НОВЫЙ ЭНЕРГОГЕНЕРИРУЮЩИЙ МАТЕРИАЛ «DYSCRETE»
Анисимова А.А.
Оренбургский государственный университет, г. Оренбург
Архитектурно-строительный факультет, группа 13Арх(б)ОП
Научный руководитель Т.И. Шевцова
Развитие и совершенствование строительного производства невозможно без разработки новых и модификации уже зарекомендовавших себя как надежных, строительных материалов. Бетон находит широкое применение в строительной сфере, поэтому внедрение энергоэффективных технологий, понижение стоимости строительства и последующей эксплуатации зданий и сооружений – главная задача, стоящая перед учеными [1].
Рисунок 1- Внешний вид бетона «DysCrete»
Специальный энергогенерирующий бетон (рис.1), разработанный исследовательской группой из университета Касселя в Германии, использует органические красители, которые поглощают свет и производят электричество посредством электрохимических реакций в соответствии с принципами фотосинтеза [2]. На основе генерирующего электроэнергию бетона, названного инженерами «DysCrete», планируют изготавливать элементы фасадов зданий, что позволит максимально использовать положительные качества нового материала.
Следует отметить, что аналогичный прототип строительного материала с встроенной функцией «солнечной батареи» уже разрабатывался швейцарским химиком Михаэлем Гретцелем в 90-х годах прошлого века. Он разработал первую пигментную солнечную панель, состав которой базировался на диоксиде титана, органической жидкости, электролите, графите и прозрачном покрытии. Группа из университета Касселл поставила перед собой иную задачу: «Наша цель состоит в том, чтобы разработать материал, который может быть использован в будущем в строительной отрасли, например, для сборных железобетонных элементов в конструкции здания, фасадных элементов и новых фасадных систем. В то же время такой материал будет способствовать устойчивому и децентрализованному энергоснабжению, благодаря его функционированию в качестве солнечного элемента», - объясняет профессор Клуссманн [3].
В структуру «DysCrete» входит:
• электрографический бетон, содержащий несколько слоев с добавлением пищевой добавки Е171: TiO2 (диоксид титана);
• электролит;
• органическая жидкость;
• защитное бесцветное покрытие.
Структура функциональных слоев (рис.2) превращает поверхность бетона в сенсибилизированную красителем солнечную батарею, а сам бетон берет на себя функцию электрода, использует органические красители для поглощения света, и вырабатывает электричество посредством электрохимических реакций.
Рисунок 2- Структура функциональных слоев бетона
Разработчики планируют на основе генерирующего электроэнергию бетона изготавливать элементы фасадов зданий, что позволит максимально использовать все положительные качества нового материала. Солнечный свет при этом будет максимально сильно воздействовать на поверхность бетона, а аккумулированная бетоном энергия сможет использоваться на нужды жизнеобеспечения здания для работы систем:
• освещения;
• водоснабжения;
• кондиционирования и вентиляции;
• отопления.
Главные преимущества нового строительного материала будут заключаться:
• в повышении энергоэффективности путем использования альтернативных источников энергии;
• в снижении затрат на оплату счетов за электроэнергию;
• в возможности вторичной переработки, экологической безопасности материала для людей и окружающей среды;
• в низком коэффициенте теплопроводности;
• в способности производить электроэнергию даже в условиях минимальной освещенности;
• DysCrete идеально подходит для изготовления сборных железобетонных элементов;
• в относительно низкой себестоимости, так как все материалы общедоступны [4].
Тем не менее, несмотря на неоспоримые достоинства нового материала, возникает ряд вопросов, связанных с целесообразностью применения его на практике. Исследователи полагают, что «пороговой величиной» мог бы стать КПД ячеек DSSC в 2%. КПД в 2% — это в 10 раз ниже КПД существующих фотоэлектрических панелей. Значит, для получения равной мощности площадь стеновых панелей должна быть минимум в десять раз больше, так как вертикальное расположение стен снижает степень инсоляции от трети до половины.
Так же, при практической эксплуатации панелей фасадные элементы стены нельзя красить, необходимо следить за отсутствием загрязнений панелей, чтобы не нарушать процесс фотосинтеза, а, следовательно, часто мыть, что сопряжено с вызовом промышленных альпинистов, поэтому сервис и ремонт таких ячеек превращается в сложную задачу, а их способность нести нагрузки предстоит исследовать [5].
Однако, первые модули «DysCrete», представленные с 19 по 25 января на ведущей в мире выставке архитектуры, материалов и систем BAU 2015 в Мюнхене, вызвали немалый резонанс и интерес со стороны компаний-застройщиков во всем мире. Проект получил поддержку и спонсорскую помощь в размере 150 000 евро от Федерального Министерства, возлагающего на новацию большие надежды [6].
На данный момент процесс разработки «DysCrete» проходит последние этапы. В планах инженеров оптимизировать состав покрытия, чтобы процесс преобразования солнечной энергии в электричество стал экономичнее. В долгосрочной перспективе, новый материал со временем может составить конкуренцию облицовочному кирпичу, обеспечив зданию стабильное и повсеместное энергосбережение.
Список литературы
1. Христофоров А.И., Христофорова И.А., Кузьмин Д.И. Модификация бетонов наночастицами и органическими веществами [Текст]/ Христофоров А.И., Христофорова И.А., Кузьмин Д.И. // Вестник ТГУ. Сер. Естественные и технические науки. - 2012. - №3. - С. 991-995.
2. DysCrete. Experimental Energy Production Systems // Building Art Invention [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.baukunsterfinden.org/en/research/projects/dyscrete-energy-production-systems/ (29.02.2016).
3. Beton liefert Sonnenstrom – Uni Kassel entwickelt neuartigen Baustoff „DysCrete“ // Universität Kassel [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://www.uni-kassel.de/uni/nc/universitaet/nachrichten/article/beton-liefert-sonnenstrom-uni-kassel-entwickelt-neuartigen-baustoff-dyscrete.html (29.02.2016).
4. Бетон – источник электрической энергии // Меркурийстрой [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://mercuriystroy.ru/news/?view=30973606 (29.02.2016).
5. Ради 2 процентов // Зеленый город [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://green-city.su/radi-dvux-procentov/ (29.02.2016).
6. Solarbeton deutsche forscher entwickeln baustoff der strom produziert // Wirtschafts woche [Электронный ресурс]. - Режим доступа: https://green.wiwo.de/solarbeton-deutsche-forscher-entwickeln-baustoff-der-strom-produziert/ (29.02.2016).