Южнокорейские исследователи из Корейского института машин и материалов (KIMM)разработали технологию, которая может перевернуть всю сферу переработки пластика. Они создали первую в мире плазменную горелку на водороде, способную разлагать несортированные пластиковые отходы за 0,01 секунды.
Да-да, сортировать ничего не нужно. Весь пластик — бутылки, пакеты, упаковки — попадает в установку, где его встречает плазма с температурой около 2000 °C. Под воздействием таких экстремальных условий молекулы пластика буквально рассыпаются на полезные химические элементы.
Обычные методы переработки — например, пиролиз — работают при куда меньших температурах (450–600 °C) и дают кучу бесполезных побочных продуктов. Новая технология устроена иначе: 100% водородное топливо и сверхвысокая температура позволяют получить из отходов чистые вещества — этилен и бензол. После очистки их чистота достигает 99%, что делает их пригодными для создания нового пластика.
Ученые говорят, что это настоящий прорыв. Сегодня химическая переработка пластика в мире развита слабо: дорого, сложно, требует сортировки. Теперь сортировка не нужна, а себестоимость переработки этилена уже сравнима с производством из нефти.
1/3
Интересно и то, что процесс потенциально можно сделать полностью безуглеродным, если использовать возобновляемые источники энергии. То есть решаются сразу две глобальные проблемы — переработка отходов и сокращение выбросов CO₂.
«Впервые в мире мы разработали процесс, который позволяет экономично перерабатывать смешанные пластиковые отходы в сырье», — заявил доктор Ён Хун Сон, руководитель исследовательской программы.
Сейчас технология проходит пилотные испытания, а в 2026 году в Южной Корее планируют запустить долгосрочную демонстрацию. Если все получится, мир может получить революционный способ избавляться от пластикового мусора и одновременно получать из него новое сырье.
Больше интересной информации про топливо, нефть, энергию и энергетику в телеграм-канале ЭнергетикУм
«Плазма - это имеет некоторое значение для моей истории - выглядит довольно внушительно. Попросту говоря, она напоминает осколок Солнца, к тому же - из центральной зоны, а не из прохладной хромосферы. Блеском она не уступает Солнцу - наоборот, превышает его. Она не имеет ничего общего ни с бледно-золотистым танцем вторичной, уже окончательной гибели, которую демонстрирует нам дерево, соединяющееся с кислородом в печи, ни с бледно-лиловым шипящим конусом, что исходит из сопла горелки, где фтор вступает в реакцию с кислородом, чтобы дать самую высокую температуру из достижимых посредством химии, ни, наконец с вольтовой дугой, изогнутым пламенем между кратерами двух углей, хоят при наличии доброй воли и надлежащего упорства исследователь смог бы сыскать места, где бывает побольше, чем 3000 градусов. Также и температуры, возникающие вследствие того, что затолкают этак миллион ампер в тонкий проводник, который станет тогда совсем уже теплым облачком, и термические эффекты ударных волн при кумулятивном взрыве; все это плазма оставляет далеко позади. В сравнении с ней подобные реакции следует считать холодными, прямо-таки ледяными, а мы не судим так лишь потому, что случайно возникли из материи, совершенно уже застывшей, омертвелой поблизости от абсолютного нуля; наше бравое существование отделено от него лишь тремястами градусами по абсолютной шкале Кельвина, в то время как вверх эта шкала тянется на миллиарды градусов. Так что воистину не будет преувеличением, если мы отнесем даже самые огненные температуры, каких можем добиться в лабораторных условиях, к явлениям из области вечного теплового молчания.»
Изменения в МГД-равновесии до и после слияния нитей потока.
Впервые в истории науки южнокорейские ученые представили экспериментальное доказательство концепции "многомасштабной связи" в плазме, что означает, что взаимодействия между явлениями на микроскопическом и макроскопическом уровнях взаимно влияют друг на друга. Эти результаты могут существенно продвинуть исследования в области ядерного синтеза и углубить наше понимание Вселенной.
Плазма, часто называемая четвертым состоянием вещества, отличается от твердых, жидких и газообразных состояний. Это уникальное состояние образуется, когда газ нагревается до высоких температур, в результате чего электроны отделяются от атомов, образуя смесь свободно плавающих положительно и отрицательно заряженных частиц. Плазма является самым распространенным состоянием материи во Вселенной, и именно в ней происходят термоядерные реакции.
Доказательство многомасштабной связи долгое время оставалось сложной задачей для физиков плазмы. Однако в исследовании, опубликованном в журнале Nature, группа ученых под руководством доктора Чон Юн Парка из Сеульского национального университета и доктора Янг Дэ Юна из Азиатско-Тихоокеанского центра теоретической физики (APCTP) показала, как микроскопические явления могут вызывать макроскопические изменения, влияя на всю плазменную систему.
Для своих экспериментов исследователи использовали универсальный экспериментальный сферический тор (VEST) в Сеульском национальном университете. Они запустили два отдельных электронных пучка вдоль магнитных линий в трехмерной спиральной конфигурации, что привело к образованию двух нитей магнитного потока и вызвало микромагнитную турбулентность.
Полученные результаты показали, что эта микротурбулентность привела к процессу, известному как магнитное пересоединение, при котором силовые линии магнитного поля переконфигурировались, изменяя структуру плазмы.
"Наши результаты напрямую объясняют, как кинетические процессы, не связанные с магнитной гидродинамикой, протекают на различных масштабах, вызывая глобальные изменения в магнитной динамике", — отмечают исследователи в своей статье.
Команда также проверила и подтвердила свои выводы, выполнив моделирование частиц на суперкомпьютере в Корейском институте термоядерной энергетики.
Это открытие является значительным прорывом, так как ученые впервые продемонстрировали в лабораторных условиях, что изменения на уровне частиц могут оказывать влияние на общую структуру плазмы.
Результаты данного исследования имеют широкий спектр применения. Они могут помочь улучшить наше понимание космической погоды, поскольку магнитное пересоединение связано с взрывными явлениями, такими как солнечные вспышки и геомагнитные бури. Эти явления могут повредить спутники и энергосистемы на Земле, и более глубокое понимание этих процессов позволит ученым лучше моделировать и прогнозировать их.
Кроме того, данное исследование может сыграть ключевую роль в разработке стабильных технологий ядерного синтеза, что приблизит нас к созданию жизнеспособного источника чистой энергии.
Джастин Хамил, докторант кафедры ядерной инженерии Калифорнийского университета в Мичигане, проверяет установку изготовленной на заказ скобы перед испытанием стали RAFM с помощью двойного ионного пучка.
Новый класс современных сталей требует более точной настройки перед использованием в компонентах систем для термоядерного синтеза — более устойчивой альтернативы ядерному расщеплению, которая объединяет легкие атомы, а не расщепляет тяжелые. Этот сплав, известный как RAFM-сталь (сталь с пониженной активацией), представляет собой разновидность ферритной/мартенситной стали, содержащей миллиарды наноразмерных частиц карбида титана. Эти частицы поглощают излучение и удерживают образующийся гелий, что критично для функционирования компонентов термоядерной энергетической системы.
При воздействии радиации и высоких концентрациях гелия, характерных для термоядерного синтеза, карбид титана изначально эффективно удерживает гелий. Однако при высоких уровнях повреждения частицы начинают растворяться, что приводит к разбуханию сплава и потенциальному повреждению компонентов системы.
Первое систематическое исследование, проведенное инженерами Мичиганского университета, было опубликовано в журналах Acta Materialia и Journal of Nuclear Materials. "Эти результаты представляют собой одни из самых точных данных по радиационной стойкости сталей и будут служить основой для будущей разработки сплавов и уточнения моделей радиационного воздействия," — отметил Кевин Филд, профессор ядерной инженерии и радиологических наук, старший автор исследований.
На данный момент крупномасштабные термоядерные системы были продемонстрированы только в нескольких современных национальных лабораториях, включая Ливерморскую национальную лабораторию в Калифорнии. Несмотря на большой интерес к термоядерной энергетике, технология еще не готова к коммерческому использованию. В США в настоящее время работает более 90 ядерных реакторов деления, которые являются стабильным источником углеродно-нейтральной энергии. Тем не менее, термоядерный синтез рассматривается как более устойчивый вариант, так как использует изотопы водорода, которые можно добывать из различных источников, включая морскую воду.
Термоядерная энергетика также предлагает преимущества в плане безопасности: при её использовании образуются гелий и короткоживущие радиоактивные отходы, которые легче утилизировать по сравнению с долгоживущими отходами, образующимися в результате деления. Если система термоядерного синтеза выходит из строя, реакция просто прекращается, что исключает риск ядерного распада.
Однако термоядерные системы требуют нагрева до 100 миллионов градусов Цельсия — значительно выше температуры поверхности Солнца, в то время как компоненты, такие как сталь RAFM, могут нагреваться до 600 °C. Кроме того, нейтроны, образующиеся в ходе реакции, могут взаимодействовать с материалами, создавая гелий, который в высоких концентрациях может вызывать разбухание и деформацию.
Исследователи Мичиганского университета провели комплексные эксперименты, используя ускоритель частиц для одновременной бомбардировки образцов стали ионами железа и ионами гелия. Это позволило более точно смоделировать условия термоядерного синтеза. Ученые могли регулировать уровни радиационного повреждения, концентрацию гелия и температуру, чтобы лучше понять поведение материала в зависимости от условий.
В частности, исследовательская группа протестировала новый класс железохромистой стали (Fe-9Cr), известный как castable nanostructured alloy #9 (CNA9), разработанный специалистами Oak Ridge National Laboratory. Этот сплав нового поколения способен удерживать высокую плотность карбидов титана.
Кевин Филд, профессор ядерной инженерии и радиологических наук, и Итан Полселли, докторант того же факультета, работают вместе в Мичиганской лаборатории ионного пучка, где были проведены испытания с использованием двойного ионного пучка.
После облучения образцы были исследованы с помощью электронной микроскопии для характеристики карбида титана и пузырьков гелия на наноуровне. Частицы карбида титана удерживали некоторое количество гелия на своей поверхности, особенно при температуре около 500 °C. Однако гелий, который не был захвачен, образовал пузырьки внутри стали, что привело к разбуханию сплава на 2% при высоких уровнях радиации.
Хотя осадки карбида титана проявили некоторую стабильность при температурах 500-600 °C и низких уровнях радиации, они полностью растворялись при более высоких уровнях повреждения (от 50 до 100 дпа), независимо от температуры. Эти результаты указывают на то, что текущая конструкция сплава может снизить радиационную стойкость в начале срока службы термоядерного реактора.
Исследователи планируют улучшить сталь, увеличив плотность карбида титана в 1000 раз для более эффективного предотвращения разбухания, а также провести дополнительные испытания с различными скоростями ионного пучка, чтобы лучше имитировать условия термоядерного синтеза. "Преимущества связывания карбидов титана с атомами гелия подчеркивают их полезную роль в новых сталях CNA, и результаты подчеркивают необходимость разработки более стабильных выделений карбида титана," — добавил Ин Ян, научный сотрудник Национальной лаборатории Окриджа и соавтор исследований.
Материалы были изучены в Мичиганской лаборатории ионного пучка и Мичиганском центре определения характеристик материалов при участии лаборатории НОМА.
Кстати, на Украине, точнее в УССР был открыт способ нанесения нитрида титана. Можно посмотреть про этот метод в советском научно-популярном фильме: Плазменное напыление ("Частный случай из жизни плазмы" 1986 г.)
Этот вид покрытия, внешне похож на золото, его наносят на унитазы, купола церквей и т. д., на металлорежущие инструменты (для упрочнения). В Москве купола храма "Христа спасителя" сделаны с покрытием нитрида титана:
История началась жарким летом 2010-го и продолжается по сей день. Конспирологи считают, что аномальная жара была вызвана как раз прибытием того самого Плазменного Кота.
Пожелаем нашему термоядерному рассказчику в новом планетарном цикле побольше прикольных историй, забавных приключений и конспирологических теорий. И чтоб нам всем это понравилось!
А за жизнерадостную и яркую иллюстрацию этого самого прибытия благодарим мистера Ламу
