Сегодня уже ни у кого нет сомнений, что использование энергоэффективных технологий – это реально существующий тренд. Очевидно также, что значительную долю энергии – по оценкам экспертов до 40% - человечество использует для обогрева жилищ и приготовления пищи, т.е. такая сфера, как жилищно-коммунальное хозяйство (ЖКХ) является важной компонентой энергопотребления, а значит и мишенью для экономии в масштабах национальных и мировой экономик. В этом году Международная премия в области нанотехнологий RUSNANOPRIZE присуждается за достижения в сфере энергоэффективности и «зеленых» технологий.

Энергосбережение в ЖКХ – на чем можно сэкономить.

Прежде всего, обозначим спектр направлений, в которых можно повысить эффективность расходования или сбережения энергии. В ЖКХ энергия расходуется на обогрев, освещение и другие виды жизнеобеспечения – приготовление пищи, работа бытовой техники и пр. Другими словами, мы говорим про экономию электроэнергии и тепла.

Поэтому первые и самые понятные технологии, которые вспоминаются в связи с ЖКХ – это всевозможные варианты теплоизоляции (утеплительные материалы, стекла с избирательным пропусканием излучения, специальные конструкции отопительных и вентиляционных систем).

Затем приходит очередь освещения: энергосберегающие лампы, светодиодные светильники. В последнее время появляются проекты с менее привычными вариантами энергоэффективных источников света, например, на основе био- или хемолюминесценции. Это тот же принцип, который используется у светляков, медуз и других животных, светящихся в темноте.

Как только мысль начинает двигаться в сторону экономии электроэнергии, возникает желание задействовать внешние, так называемые «возобновляемые» источники энергии – панели солнечных батарей на стенах и кровле, ветряной генератор во дворе. Тепловые насосы (устройства, извлекающие энергию из разности температур), геотермальные и гидросиловые генераторы в применении к жилым домам пока что воспринимаются скорее как экзотика. А вот мощные аккумуляторы для запасания электроэнергии ночью (когда действует более дешевый тариф) и расходования ее днем сегодня уже активно предлагаются на рынках США и Европы.

Оптимизация по времени потребления электричества вплотную подводит нас к концепции «умного дома», т.е. электронных систем, которые контролируют все энергопотребляющие процессы в доме. Наконец, глубокий анализ потерь, а значит и возможностей для экономии энергозатрат, заставляет по-новому посмотреть на самые начальные этапы жизни объектов ЖКХ, а именно на этапы проектирования, строительства и отделки.

НАНО меняет облик будущего.

Названные направления экономии могут создать впечатление, что все решения давным-давно придуманы и производятся массово. Какая там может быть наука? Как всегда правда находится посередине – с одной стороны, действительно, очень многое уже разработано и производится. С другой стороны, имеющиеся на рынке решения, далеко не всегда обеспечивают экономическую целесообразность, т.е. зачастую экономия обходится слишком дорого. Наконец, остается огромное пространство для внедрения новых принципов и подходов, уже известных науке, но еще далеких от применения в ЖКХ. 

Принципиально важно то, что новые технологии, меняют жизнь – меняют экономику ЖКХ, внешний облик городов или стандарты комфорта внутренней обстановки. Примеров таких технологий множество, остановимся лишь на трех.

Фотовольтаика. Пожалуй, самый известный пример области, где массовое производство сосуществует с высочайшим уровнем научных исследований – это область фотовольтаики, т.е. способов превращения энергии (солнечного) света в электричество. Кремниевые панели солнечных батарей производятся промышленно уже более полувека. При этом ученые всего мира по-прежнему состязаются в разработке все новых принципов, конструкций и материалов для создания «альтернативной» альтернативной энергетики. Именно потому, что классическая альтернативная, солнечная, энергетика оказывается пока слишком дорогой. Соответственно, на «полях сражений» фотовольтаики как науки, битва идет за каждый цент – либо добытый за счет более высокого КПД либо сэкономленный за счет более дешевых и технологичных материалов для массового производства.

Строительные материалы. Пожалуй, самое эффектное воздействие на жизнь оказывают технологии конструкционных и строительных материалов. Нанотехнологии в строительстве разрабатываются и отбираются для внедрения строго по их функциональности, но в итоге именно они сильнее всего изменяют привычный облик зданий и городов. Например, окна с подстраиваемой пропускной способностью позволяют экономить до 30% энергозатрат за счет снижения теплопотерь зимой и уменьшения потребности в кондиционировании летом. Но окна с «тонировкой» на небоскребах - это уже визитная карточка крупных мегаполисов. Здания все больше становятся похожими на фасетчатые глаза гигантских насекомых.

Похожая история и с композитными материалами. Наноструктурирующие добавки позволяют делать более легкую арматуру, повышать прочность бетонов. Но, что значит, что бетон стал в разы прочнее, а несущие конструкции в разы легче? Это значит, что проектировщики могут себе позволить в те же разы увеличить высоту здания, поскольку именно вес и прочность конструкций сильнее всего ограничивают высотность. Иными словами, нанотехнологии работают почти на молекулярном уровне, а результатом становятся эффекты масштабные – города стремительно тянутся вверх.

Химические технологии. В качестве примера экологически-дружественных технологий можно рассказать историю «проблемных» изоцианатов. Эти соединения входят в состав ряда промышленных материалов под названием полиуретанов, отличаются высоким уровнем токсичности, вызывают острое раздражение слизистых оболочек дыхательных путей и глаз. При нагревании они распадаются, выделяя токсичные пары окиси азота. С изоцианатами связана самая большая авария за всю историю мировой химической промышленности, на заводе UnionCarbide в г. Бхопал (Индия). Вследствие вырвавшегося из-под контроля ядовитого облака изоцианата погибло 2000 и пострадало более 200 тысяч человек.

Поэтому неудивительно, что возникло целое направление разработок по созданию неизоцианатных полиуретановых материалов. Например, израильская компания Polymate Ltd. по собственной запатентованной технологии производит неизоцианатные гибридные полиуретаны для монолитных покрытий полов, антикоррозионных покрытий, получения искусственной кожи и т.д. После того, как удалось решить главную задачу – избавиться от токсичных изоцианатов – дальше разработки ведутся в направлении придания нужных эксплуатационных и декоративных качеств.

Заключение.

Гонка «признания технологий», т.е. отборочный тур международной премии RUSNANOPRIZE 2015 приближается к финишу. Среди участников есть и те, кто разработал новые технологии для ЖКХ и строительства. Пожелаем им удачи, и пусть жизнь в наших домах станет лучше - дешевле, комфортнее и красивее!