Kulki fulerenowe w energetyce 08.02.2015

W 1985 roku chemicy po raz pierwszy zsyntetyzowali piłkę nożną. Składał się z 60 atomów węgla połączonych w trójwymiarową figurę geometryczną utworzoną z regularnych pięciokątów i sześciokątów. Cząsteczka ta została nazwana fulerenem i od trzydziestu lat jest dokładnie badana w laboratoriach.

Chemicy nauczyli się wykonywać z węglową kulą najbardziej wirtuozerskie sztuczki - utrwalać na jej powierzchni różne molekuły, umieszczać w niej atomy metalu, a nawet pokazali, że baterie słoneczne można zrobić na bazie fulerenów. W każdym artykule naukowym poświęconym fulerenowi naukowcy stwierdzili, że można go stosować w wielu różnych dziedzinach, ale sprawa nigdy nie znalazła rzeczywistego zastosowania. Fuleren pozostał zabawną zabawką w rękach badaczy. Jednak teraz istnieje realna szansa, aby kula molekularna była użyteczna dla ludzkości.

Szwedzcy naukowcy z Chalmers University of Technology wykazali, że fuleren może zwiększać rezystancję izolacji stosowanej do produkcji kabli wysokiego napięcia. Dopóki nie nadeszła era bezprzewodowej energii elektrycznej, najbardziej niezawodnym sposobem przesyłania energii na odległość jest zwykły kabel. Kilometry linii energetycznych ciągną się od różnych elektrowni do odbiorców. Większość urządzeń gospodarstwa domowego jest zasilana napięciem 220 woltów. Urządzenia przemysłowe często używają 380 woltów. I choć oba napięcia są niebezpieczne, a nawet mogą być śmiertelne, należą do klasy niskiego napięcia.

Faktem jest, że do przesyłania energii na duże odległości potrzebne są wysokie napięcia - setki tysięcy woltów. Na przykład, aby przesyłać energię elektryczną z elektrowni syberyjskich do przedsiębiorstw przemysłowych na Uralu, w latach 80. ubiegłego wieku zbudowano linię energetyczną o bardzo wysokim napięciu - do 1,1 miliona woltów. Wysokie napięcie musi być stosowane w celu zmniejszenia strat podczas przesyłania energii elektrycznej przewodami: im wyższe napięcie, tym mniej energii jest tracone na drodze od elektrowni do odbiorcy.

Istnieją napowietrzne linie energetyczne - to gołe przewody wiszące na słupach i masztach. Tam, gdzie nie można ich użyć, układane są linie kablowe. Kabel można ułożyć pod ziemią lub pod wodą. W kablu metalowy drut przewodzący prąd jest otoczony warstwą izolatora, materiału nieprzewodzącego. Do produkcji kabli wysokiego napięcia stosuje się izolację polietylenową, ten sam polimer, z którego wykonane są konwencjonalne torby opakowaniowe. Ale możliwości izolacyjne polietylenu nie są nieograniczone: jeśli pewien limit zostanie przekroczony, nastąpi awaria i linia kablowa całkowicie ulegnie awarii. A wymiana kabla ułożonego pod ziemią lub pod wodą to kłopotliwa sprawa.

Więc o co chodzi z piłkami węglowymi? Okazało się, że jeśli do polietylenu doda się cząsteczki fulerenu, to jego właściwości izolacyjne wzrastają. Kabel modyfikowany fulerenami wytrzymuje wyższe napięcie niż kabel konwencjonalny - o 26% wyższe. A to oznacza, że ​​można przez nią przesłać o 26% więcej energii. Aby osiągnąć ten efekt, szwedzcy chemicy stworzyli materiał izolacyjny, w którym na kilogram polietylenu przypada jeden gram fulerenu.

Fuleren ma bardzo specyficzne właściwości elektroniczne. Może wychwytywać elektrony o wysokiej energii, które niszczą właściwości izolacyjne polietylenu. Fuleren przyjmuje takie elektrony, chroniąc polimer przed możliwym rozkładem. Chociaż to odkrycie nie należy do tych, które dokonują rewolucji w sektorze energetycznym, ale w przemyśle, zwiększenie wydajności o każdy procent pozwala zaoszczędzić tony materiałów i megawaty energii.