Category: Актуално

Надеждата е водородът да замени горивото за автомобили, кораби, влакове и самолети, но ще може ли да пребори батериите?

Кой ще бъде генераторът на бъдещата мобилност – акумулаторът или водородът? Спорът се води на много плоскости, в науката, в политиката, в бизнеса. И се изостря все повече. Ако искаме поне малко да ограничим затоплянето на планетата, глобалният транспорт трябва драстично да намали отделяните в момента годишно 8,9 милиарда тона CO₂ емисии. Екологичните програми на Европейския съюз предвиждат редуциране на въглеродния диоксид в размер на 55 процента до 2030 година и съответно достигане 95 процента намаление до 2050 г. Докато по-голямата част от превозните средства се движат с изкопаеми горива, това обаче остава физически невъзможно.

От техническа гледна точка, както батериите, така и водородът, са в състояние да заместят нефта. Когато се прилагат адекватно те не отделят почти никакъв въглероден двуокис. За съжаление обаче и в двата случая се сблъскваме със сериозни допълнителни проблеми.

Електрическото задвижване е немислимо без батерии, а продължава да остава неясно, дали до заветната 2050 година ще разполагаме с достатъчно количества литий, графит и никел, за да може по-голямата част от транспортния сектор да премине на ток. Геолозите са оптимисти, но минните компании предупреждават, че за тази цел ще бъдат нужни сериозни допълнителни инвестиции за проучвания и добив.

Водородните превозни средства се нуждаят само от малка батерия, но самият водород не би натоварвал климата единствено и само, когато е произведен чрез електролиза за вода, а енергията за нея идва от вятър или слънце. Това все още ще се случва твърде рядко. Основното количество водород днес се генерира все още с помощта на въглища и природен газ, при което се отделят огромни количества въглероден двуокис в атмосферата. И тук също все още не знаем, дали някога ще разполагаме с достатъчно зелен водород, добит от слънчева енергия.

За сега обаче много експерти са на мнение, че произведената електрическа енергия от слънцето и вятъра е по-добре да се използва директно, вместо за производство на водород, защото то излишно усложнява и оскъпява процесите. С други думи, предимството според тях е при батериите. А дълго време преобладаващото тъкмо обратното становище, а именно за предимството на технологиите с горивна клетка. Тя произвежда ток от водород, електроенергията се складира в буферна батерия, от където пък вече се задвижва електромотор. За разлика от електромобилите, системите с горивна клетка генерират пробег, съпоставим с дизела. Едновременно с това, времето за зареждане е почти същото. На пазара обаче днес преобладават електромобилите. Според статистически данни през 2019 година в цял свят са били продадени осем милиона електрически коли и само седем хиляди с горивна клетка.

Защо? Недостатъците на горивната клетка не могат бързо да бъдат отстранени, защото са системни. Степента на ефективност при водородния автомобил е значително по-ниска, отколкото при конкуренцията на батерии. Ще рече, че при горивната клетка първоначалната енергия много по-ограничено се превръща в двигателна. Електромобилът директно използва наличния електрическия ток. При водородния от електроенергията първо трябва да се произведе водород, да бъде охладен до минус 250 С° или да се сгъсти до 600 атмосфери, за да може да се побере в резервоара, и от там през горивна клетка да зареди буферната батерия. Колкото и да бъдат оптимизирани тези процеси, при леките автомобили технологията едва ли ще успее да достигне ефикасността на електромобилите. В същото време при последните пробегът от 500 км днес вече е напълно реален, а животът на акумулаторите през последните няколко години се е удвоил.

На този фон усилията, свързани с горивната клетка са насочени основно към железниците. Те изначално се считат за екологично превозно средство, но все още съществуват много ж.п. линии, които не са електрифицирани и се обслужват от дизелови локомотиви и мотриси. Влаковете пътуват между постоянни крайни дестинации, така че логистиката по зареждането с водород е значително по-лесна и евтина, отколкото изграждането на цялостно инфраструктура за зареждане на леки автомобили със зеления газ.

Любопитно е, че на кратки разстояния локомотивите на батерии могат да се окажат също по-ефективни, отколкото тези с горивна клетка. При дългите трасета, и най-вече с тежки товарни композиции, характерни за САЩ, Канада или Австралия, водородът определено е с предимство и може пътува заедно с тях, натоварен в отделен вагон-цистерна, от която зареждането е възможно по всяко време.

Дълго време преобладаваше също мнението, че едва ли някога ще бъде възможно да летим без да отделяме въглероден двуокис: заради ограниченото пространство и допустимо тегло, добавянето на батерии или горивни клетки в летателните машини изглеждаше безсмислено, особено за по-продължителни полети. Днес обаче, съществуват нови планове и разработки. Водородът може да се гори директно чрез газовите турбини на самолета, да превозва по двеста пътника на повече от три хиляди километра, което макар и недостатъчно за прекосяване на океана, е напълно достатъчно, за да летите без да отделяте СО₂ из Европа или Щатите, което всъщност е по-голямата част от въздушния трафик. Друго решение е използването на водород за горивни клетки. Произведеният от тях ток върти витлата, което е решение при по-къси дистанции и за малки аероплани. 

Главоболия продължават да причиняват тежките камиони. Те се движат почти винаги на дълги разстояния и почти без прекъсване. За това тук натежават аргументите за горивната клетка. При обичайно изминавани осемстотин километра, почти без прекъсване, само акумулаторната батерия би трябвало да тежи шест тона. Това обаче би било за сметка на превозваните товари и със сигурност нерентабилно. Да не говорим за необходимото време за зареждане.

Въпреки добрите шансове за горивната клетка, тя е все още твърде скъпа за производство. А и нужната инфраструктура за захранване на машините с водород трябва тепърва да бъде изградена. На този фон технологиите за батерии продължават да се усъвършенстват, а благодарение на масовото им производство цените продължават относително да падат. Времето за зареждането им също става все по-кратко. Резултатът от оспорваната надпревара за транспорта на бъдещето все пак остава отворен.

Идва ли устойчива екологична алтернатива на днешните почистващите препарати?

От гледна точка на потребителите, почистващи препарати се избират според цената и марката на производителя. За химиците, които ги създават обаче, в центъра на вниманието са тензиди: молекули, които успяват да разградят съвместно с вода разнородни мазни течности. В цял свят годишно се използват над 20 милиона тона тензиди. Финансовият оборот възлиза на почти 80 милиарда лева. Макар и разнородни като състав, всички тензиди се извличат от нефт или палмово масло. Това е пресечната точка, в която индустрията за перилни препарати е изправена пред същото предизвикателство, което отдавна мъчи автомобилостроенето, а именно има ли бъдеще бранша без използване на изкопаеми горива.

Все още мнозина не си дават сметка, колко много продукти от ежедневието ни произхождат от нефт или газ: дрехи, дюшеци, почистващи препарати. Вероятно липсата на обществен натиск е една от причините, химическата промишленост да е доста по-слабо подготвена за трансформация към технологии, независими от тровещи климата суровини.

Освен вечи прилагните в призводството етерични масла на лице са първи експерименти с екологични алтернативи на класическите тензиди. Една от технологиите е заимствана от традиционната ферментация при пивоварите, където от хмел, малц и вода се получава любимата кехлибарена течност. Когато разтвора и живите микроорганизми в процеса бъдат подменени, вече могат да се получат и подходящи за почистване субстанции, например рамнолипиди. За целта се използват естествени бактерии, които се хранят с мазни отлагания, така наречените псевдомони, които влизат в ролята на повърхностно активни вещества. Технологията е в състояние напълно да замести класическите тензиди и също така генерира устойчива пяна, която за голяма част от потребителите е съществен признак на висока ефективност и качество.

Всъщност темата с пяната е напълно ирационална, защото тя не оказва никакво влияние върху процеса на почистване. В мивката или ваната тя стои добре визуално, но в съдомиялната машина би била смущаващ фактор. Но макар биологичните тензиди да успяват да го докарат дори и на пяна, пробивът им е доста труден, най-вече защото са все още са твърде скъпи за производство.

С напредване на технологията и увеличаване на производството обаче цените биха могли бързо да паднат, но остават други важни фактори, които вероятно ще затруднят премиването от класическия нефт към биологични решения при производството на перилни препарати. Алтернативните микроорганизми, използвани при технологията, се нуждаят от подхранване и така се превръщат в сериозна конкуренция на хранително-вкусовата промишленост. При процесите се използват основно вода и отпадъци от производството на захар.

Някои концерни за почистващи препарати вече използват кокосово или палмово масло като заместител на нефта. Все пак не е нефт, но пък за отглеждането на тези култури продължават да се изсичат много гори, които да отстъпят мястото си за засаждането им. Стъпвайки на опита в тази сфера обаче, учени се опитват да генерират тензиди, които да се извличат от отпадъчна биомаса. От съществено значение е решението, което ще бъде намерено, да се основава на суровина, която е налична в достатъчно големи количества, така че да не предизвиква конфликти с други сектори на икономиката. Една възможност е ксилозата, потенциална основа за извличане на тензиди, налична в дървесината и много разнородни отпадъци.

За щастие, рамнолипиди могат да се добиват не само от органични суровини. С модерни методи те могат да се синтезират също и от пластмасови отпадъци. Голямото предимство тук е, че докато при рециклирането на пластмаси са опаковки или облекла са нужни висококачествени пластмасови отпадъци с дълги вериги, например бутилки PET, то за тензидите приложими са и нискокачествените. Чрез пиролиза или загряване без наличие на въздух могат да се получат качествени изходни материали за почистващи препарати от пластмасов боклук с къси вериги.

Иновации в строителството заменят липсващата работна ръка

Камион с монтиран върху платформата си кран с дълга стрела самостоятелно реди тухли под прецизното командване на бордови компютър. Машината изгражда стените на модулни къщи с непозната до сега скорост. Само в рамките на един работен ден роботът успява да иззида седем пъти по-голяма площ, отколкото опитен строител. След по-малко от четири дни той вече е готов със стените за еднофамилна къща.

Докато автомобилни заводи, енергийни мрежи или логистиката отдавна се дигитализират все повече, иновациите в строителството сякаш са по-скоро рядкост. По строежите, не само в България, продължават да властва ръчния труд в съчетание с книжна документация и скици, разпечатани на огромни листове хартия. В множество проучвания строителния сектор се оказва в края на класацията по отношение на цифровизацията на процесите. Макар все повече сглобяеми сгради да се проектират на компютри и моделите им да се визуализират чрез триизмерни разпечатки, секторът продължава да изостава дори спрямо селското стопанство или рибовъдството.

Промяната е повече от наложителна: само в Европейския съюз според Евростат през изминалата година над 200.000 работни места в строителството са останали незаети. В същото време анализ на Обединените нации алармира, че през следващите две десетилетия около 2,5 милиарда жители на планетата ще се преселят в градовете. С други думи, за да могат да се настанят, ще трябва да бъдат изградени по 13.000 нови сгради всеки ден!

С обичайните строителни практики това очевидно няма да може да се постигне. Автоматизация и иновации в строителството са неизбежни. Надеждата е в роботите, които могат да облекчат изработката на сглобяеми конструкции или да поемат операции по пробиването на отвори в асансьорни шахти. Все повече стартиращи компании се отдават на тези предизвикателства: облачни услуги, изкуствен интелект, заснемащи дронове и софтуер за моделиране на строителната информация.

Първи успехи са вече налични при оплитането на арматура за сглобяеми сгради Тежащите по няколко тона стоманени конструкции, които са от съществено значение за носещата конструкции, се изработват обичайно ръчно и на място. Тежка и монотонна работа, която отнеме много време. Днес на места тази задача вече се поема от роботи. Познатите ни от автомобилното производство автоматизирани механични ръкави, повдигат и наместват стоманените прътове, на местата където те се кръстосват, друга роботизирана ръка укрепва връзката чрез метален маншет.

Така стъпка по стъпка без необходимост от тежък човешки физически труд машините изработват конструкцията на арматурата, в която ще бъде излят бетонът. Тъй като всеки метален елемент е индивидуален и със своите специфични параметри, алгоритмите на софтуера са много съществени. Само така може да се избегне риска, роботизираните ръце да започнат да си пречат взаимно. За обработката на един тон стомана обичайно са нужни два пълни работни дни с пълно ангажиране на двама строители. Машината се справя блестящо само за един час.

За да могат да задоволят бурно растящото търсене на жилища, инвеститорите залагат все повече на сглобяеми къщи. Така нареченото модулно строителство предполага предварителната изработка на сегменти в изнесени халета, вместо на строителната площадка. За да се избегне в този процес нуждата човешка намеса, както и да се намали шума при самия монтаж на модулите, в бъдеще и тук ще се разчита все повече на роботи. Наблюдавани от софтуера, те допускат значително по-малко грешки от хората. В същото време намалява риска от злополуки за работниците. Оптимизира се разхода на материали и намаля количеството генерирани отпадъци. Благодарение на подобни роботи фирми за модулни къщи в Канада са успели да съкратят разходите си с около една трета.

Прецизни роботизирани машини се използват не само при заготовката на елементи, но и след завършване на грубия строеж. Създадени от компанията АВВ роботи, се движат върху специално създадена за целта платформа в асансьорните шахти. От нея те прецизно пробиват дупки и поставят дюбели с точност до милиметър. В последствие на тези места се закрепват връзките за асансьорни врати и релсити, по които ще се движи кабината. Става дума за стотици операции, извършвани до сега ръчно от строителите.

Благодарение на изкуствения интелект все повече операции в жилищното строителство ще могат да се автоматизират. Автономно предвижващи се роботи могат да се ориентират на строежа благодарение на лазерна техника и камери. Те вече изкачват стълби или отварят затворени врати. Благодарение на перфектната навигация няма опасност да се объркат и нагазят в току що излятата бетонна плоча. Прецизната оптика и изображенията с висока разделителна способност помагат на машините с изкуствен интелект да контролират сложни процеси и да удостоверяват параметри на качеството. Това, което би могло да убегне на строителите, тук със сигурност ще бъде забелязано от робота. В същото време камери и дронове мога надеждно да следят строителните площадки и отвън. Компютърни системи вече сканират регистрационните номера на бетоновози и установяват отклонения от графика на доставки. Алгоритми, основани на изкуствения интелект, проверяват качеството на бетона: ако консистенцията му е твърде флуидна, той просто няма да влезе в употреба. Друг специфичен софтуер следи за евентуални размествания на почвата около строителната площадка и ги съпоставя спрямо количествата излят бетон. Данните постъпват в облака, откъдето могат да се използват вече обработен за различни цели: включително за счетоводната обработка на фактурите за поръчаните строителни материали.

Освен упражнения, за мускулите ни са важни витамини и протеини

Балансираната и здрава храна, по възможност без преработка, е добра предпоставка за успешни упражнения за мускули. Кои са хранителни вещества със съществено значение за изграждането на мускулите? Днес ще обърнем внимание на важните витамини за мускули.  

За всеки човек, в зависимост от пола и възрастта важат конкретни препоръки за приема на витамини. При спортуващите обаче значението на определени витамини е по-голямо. Това се обяснява с появата на оксидативен стрес по време на тренировки: образуването на свободни радикали, за чието разграждане липсват достатъчно антиоксиданти. Повишеният прием на определени витамини може да промени това. Други причини могат да се коренят в повишената обмяна на енергия и протеини, които играят съществена роля при изграждането на мускулната маса.

За обмяната на веществата и в особена степен за биосинтезата на протеини за мускули от съществено значение е достатъчният прием на витамин А, който играе също така важа роля при обмяната на мазнините. Друга важна функция е образуването на тестостерон както и изсипването на хормони на растежа, при които участва ретинол. Не трябва също така да се подценява и ролята на витамин А като антиоксидант.

Витаминът В1 участва при енергийната обмяната на веществата на мускули и нерви, особено на въглерода. Тиаминът конкретно допринася да разгражда намаляващата потенциала млечна киселина в мускулите. Последствията от липсата на витамин В1 е бързата умора при тренировка, както и липсата на концентрация.

Витаминът B2 изпълнява важни функции при енергийната обмяната на веществата и кислорода. Те играят важна роля при изгарянето на мазнини. Освен това рибофлавина допринася за защитата от свободни радикали. При липса на витамин В2 може да се предизвика слабост на мускулите, забавена обмяна на мазнините, дори липса на енергия и поява на депресия. С други думи убива се всякакво желание за тренировка на мускули.

С огромното си значение за обвяната на белтъчини витамин В6 е един от най-важните са силовите спортисти. При увеличен прием на протеини за мускули препоръчително  да се увеличи съответно и дозата на пиридоксин. При евентуален недостиг може да се стигне до мускулна слабост и крампи, в най-лошия случаи дори до разграждане на мускулите.

Витаминът B12 е също така важен за обмяната на веществата, като между другото е отговорен за разграждането на протеините в тялото. Не само при физически упражнения за мускулни групи и тренировки, но като цяло за възстановяване на тялото е необходимо достатъчното снабдяване на организма с кобаламин. Редом с растежа на клетките, витамин В12 влияе на растежа на червените кръвни телца. Недостигът крие опасност от анемия и ограничава физическите възможности. Тялото се уморява по-бързо, кондицията спада.  

Витаминът C вероятно е най-популярният витамин. Положителното му въздействие върху имунната система е общовалидно, но каква роля играе аскорбиновата киселина при спортистите? Редом с транспорта на кислород и подобреното лекуване на рани тя е отговорна също така в значителна степен за възстановяване на мускулите след тренировка. Витаминът спада към антиоксидантите и предпазва тялото, като обезврежда свободните радикали. По отношение на значението на витамин С при тренировки за мускули, мненията на експертите са разнопосочни. По принцип учените предупреждават да се внимава при увеличен прием на витамини С и Е!

Ако сме коректни, витамин D не би трябвало да присъства в нашия списък, защото спада към хормоните. Но заради името и значението си всъщност не бива да го прескачаме. Изследвания доказват, че витаминът увеличава силата, процеса на изграждане и възстановяването на мускулите. Освен това влияе на мотивацията, а недостига му може да предизвика умора, отпадналост и депресия. Витаминът D също така е важен за производството но тестостерон и поддържането на здрави стави.

Подобно на витамин C, витаминът E спада към антиоксидантите. Действието му е спорно, но ние го добавяме в нашия списък. Все пак токоферолът участва в обмяната на мазнини и протеини, като по този начин може да поддържа изграждането и кондицията на мускулите.

По-високи орбити обещават по-ефикасно предаване на данни

Трафикът в околоземна орбита става все по-натоварен. Държавни и частни структури изстрелват армии от сателитни спътници, например за да подсигурят планетата ни с бърз интернет, без за това да е нужно да се опъват километрични кабели или да се копаят канали в земята. Американският концерн SpaceX към момента оперира с почти 2000 такива комуникационни спътници в системата си Starlink. Същото важи и за конкурента му OneWeb. С тази техника могат да успешно да се свържат отдалечени населени места, плаващи кораби в океана или очакваните скоро автономни автомобили. Собственикът на Starlink Илън Мъск чрез мрежата си от сателити вече актуализира софтуера на също така неговите елекромобили Tesla. В Европа производители като BMW и Volkswagen работят по сходни програми.

Но с увеличаването на технологичните амбиции пространството безкрайната вселена започва да отеснява. В същото време намаляват и наличните свободни честоти за излъчване на сигнал. Сателитите на Мъск или спътниците за сателитна телевизия на Eutelsat ползват така наречения Ка-диапазон, който е буквално задръстен. Поради тази причина новите играчки на пазара мигрират към по-високите Q и V диапазони. Недостатъкът там обаче е вредното влияние, оказвано от мъгли, дъжд и сняг. От друга страна, в сравнение с ниските честоти те разполагат с по-голям капацитет, което плюс при постоянно увеличаващите се обеми от предавани данни. Някои смелчаци дори се гмуркат в още по-високия W-диапазон, но техниката тук е все още недостатъчно добре развита и най-вече скъпа.

Но именно от този честотен диапазон се планира едновременното захранване на десетки хиляди автомобили от марките VW и BMW с необходимите данни. Голямо предимство е, че това ще може да се случва с една единствена операция. Също така бързо и лесно ще бъде свалянето на телевизионни сериали или ъпдейти за мобилния телефон. Експерти говорят за сателитен мултикаст, който напомня първите ни години със сателитна телевизия. Тогава от сателитна чиния на покрива можеше да се гледат чужди телевизионни програми на домашния телевизор. Вместо както до сега, данните да се предават от един разпределителен интернет център на друг, пакетите с данни ще изпращат подобно на радиосигнал еднократно до неограничен брой потребители. По този начин новата технология може да разтовари значително прегряващите в момента изчислителни центрове и магистрали за предаване на информация, които в момента се грижат за трансфера на данни от точка до точка в различни краища на света.

Но не всичко звучи така безоблачно. Сериозен проблем остава силната зависимост от метеорологичното време, защото дъждовните капки рефлектират радиовълните. Именно това свойство в момента използват метеоролозите, които именно във W-диапазона следят с метеорологичните си радари съставените от миниатюрни капчици облаци в тропосферата. За предаването на данни това обаче е бич: при дъжд сигналът може да отслабне до 100.000 пъти в сравнение със слънчево време без облаци.

Инженерите обаче обещават решение, което е свързано с промяната на техниката на спътниковия предавател и нужната сателитна антена. Благодарение на подобренията при лошо време би могло да се намали количеството излъчвана информация и да се интегрира цифрова корекция за евентуално възникнали грешки, като данните се изпращат дублиращо. Системата позволява също така информацията да бъде изпратена с известно закъснение, без това да пречи на потребителите. Другата добра новина е, че колкото е по-висока честота, толкова по-малка може да бъде нужната приемаща сигнала сателитна чиния. Конкретно за Ка-диапазона става дума за 2,7 до 4 милиметра, което идеално решение за автомобили и самолети.

Как можем да печелим интелигентно електроенергия от топлината на уредите

Преди повече от 200 години германският физик Томас Йохан Зебек открива, че съществуват определени метални сплави, които генерират електрическа енергия, щом през тях преминава топлина. До момента обаче, изградените на този принцип термоелектрически генератори, не успяха да си пробият път. Сега обаче енергийната криза и стремеж за намаляване на въглеродния отпечатък обещават позабравения принцип на превръщане на излишна топлинна енергия в електрически ток да намери своята успешна пазарна реализация.

Днес все повече учени и фирми експериментират с полупроводници, които са в състояние да превърнат повече от десет процента от излъчваната топлина в електричен ток. Вече са налице ефикасни сплави, чиито свойства на металите допълнително оптимизират това специфично преобразуване на енергия. Така могат да се използват различни източници на топлинна енергия. Съществуват сплави които генерират ел енергия при много високи температури, други доставят електрически ток дори при минимални разлики в топлината.

На този фон преобразуване на енергия става възможно в необичайни ситуации. Вложени например в вентилите на радиаторите за отопление, те могат да доставят нужната електрическа енергия, за да бъдат управлявани дистанционно. Съществуват и други любопитни решения, при които може да се произвежда електрически ток в метали, благодарение на излишната топлина. Потенциали разработчиците виждат в електроцентрали, леярни и компресори. При почти всички промишлени процеси се губи енергия под формата на топлина. Понякога до 70 процента от вложената енергия.

На места, на които липсва захранване с ел енергия или е прекалено скъпо да бъде прокарана, за да бъде възможна работа на електричния ток, в случай не невъзможност от прилагане на алтернативни енергоизточници, термоелектрическите генератори могат да се окажат идеалното решение. Съществува пилотен проект, в рамките на който се следи дистанционно състоянието и износването на спирачките в асансьори, като нужната за това енергия се генерира чрез загряването на самите спирачки при спиране. Свързани със сензори кабели биха били неподходящи за тази цел, а фотоволтаичните клетки няма как работят в тъмните шахти на асансьорите.

Въпреки обещаващото бъдеще на термоелектрическите генератори и наличните сплави за преобразуване на енергия, масовото им приложение все още изостава. Но автомобилният производител Audi, подпомогнат от финансова програма на федералното правителство, вече работи върху модули, с които наличната в ауспуховата инсталация топлина да се превръща в електроенергия, която да подпомага консумацията на борда на автомобилите.