгын материал болоод зогсохгүй төвлөрсөн бус сэргээгдэх эрчим хүчийг ханган нийлүүлэхэд ихээхэн хувь нэмэр оруулна.
Цахиурын нарны элементтэй харьцуулахад үйлдвэрлэлийн зардал маш бага тул ашигт үйлийн коэффициент нь 2 хувь байхад л эдийн засгийн хувьд ашигтай юм байна. Хоёр хувийн ашигт үйлийн коэффициент гэдэг нарны энергийн хоёр хувийг л цахилгаан эрчим хүч болгоно гэсэн үг юм. Харин харагдах байдал нь ердийн төмөр бетон барилгаас ялгарах юмгүй тул хотын өнгө үзэмжийг сайжруулахгүй боловч байгаль орчинд ээлтэй, сэргээгдэх эрчим хүчийг ашиглан цахилгаан энергийг их хэмжээгээр гарган авах боломжтой гэдэг утгаараа “гайхамшигт материал” гэсэн нэр аваад байгаа юм.
Ингэхдээ бетоны гадаргууг цахилгааны идэвхитэй бөөмсөөр бүрэх судалгааг эхлэн явуулж байгаад хэд, хэдэн судалгааны ажлын үр дүнд урвалын идэвхитэй үе бүхий бетон эдлэл гарган авсан байна. Судалгааны эхний үе шатанд бетон эдлэл дээр жимсний шүүс асгахад л цахилгаан үйлдвэрлэх боломжтой гэсэн таамаг дэвшүүлээд судалгааг гүйцэтгэхэд фотосинтезийн идэвхитэй бөөмс болон цементэнд суурилсан барилгын материалаас шинэ материал нийлэгжүүлэн гарган авах боломжтой нь тогтоогджээ.
Зураг 1. DYSCRETE бетоны бүтэц
Будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элементийн ажиллах зарчмыг байгаль дээр ургамлын бүтцээс хуулбарласан байна. Хлорофилл агуулсан ургамал нь нарны эрчим хүчийг хагас дамжуулагч элементээр бус харин органик будагч бодистой суспензээр хүлээн авдаг байна. Хлорофиллийн молекулууд нь гэрлийг цуглуулдаг бөгөөд нанометрээс микрометрийн хэмжээтэйгээр ургамлын навчны эсэд багцаар байрлан гэрлийн энергийг химийн энергид шилжүүлдэг байна. Энэ энерги нь ургамлын эсийн биохимийн процессыг удирдан явуулдаг ажээ.
Будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элемент нь нарны эрчим хүчийг ашигласан хамгийн сүүлийн үеийн ашигт үйлийн коэффициент өндөртэй дэвшилтэт шинэ технологи юм. Тунгалаг шилэн дээр суурилсан модулийг хөгжүүлэхэд гол анхаарлаа хандуулж байсан тул бетон зэрэг барилгын бусад материалд ашиглах талд судалгааны ажил маш бага хийгдсэн байна. Харин энэүү элементийг урт хугацаанд тогтвортой байлгахын тулд оновчлох ажлууд явагдаж байгаа аж.
Зураг 2. DYSCRETE бетоны анхдагч загвар
DYSCRETE нь цахилгаан химийн урвалын үр дүнд эрчим хүч гаргадаг будагч бодистой нарны эрчим хүчний элементтэй ижил зарчмаар ажиллах ба гэрлийг шингээхийн тулд органик будагч бодисыг хэрэглэсэн байна. DYSCRETE бетон нь дамжуулах чадвар сайтай бетон ба органик шингэнээс бүрддэг байна.
1980-аад оны сүүлээр Швейцарийн химич М.Грэтцэл ургамлын фотосинтезийн урвалтай ижил зарчмаар ажилладаг будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элемент гарган авсан бөгөөд үүнийг техникийн фотосинтез гээд уг элементийг “Грэтцэлийн элемент” хэмээн нэрлэжээ. Энэхүү элемент нь цахиурын нарны эрчим хүчний элементтэй ижил үүрэгтэй буюу нарны энергийг цахилгаан энергид хувиргах боломжтой юм.
Будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элементийг титаны давхар оксид, иод-калийн уусмал, ургамал эсвэл жимснээс гарган авсан байгалийн будагч бодисууд зэрэг энгийн цөөн үндсэн бодисоос гарган авдаг байна. Уг элемент нь хэд, хэдэн үеэс тогтдог. Эдгээр үенд дээр дурдсан бодисууд нийлэн редокс-урвалын үеийг бүрдүүлэн энэ үенд гэрлийн үйлчлэлээр цахилгаан химийн урвалын дүнд эрчим хүч гаргадаг байна.
DYSCRETE зарчмыг ашиглахын тулд бетоны гадаргууг физик-химийн модификацид оруулахын зэрэгцээ будагч бодисуудыг суулгаж өгдөг. Өөрөөр хэлбэл будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элементийн зарчим дээр үндэслэн дундаас өндөр чанарын бетоны гадаргууг фотосинтезийн урвалын идэвхитэй болгон цахилгаан гарган авах шинэ технологи юм.
Үүний зэрэгцээ цахилгаан эрчим хүчийг ямар нэг хорт хий ялгаруулалгүйгээр ердийн хямд төсөр бодис ашиглан гарган авдаг, ашиглагдах материалууд нь олдоц ихтэй, тус материалын системийг сэргээн шинэчлэх, дахин боловсруулан ашиглах боломжтой, байгаль орчинд ээлтэй зэрэг давуу талуудтай аж. Жишээлбэл, титаны давхар оксид гэхэд шүдний оонд байдаг байна. DYSCRETE системийн бас онцлог нь гадна давхаргыг шинэчлэхэд газар дээр нь шүрших аргыг ашигладагт оршино. Альтернатив нарны зайн элементийг битүүмжилсэн байдаг бөгөөд аль нэг компонент нь ажиллагаагүй болсон тохиолдолд тухайн элемент бүхэлдээ зогсдог байна. Харин энэхүү шинэ систем нь сэргээн шинэчлэх боломжтой үе давхаргын багцуудаас тогтдог шинэлэг талтай.
Энэхүү шинэ төрлийн материалын систем нь сарнисан гэрлийн энергийг ч ашиглах боломжтой тул ердийн фотоцахилгаан төхөөрөмжтэй харьцуулахад ямар нэг хязгаарлалтгүйгээр барилгад ашиглагдах бас нэг давуу тал болжээ. Энэ нь тухайн төхөөрөмж байшингийн ард хойд зүг рүү харж байрлуулсан ч гэсэн эрчим хүчийг үр ашигтайгаар гарган авах боломжтой гэсэн үг юм.
Бетоны өнгөн давхарганд жишээ нь титаны давхар оксидоор баяжуулсан органик будагч бодис агуулсан давхарга суулгаж өгөхийн зэрэгцээ гадаргууд нь графит ба тунгалаг үе тавьж өгснөөр будагч бодисоор идэвхижүүлсэн нарны эрчим хүчний тэжээлийн элементийн ашигт үйлийн коэффициентийг сайжруулдаг байна. Үндсэн материал болох дамжуулах чадвар сайтай бетон нь уг системийн электрод нь болно. Үүнээс гадна бетон нь галын тэсвэрлэлт сайтай, удаан эдэлгээтэй, бат бөх өндөртэй, янз бүрийн хэлбэр дүрстэй барьж болох тул хамгийн өргөн хэрэглэгддэг барилгын материал юм.
DYSCRETE системийг угсармал бетон эдлэл үйлдвэрлэх, шинэ төрлийн фассад хийх болон барилгын гадна болон дотор хана ба шалны систем гарган авахад тохиромжтой ажээ. Өөрөөр хэлбэл нарны зайн элементийг барилгаас тусад нь хийлгүй барилгад өөрт нь интеграцлан байгуулах боломжтой болсон. Иймээс уг систем нь өндөр чанартай барилгын материал болоод зогсохгүй төвлөрсөн бус сэргээгдэх эрчим хүчийг ханган нийлүүлэхэд ихээхэн хувь нэмэр оруулна.
Цахиурын нарны элементтэй харьцуулахад үйлдвэрлэлийн зардал маш бага тул ашигт үйлийн коэффициент нь 2 хувь байхад л эдийн засгийн хувьд ашигтай юм байна. Хоёр хувийн ашигт үйлийн коэффициент гэдэг нарны энергийн хоёр хувийг л цахилгаан эрчим хүч болгоно гэсэн үг юм. Харин харагдах байдал нь ердийн төмөр бетон барилгаас ялгарах юмгүй тул хотын өнгө үзэмжийг сайжруулахгүй боловч байгаль орчинд ээлтэй, сэргээгдэх эрчим хүчийг ашиглан цахилгаан энергийг их хэмжээгээр гарган авах боломжтой гэдэг утгаараа “гайхамшигт материал” гэсэн нэр аваад байгаа юм.