Проект по разработке экологически чистых топливных элементов

Исследования студента Школы Маккормика открывают новые возможности для производства топливных элементов.

Эванстон, штат Иллинойс: мир меняется благодаря технологиям 3D-печати. Один из студентов последнего курса Северо-Западного университета провел это лето в лаборатории, занимаясь разработкой технологий создания экономичного и эффективного источника энергии.

Нику Гайзендорферу удалось выиграть студенческий грант на проведение исследований, что позволило ему заняться изучением того, как технология 3D-печати может быть использована в создании эффективных и востребованных топливных элементов.

Как полагает Гайзендорфер, технология твердооксидных топливных элементов, позволяющая производить электроэнергию благодаря электроокислению топлива, сгорание которого при этом не происходит, могла бы помочь решить проблему выброса углерода.

«Достаточно мало людей работает над созданием подобных топливных элементов, – сообщает Гайзендорфер, студент последнего курса Школы инженерии и прикладных наук Маккормика. – Исследования, которые я проводил в Северо-Западном университете этим летом, помогли мне определиться с направлением моей будущей деятельности».

Он оказался в действительно подходящем месте, что и позволило ему выйти за рамки предмета своих исследований.

Рамиль Ша, научный руководитель Гайзендорфера, является известным ученым, а также преподавателем Школы Маккормика и Медицинской школы Фейнберга Северо-Западного университета. Она заведует лабораторией тканевой инженерии и аддитивного производства, использующей технологии 3D-печати для создания биоразлагаемых материалов для нужд регенеративной медицины. Кроме того, в лаборатории также используются уникальные 3D-чернила, которые необходимы для изготовления батарей.

«Процесс 3D-печати имеет с искусством гораздо больше общего, чем люди могут предположить, – рассказывает Ша. – Нельзя просто так нажать на кнопку и сразу получить то, что вам хотелось. Нику понадобилось действительно много времени, чтобы усовершенствовать этот процесс».

Так, Рамиль Ша, чье имя есть в списке выдающихся лидеров «40 under 40» газеты Crain's Chicago Business, имела возможность наблюдать, как ее подопечный становился одним из лучших специалистов по 3D-печати во всей лаборатории.

Также Гайзендорфер сотрудничал с профессором Школы Маккормика Скоттом Барнеттом, чья лаборатория занимается усовершенствованием тепловыделяющих элементов.

Таким образом, работа над междисциплинарным проектом под руководством Ша и Барнетта не только позволила Гайзендорферу создать новую технологию производства твердооксидных топливных элементов, но и помогла ему определиться со своими планами на будущее.

Гайзендорфер – один из тех студентов Северо-Западного университета, которым удалось получить грант на проведение исследований летом 2015 года. О своем проекте он более подробно рассказывает в интервью университетской газете Northwestern News.

Расскажите, как именно вы заинтересовались данным вопросом?

Сначала я сомневался, стоит ли вообще начинать проект. Я думал: как могу я, будучи всего лишь студентом, работать со столь выдающимися преподавателями? Но кое-кто сказал мне: «Никто и не требует, чтобы студенты давали ответы на какие-либо сложные вопросы. Наоборот, идея в том, чтобы студент сам начал спрашивать». Это меня и вдохновило. У меня были вопросы. Целое множество вопросов.

Как твердооксидные топливные элементы генерируют энергию?

Принцип их действия такой же, как и у обычного аккумулятора. Разница в том, что твердооксидные топливные элементы состоят из твердых материалов, в то время как в аккумуляторах в большинстве случаев содержится жидкость. Еще одно отличие состоит в том, что заряд аккумулятора имеет свойство заканчиваться, в то время как ТОТЭ могут генерировать электроэнергию до тех пор, пока есть источник топлива. Вообще коэффициент эффективности топливных батарей намного выше, чем у горючих ископаемых.

А для чего ТОТЭ могут понадобиться?

Им найдется применение на электростанциях. Они отличаются от тех топливных элементов, которые используются в машинах. Если бы система ТОТЭ стояла у вас в подвале, ее мощности хватило бы, чтобы обеспечить электроэнергией весь ваш дом. Но все же разработана она была для удовлетворения более крупных энергетических потребностей.

На какой стадии находятся ваши исследования?

Мы тестируем множество различных вариантов дизайна топливных батарей и пытаемся понять, какой из них наиболее эффективный. Мне очень часто приходится работать с 3D-принтером, так что я уже знаю множество хитростей. Хотя ТОТЭ и существуют уже некоторое время, мы еще не определились с окончательным вариантом того, как именно они будут выглядеть. Мы хотим воспользоваться возможностями 3D-печати таким образом, чтобы создать элемент целиком или же хотя бы некоторые его части, которыми позже можно будет дополнить разработки профессора Барнетта.

Вам понравилось сотрудничать с профессором Ша?

Это было замечательно. Мне выпала возможность познакомиться с профессором, обсудить с ней мой проект и определиться с его окончательной целью. Наше знакомство и сотрудничество действительно сильно повлияло на мое становление как научного сотрудника.

Как участие в исследованиях повлияло на вашу студенческую жизнь в университете, появились ли у вас планы на будущее?

Проводить исследования – это не то же самое, что делать домашнее задание. Осознание того, что у меня появилась реальная возможность пользоваться приобретенными научными знаниями, очень сильно повлияло на мой подход к учебе. Теперь я совсем по-другому смотрю на это. С учетом того, что я точно знаю, что хочу и дальше заниматься научной деятельностью, я чувствую желание и силы продолжить свое обучение в аспирантуре.

 

По материалам: northwestern.edu