Жюри премии "Глобальная энергия" назвало имена лауреатов 2020 года. Учёные из Италии, США и Греции получат награду за достижения в области переработки ядерных отходов и природного газа, а также солнечной энергетики и управления электросетями.
Эксперты выбрали победителей среди 78 номинантов из 20 стран мира. Каждый лауреат получит 39 миллионов рублей.
Лауреатом премии в номинации "Традиционная энергетика" стал Карло Руббиа (Carlo Rubbia) из Италии. Согласно официальной формулировке, премия присуждена ему за содействие развитию устойчивой энергетики в контексте утилизации ядерных отходов и пиролиза природного газа.
Премию в номинации "Нетрадиционная энергетика" получит Пэйдун Ян (Peidong Yang) из США за изобретение солнечных панелей на основе наночастиц и разработки в сфере искусственного фотосинтеза.
Наконец, Николаос Хатциаргириу (Nikolaos Hatziargyriou) из Греции удостоен награды в номинации "Новые способы применения энергии" за вклад в стабилизацию работы электросетей, разработку умных электросетей и микросетей с использованием искусственного интеллекта.
Теперь подробнее расскажем о работах лауреатов.
Карло Руббиа: реакторы, газ и солнце
Карло Руббиа в 1984 году стал лауреатом Нобелевской премии по физике за решающий вклад в открытие W- и Z-бозонов – переносчиков слабого взаимодействия. Однако исследователь, раскрывший одну из самых глубоких тайн строения материи, многое сделал и для практических нужд человечества.
Так, именно ему принадлежит концепция ядерного реактора нового типа: так называемого усилителя энергии (energy amplifier).
Напомним, что в традиционном атомном реакторе ядра, например, урана-235 делятся и испускают нейтроны. Эти нейтроны врезаются в другие ядра и вызывают уже их деление, и так далее. Это называется цепной реакцией. При этом масса реакторного топлива должна быть с очень большой точностью равна критической. Если она меньше критической, то реакция затухнет, а если больше – произойдёт ядерный взрыв. Именно на этой тонкой грани работают все современные атомные реакторы.
В усилителе энергии главным источником нейтронов являются не сами распадающиеся ядра, а протонный луч из ускорителя. Пучок протонов бьёт в неподвижную мишень и вступает с её веществом в реакцию, в результате которой образуются нейтроны. Эти нейтроны и делят атомные ядра в реакторе.
Такая концепция имеет целый ряд преимуществ, и первое из них – безопасность. В подобном реакторе используется докритическая масса топлива, поэтому деление ядер прекращается сразу же после остановки ускорителя. В таких условиях невозможен не только полномасштабный ядерный взрыв, но и тепловой взрыв вроде случившегося на Чернобыльской АЭС.
Второй плюс в том, что в такой установке может "гореть" самое разное топливо. Например, вместо урана-235 можно использовать более дешёвый торий-232.
"Всеядность" предложенного лауреатом устройства может сыграть и огромную экологическую роль: в нём можно "дожигать" отходы традиционных реакторов. Уже через 500 лет после такой процедуры (дающей к тому же дополнительную энергию) отработанное ядерное топливо станет не радиоактивнее угольной золы. А вот без такого "дожигания" отходы АЭС остаются опасными в тысячу раз дольше.
Отметим, что усилитель энергии пока остаётся заманчивой концепцией. Чтобы его построить, нужно решить множество сложных научно-технических проблем. Тем не менее однажды эта идея Руббиа может воплотиться в жизнь на радость человечеству.
Также исследователь работал над технологиями термической переработки (пиролиза) природного газа. Он продвигал идею, что углеводороды должны быть сырьём для химического синтеза, а не топливом.
Физик внёс свой вклад и в солнечную энергетику. Он работал над установками, в которых солнечный свет собирается зеркалами и используется как источник тепловой (а не электрической) энергии. Руббиа предложил ряд интересных решений, которые значительно снизили стоимость подобных устройств.
Пэйдун Ян: энергия солнца
Ян внёс огромный вклад в дело использования солнечной энергии. Именно его группа создала первый действующий нанопроволочный фотоэлемент. Физик продемонстрировал, что в качестве основы для солнечных батарей нанопроволоки выгоднее других типов наночастиц. Ян и его коллеги предложили несколько новых типов нанопроволочных фотоэлементов.
Учёному также принадлежат выдающиеся результаты в области искусственного фотосинтеза. В 2013 году его группа представила первую искусственную наносистему, которая расщепляла воду на водород и кислород под воздействием солнечного света.
А в 2015 году Ян с коллегами представил первую систему, осуществлявшую полноценный искусственный фотосинтез. Полупроводниковые нанопроволоки собирали энергию солнечного света, а бактерии вида Sporomusa ovata использовали её, чтобы перерабатывать воду и углекислый газ в бутанол (отметим, что без помощи искусственных "собирателей солнца" эти бактерии не способны на фотосинтез).
Это была первая инженерная система, вырабатывающая органическое вещество непосредственно из углекислого газа и воды под действием солнечного света. Исследователь продолжал совершенствовать подобные разработки и в последующие годы.
Также Ян создал новый метод синтеза сверхрешёточных нанопроволок из кремния и германия. Команда Яна продемонстрировала, что эти структуры эффективно преобразуют тепловую энергию в электрическую. Поэтому их можно использовать для дополнительного извлечения энергии везде, где есть горячий отработанный "выхлоп", будь то двигатель автомобиля или турбина тепловой электростанции.
Николаос Хатциаргириу: умные сети
Выработать энергию – это важно, но не менее важно разумно ею распорядиться. Именно этому посвящены работы Николаоса Хатциаргириу.
Он был одним из первых европейских учёных, занимавшихся проблемами микросетей (то есть электрических сетей с небольшим количеством потребителей) и смартсетей.
Хатциаргириу усовершенствовал методы централизованного и децентрализованного управления электросетями. Он создал несколько оригинальных методов, позволяющих новым генераторам подключаться к действующей сети без существенных изменений в самой сети. Это аналог компьютерной технологии "подключи и работай" (Plug and Play).
Благодаря исследователю на острове Китнос была создана первая в Европе микросеть с децентрализованным управлением, всё электричество в которой вырабатывалось солнечными батареями.
Также Хатциаргириу работал над применением искусственного интеллекта в управлении электросетями, методами оценки безопасности сетей и так далее. Его разработки особенно полезны для сетей с большой долей ветрогенераторов. Они обеспечивают стабильное функционирование системы даже при резких и неожиданных капризах погоды.
К слову, ранее Вести.Ru рассказывали о лауреатах премии за 2019 и 2018 годы.
