TOP-9 bahnbrechende Energiespartechnologien der Zukunft

2024 Autor: Seth Attwood | [email protected]. Zuletzt bearbeitet: 2023-12-16 16:01

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Neue Solarzelle bricht Effizienzrekord

Das Stapeln von Perowskit-Solarzellen auf Silizium-Solarzellen ist eine Möglichkeit, die Menge des verwendeten Sonnenlichts zu erhöhen.

Der Einsatz von Photovoltaik-Solarzellen als erneuerbare Energiequelle nimmt zu, da die Technologie effizienter und kostengünstiger wird.

Das Stapeln von Perowskit-Solarzellen auf Siliziumzellen ist eine Möglichkeit, die Menge des verwendeten Sonnenlichts zu erhöhen, und jetzt haben Forscher der Australian National University einen Effizienzrekord für diese Tandem-Solarzellen gebrochen.

Die Forscher sagen, dass ihre neuen Solarzellen auf Basis von Perowskit und Silizium einen Wirkungsgrad von 27,7 % bei der Umwandlung von Sonnenlicht in Energie erreicht haben. Das ist mehr als das Doppelte dessen, was die Technologie noch vor fünf Jahren hätte hervorbringen können (13,7 Prozent), und dies ist ein ordentlicher Fortschritt gegenüber den Berichten vor zwei Jahren - 25,2 Prozent.

Interessanterweise übertrifft die Technologie bereits die meisten kommerziell erhältlichen Solarmodule, die sich um die 20-Prozent-Effizienzmarke bewegen. Sie basieren ausschließlich auf Silizium und werden voraussichtlich in den nächsten Jahren an ihre maximale Grenze stoßen.

Sowohl Silizium als auch Perowskit sind gut darin, Sonnenlicht in Energie umzuwandeln, aber zusammen arbeiten sie noch besser. Denn die beiden Materialien absorbieren Licht unterschiedlicher Wellenlänge – Silizium sammelt hauptsächlich rotes und infrarotes Licht, während Perowskit auf Grün und Blau spezialisiert ist.

Um das Beste daraus zu machen, stapeln die Forscher transluzente Perowskitzellen auf Siliziumzellen. Perowskit nimmt auf, was es braucht, während andere Wellenlängen auf Silizium gefiltert werden.

Wissenschaftler arbeiten jetzt daran, die Effizienz noch weiter zu verbessern, wobei die Kommerzialisierung der Technologie schnell näher rückt. Der Wirkungsgrad muss laut den Forschern bei etwa 30 Prozent liegen, bevor er für die Massenproduktion geeignet ist, und dies soll bis 2023 der Fall sein.

Neues 3D-Bildgebungssystem kann einzelne Photonen erfassen

Neue Technologie ist die erste echte Demonstration der Einphotonen-Rauschunterdrückung

Forscher des Stevens Institute of Technology haben ein 3D-Bildgebungssystem entwickelt, das die Quanteneigenschaften von Licht nutzt, um Bilder zu erzeugen, die 40.000 Mal schärfer sind als die aktuelle Technologie. Die Entdeckung ebnet den Weg für eine effektive Nutzung des LIDAR-Systems in selbstfahrenden Autos und Satellitenkartierungssystemen, Kommunikation im Weltraum usw.

Die Arbeit befasst sich mit einem seit langem bestehenden Problem mit LIDAR, das Laser auf entfernte Ziele abfeuert und dann reflektiertes Licht erkennt. Während die in diesen Systemen verwendeten Lichtdetektoren empfindlich genug sind, um detaillierte Bilder einiger Photonen - winziger Lichtteilchen - zu erstellen, ist es schwierig, reflektierte Fragmente des Laserlichts von hellerem Hintergrundlicht wie Sonnenlicht zu unterscheiden.

„Je empfindlicher unsere Sensoren werden, desto empfindlicher reagieren sie auf Hintergrundgeräusche“, sagen die Wissenschaftler. "Dies ist das Problem, das wir derzeit zu lösen versuchen." Die neue Technologie ist die erste echte Demonstration der Einzelphotonen-Rauschunterdrückung mit einer Technik namens Quantum Parametric Sorting Mode oder QPMS, die erstmals 2017 vorgeschlagen wurde.

Im Gegensatz zu den meisten Rauschfilterungstools, die auf Software-Nachbearbeitung angewiesen sind, um verrauschte Bilder zu bereinigen, validiert QPMS Quantenlichtsignaturen unter Verwendung exotischer nichtlinearer Optik, um exponentiell saubere Bilder auf Sensorebene zu erzeugen.

Ein bestimmtes Photon zu finden, das Informationen im Hintergrundrauschen trägt, ist wie der Versuch, eine Schneeflocke aus einem Schneesturm zu schnappen – aber genau das ist den Forschern gelungen. Sie beschreiben eine Methode, einem ausgehenden Laserlichtpuls bestimmte Quanteneigenschaften einzuprägen und dann das einfallende Licht so zu filtern, dass der Sensor nur Photonen mit passenden Quanteneigenschaften erkennt.

Das Ergebnis: ein Bildgebungssystem, das unglaublich empfindlich auf Photonen reagiert, die von seinem Ziel zurückkehren, aber praktisch alle unerwünschten verrauschten Photonen ignoriert. Dieser Ansatz erzeugt scharfe 3D-Bilder, selbst wenn jedes Photon, das das Signal trägt, von viel mehr verrauschten Photonen übertönt wird.

„Indem wir die anfängliche Photonenerkennung löschen, verschieben wir die Grenzen der genauen 3D-Bildgebung in ‚verrauschten‘Umgebungen“, sagte Patrick Rain, Hauptautor der Studie. "Wir haben gezeigt, dass wir das Rauschen um das 40.000-Fache der fortschrittlichsten Bildgebungstechnologie reduzieren können."

In der Praxis kann die QPMS-Rauschunterdrückung es ermöglichen, mit LIDAR genaue und detaillierte 3D-Bilder auf Entfernungen von bis zu 30 Kilometern zu erstellen. QPMS kann auch für die Kommunikation im Weltraum verwendet werden, wo die grelle Blendung der Sonne normalerweise entfernte Laserpulse übertönt. Am aufregendsten ist vielleicht, dass diese Technologie Forschern auch einen klareren Blick auf die empfindlichsten Teile des menschlichen Körpers ermöglichen kann.

Durch die Bereitstellung einer nahezu geräuschlosen Einzelphotonen-Bildgebung wird das System den Forschern helfen, klare, hochdetaillierte Bilder der menschlichen Netzhaut mit nahezu unsichtbaren, schwachen Laserstrahlen zu erstellen, die das empfindliche Gewebe des Auges nicht schädigen.

Nanosatellit "Swan" wird mit einem Sonnensegel ins All geschickt

Der russische Nanosatellit "Lebed" könnte die erste Raumsonde sein, die die Erdumlaufbahn mit einem Sonnensegel verlässt. In drei Jahren kann ein Flugmodell des Satelliten vorgestellt werden, danach soll ein Testflug folgen.

Die Technik soll für Forschungsmissionen eingesetzt werden, die durch den Verzicht auf schwere Antriebsmotoren billiger werden - dies reduziert das Gesamtgewicht der heimischen Sonde. Der Hauptunterschied zwischen den Lebed- und ausländischen Designs ist das einzigartige Rotordesign des zweiblättrigen Segels, das eine Verzehnfachung seiner Fläche ermöglicht. Als leitender Dozent der Staatlichen Technischen Universität Moskau genannt. Bauman Alexander Popov, ein von der Universität patentiertes Zweiblatt-Rotationssegel, wird auf dem Swan installiert, das zum Ausfahren keinen Rahmen benötigt. „Dank dessen erwarten wir, dass sich seine Fläche bei gleichem Gewicht der Struktur verzehnfacht“, bemerkte der Wissenschaftler.

Das neue Gerät soll laut Popov von einer Trägerrakete in eine Umlaufbahn in 1.000 km Höhe gebracht werden. Danach beginnt eine kontrollierte Rotation, die durch das Rangieren von elektrothermischen Motoren - Widerstandsjets (sie erhalten die notwendige Energie von Sonnenkollektoren) - eingeleitet wird. Gleichzeitig werden aufgrund der Fliehkraft zwei Segel mit einseitiger Reflexbeschichtung von speziellen Zylindern auf beiden Seiten des Satelliten gestartet. Ihre Gesamtlänge wird etwa 320 m betragen.

Wissenschaftler haben das System der Stromversorgung der Erde aus dem Weltraum patentiert

Das Moskauer Institut für Radiotechnik der Russischen Akademie der Wissenschaften hat nach Angaben auf der Website des Föderalen Dienstes für geistiges Eigentum ein Patent für ein System zur Übertragung von Energie von einem umlaufenden Solarkraftwerk zur Erde erhalten.

Dem Dokument zufolge schlagen Wissenschaftler vor, ein Weltraum-Solarkraftwerk in einer Höhe von 300 bis 1000 Kilometern zu installieren und beim Überfliegen eines Bodenempfangspunkts die in den Batterien des Kraftwerks angesammelte Energie mit Mikrowellen zu übertragen.

Gleichzeitig wird im russischen Patent auf ein ähnliches amerikanisches Patent von 1971 hingewiesen, in dem erstmals die Idee der Schaffung eines solaren Weltraumkraftwerks vorgebracht wurde. Dann wurde vorgeschlagen, das Kraftwerk in einer geostationären Umlaufbahn mit einer Höhe von 36.000 Kilometern zu platzieren, die es ermöglichen würde, sich ständig praktisch über dem gleichen Abschnitt der Erdoberfläche zu befinden und so eine konstante Energieübertragung auf die Erde zu gewährleisten. In diesem Fall muss sich die Empfangsstation jedoch am Äquator befinden. Der russische Vorschlag macht es möglich, Energie in andere Regionen der Erde zu übertragen.

Im Jahr 2018 sagte der erste stellvertretende Generaldirektor der Holding Shvabe, Sergei Popov, in einem Interview mit RIA Novosti, dass russische Wissenschaftler einen Orbitallaser mit einem Repeater-Spiegel entwickeln, der in der Lage sein wird, Sonnenenergie in diese Teile des Erde, wo es unmöglich oder extrem schwierig ist, Kraftwerke zu bauen, einschließlich der Anzahl der Arktis.

Das Erkennungssystem ermöglicht es Drohnen, 10-mal schneller zu fliegen und nicht abzustürzen

Ingenieure der Universität Zürich (Schweiz) haben ein grundlegend neues Kollisionsvermeidungssystem für Drohnen vorgestellt – noch nie war es schneller und genauer auf der Welt. Sie gingen davon aus, dass Reaktionsgeschwindigkeiten von 20-40 Millisekunden, wie bei vielen kommerziellen unbemannten Systemen, nicht ausreichen, um die sichere Bewegung schnell fliegender Drohnen zu organisieren. Um die Fähigkeiten ihrer Idee zu demonstrieren, nutzten die Schweizer das Türsteher-Spiel und brachten Drohnen bei, den auf sie fliegenden Bällen meisterhaft auszuweichen.

Das Problem mit der Reaktionszeit von Drohnen auf Hindernisse hat zwei Ursachen. Erstens die hohe Bewegungsgeschwindigkeit von fliegenden Fahrzeugen im Vergleich zu Bodenfahrzeugen. Zweitens eine schwache Rechenleistung, aufgrund derer Bordsysteme keine Zeit haben, die Situation zu analysieren und die Störungen zu erkennen. Als Lösung ersetzten die Ingenieure die Sensoren durch „Ereigniskameras“und erhöhten die Reaktionsgeschwindigkeit auf 3,5 Millisekunden.

Die Ereigniskamera reagiert nur auf Helligkeitsänderungen einzelner Pixel im Bild und ignoriert andere, sodass sie nur sehr wenige Informationen verarbeiten muss, um ein sich bewegendes Objekt vor einem statischen oder sitzenden Hintergrund zu erkennen. Daher die hohe Reaktionsgeschwindigkeit, aber im Zuge praktischer Versuche stellte sich heraus, dass weder die vorhandenen Drohnen noch die Kameras selbst dafür geeignet sind. Das Verdienst der Schweizer Ingenieure besteht darin, dass sie sowohl die Kameras als auch die Plattform der Quadrocopter überarbeitet und die notwendigen Algorithmen entwickelt haben, um tatsächlich ein neues System zu schaffen.

Beim Spielen von Türstehern gelingt es einer Drohne mit einem solchen System in 90% der Fälle, einem Ball, der mit einer Geschwindigkeit von 10 m / s darauf geworfen wird, aus einer Entfernung von nur 3 m auszuweichen. Und dies nur in Anwesenheit von eine Kamera, wenn die Größe der Störung im Voraus bekannt ist - das Vorhandensein von zwei Kameras ermöglicht es ihm, alle Parameter der Störung genau zu berechnen und die richtige Entscheidung zu treffen. Jetzt arbeiten Ingenieure daran, das System beim Fliegen auf schwierigen Strecken in Bewegung zu testen. Nach ihren Berechnungen werden UAVs damit zehnmal schneller fliegen können als bisher, ohne Kollisionsgefahr.

Wissenschaftler aus Singapur haben gelernt, wie man aus alten Reifen exzellentes Aerogel herstellt

Wissenschaftler der National University of Singapore waren äußerst frustriert darüber, dass nur 40 % der Altreifen dem Recycling zugeführt werden, und machten sich auf die Suche nach einer alternativen Lösung für dieses Problem. Es gab keinen klaren Plan, nur eine Idee – Gummi vom Reifenmaterial zu isolieren und ihm eine neue Form zu geben. Verwandeln Sie es beispielsweise in eine poröse Aerogel-Basis - eine Zellstruktur, in der die Zellen mit Gas gefüllt sind.

Im Zuge der Experimente tränkten die Wissenschaftler dünne Reifenfragmente in einer Mischung aus „umweltfreundlichen“Lösungsmitteln und Wasser, um das Gummi von Verunreinigungen zu reinigen. Anschließend wurde die Lösung digeriert, bis sich eine einheitliche Masse bildete, auf -50°C abgekühlt und in einer Vakuumkammer 12 Stunden lyophilisiert. Das Ergebnis war ein dichtes und leichtes Aerogel.

Im Gegensatz zu anderen Aerogel-Typen erwies sich die gummibasierte Version als um ein Vielfaches stärker. Und nach dem Auftragen der Beschichtung aus Methoxytrimethylsilan wurde es auch wasserbeständig, was sofort sein vielversprechendes Einsatzgebiet bestimmte – als Sorbens zur Beseitigung von Ölverschmutzungen. Der Müll von gestern wird dazu beitragen, eine andere Art von Abfall und Umweltverschmutzung loszuwerden.

Vor allem aber freuen sich singapurische Wissenschaftler über die wirtschaftliche Seite der Erfindung. Erstellung einer Gummiaerogelplatte mit einer Fläche von 1 m². und 1 cm dick dauert 12-13 Stunden und kostet 7 $. Der Prozess kann leicht skaliert und in ein kommerziell attraktives Geschäft umgewandelt werden. Vor allem angesichts der enormen Reserven und der Billigkeit des Ausgangsmaterials.

In der Russischen Föderation wird ein unbemanntes Lufttaxi entwickelt

In Russland entsteht ein unbemanntes Lufttaxi, das Passagiere mit einer Reisegeschwindigkeit von 500 km/h über eine Strecke von 500 km befördern kann. Bis 2025 soll das erste Versuchsmodell entstehen, das für senkrechten Start und Landung verwendet wird.

Es wird erwartet, dass weiterhin ein Flugmodell produziert wird, dessen Tragfähigkeit 500 kg (vier Passagiere) betragen wird, schreibt die Zeitung Izvestia.

Konzipiert ist ein solches Flugtaxi vor allem für den Einsatz in Städten mit über einer Million Einwohnern und in den größten Regionen des Landes. Der Einsatz des Fahrzeugs werde aufgrund fehlender Start- und Landebahnen in Russland relevant, erklärten die Entwickler der National Technology Initiative (NTI).

„Die hohe Geschwindigkeit des Fahrzeugs wird durch eine an Bord installierte und an einen Stromgenerator angeschlossene Gasturbineneinheit gewährleistet. Es speist sechs stationäre Triebwerke durch eine Batterie von Superkondensatoren “, sagte Pavel Bulat, stellvertretender Co-Direktor der Aeronet-Arbeitsgruppe bei NTI. Ihm zufolge werden die Triebwerke Hub- und Stützlüfter drehen, die vollständig in den Rumpf eingezogen werden, der als Flügel fungiert. Die Steuerung soll durch Strahlruder und durch Änderung des Schubvektors erfolgen. Die Leistungselektronik des Autos wird statt aus herkömmlichem Silizium aus Siliziumkarbid bestehen.

Auch das Körpermaterial wird innovativ sein. Die Designer werden die neueste Aluminium- und Scandiumlegierung verwenden. Es wurde am Allrussischen Institut für Luftfahrtmaterialien entwickelt. Dadurch entsteht ein leichter, ganz aus Metall geschweißter Rumpf.

Toyota und Lexus entwickeln Technologie, um Carjacking bedeutungslos zu machen

Autodiebstahl gehört zu den größten Ärgernissen für Autobesitzer. Auch Alarmanlagen werden ihrer Aufgabe nicht immer gerecht, aber Hersteller haben bereits eine fortschrittlichere Lösung parat. Ab 2020 wird die gesamte Palette der Marken Toyota und Lexus in Russland durch die einzigartige Diebstahlsicherungskennung T-Mark / L-Mark geschützt.

Der Identifikator ist eine Markierung eines Autos mit Mikropunkten aus einer Folie mit einem Durchmesser von 1 mm, auf der ein einzigartiger PIN-Code aufgebracht ist, der der VIN-Nummer eines bestimmten Autos zugeordnet ist. Insgesamt werden bis zu 10.000 solcher Punkte auf verschiedene Karosserieelemente und Baugruppen aufgebracht. Sie können die Übereinstimmung mit dem "angehängten" Fahrzeug auf den Websites toyota.ru und lexus.ru überprüfen.

Die Verwendung von Markierungen ermöglicht es Strafverfolgungsbehörden und Käufern von Gebrauchtwagen, die "Passdaten" des Autos mit dem tatsächlichen Herstellungsdatum, der Ausrüstung, der Marke und der Motornummer und anderen Merkmalen zu überprüfen. Der Hersteller positioniert Identifikatoren als Lösung, die das Interesse von Entführern an Toyota- und Lexus-Autos deutlich reduziert und es ermöglicht, den Weiterverkauf von Fahrzeugen durch sie auf dem Zweitmarkt auszuschließen.

Das erste Auto, das auf dem heimischen Markt das L-Zeichen erhielt, war der Lexus ES – bei dieser mit Diebstahlsicherungskennzeichnung ausgestatteten Limousine gab es laut Hersteller bislang keine Diebstahlsfälle. Darüber hinaus erhalten Besitzer von gekennzeichneten Autos Rabatte von bis zu 15% auf die CASCO-Police auf das Diebstahlrisiko. Es wird erwartet, dass der Prozess der Ausstattung des Sortiments der Marken Toyota und Lexus in Russland mit der T-Mark / L-Mark im Laufe des Jahres 2020 abgeschlossen wird.

Russischer Elektromotor auf Supraleitern wird im Flug getestet

Spezialisten von TsIAM benannt nach PI Baranov hat mit den Vorbereitungen für die Erprobung des ersten Hybridkraftwerks in Russland mit Elektromotor begonnen. Darüber berichtete RIA Novosti am Vortag unter Berufung auf den Pressedienst des wissenschaftlichen Prüfzentrums.

Mitte dieses Monats besuchten Vertreter des Instituts die FSUE SibNIA im. SA Chaplygin , wo sie das Fluglabor auf der Yak-40-Basis untersuchten, wo in Zukunft eine vielversprechende Einheit getestet werden soll. Flugtests werden voraussichtlich in 2 Jahren stattfinden. Es ist geplant, den neuesten Hochtemperatur-Elektromotor auf Supraleitern und ein Kühlsystem in der Nase des Flugzeugs zu installieren, das ZAO Superox im Auftrag des FPI entwickelt hat. Denken Sie daran, dass es sich bei diesem Gerät um eine einzigartige Eigenentwicklung handelt, die im Vergleich zu herkömmlichen elektrischen Geräten einen spürbaren Vorteil in Bezug auf Leistungsdichte und Effizienz der Komponenten einer Hybridinstallation bietet.

Anstelle eines der drei Motoren im "Heck" des fliegenden Labors wiederum wird eine von der USATU entwickelte Turbowellen-Gasturbineneinheit mit elektrischem Generator eingebaut. Steuersystemeinheiten und Batterien werden in der Yak-40-Kabine untergebracht. Testingenieure werden auch während des Fluges vor Ort sein. Das Hauptziel der anstehenden Tests ist es, einen Demonstrator eines Hybridkraftwerks zu schaffen, das in Zukunft auf vielversprechenden überregionalen russischen Flugzeugen installiert werden kann.