Узбекская наука под солнцем: Большая Солнечная Печь Узбекистана представляет последние технологии в КНР

В предгорьях Тянь-Шаня, всего в 45 километрах от Ташкента, возвышается уникальный научный объект, поражающий своими масштабами и значимостью. Большая Солнечная Печь, одна из двух крупнейших в мире, стала настоящим символом научного прогресса Узбекистана и ключевым звеном в исследовании солнечной энергии. Именно сюда, в Институт материаловедения НПО «Физика-Солнце», отправилась команда Daryo, чтобы лично встретиться с ведущими учеными и раскрыть секреты последних открытий и изобретений этого уникального комплекса.

Целиком эксклюзивный репортаж с Большой Солнечной Печи вместе с Daryo можно посмотреть здесь:

Путь к сердцу солнечной науки Узбекистана

Большая Солнечная Печь, мощностью 1000 кВт, является уникальным комплексом, построенным в 1980-х годах. Весь объект занимает площадь более 15 гектаров, а его параболический концентратор площадью 1840 м² способен нагревать материалы до температур свыше 3000 градусов. Это впечатляющее инженерное сооружение стало результатом колоссальных усилий узбекских ученых и инженеров, вдохновленных международным опытом и уникальными природными условиями региона.

Наше путешествие началось ранним утром. Дорога из шумного Ташкента к спокойным горным склонам Паркентского района поражала своими контрастами. Как только мы приблизились к цели, на горизонте стали виднеться сияющие гелиостаты — зеркала, которые ловят солнечные лучи и направляют их на концентратор. Удивительное чувство гордости охватило нас: здесь, в самом сердце Средней Азии, ученые делают открытия, которые меняют представление о будущем энергетики, материаловедения и экологии.

Ученые, стоящие за открытиями Института «Физика-Солнце»

Мы были рады встретиться с людьми, которые ежедневно трудятся над решением глобальных задач. Среди них — доктор физико-математических наук Одилхаджа Раимходжаевич Парпиев, директор Института «Физика-Солнце». Парпиев рассказал нашему корреспонденту о том, как солнечная печь работает, какие цели преследовались при её создании и какова её роль в развитии технологий сегодня.

«Мы разрабатываем технологии, которые уже сейчас помогают экономике, сельскому хозяйству и промышленности Узбекистана», — поделился он.

Наше путешествие продолжилось встречей с Пайзуллахановым Мухаммад-Султаном, доктором наук (DSc) и заведующим лабораторией Института материаловедения. Его рассказы о том, как концентрированное солнечное излучение позволяет получать уникальные материалы, казались фантастикой, воплощенной в реальность. Мы узнали, как солнечные технологии делают возможным создание метастабильных фаз в материалах, разработку пористых структур для водородной энергетики и многое другое.

Наука Узбекистана: последние изобретения и будущее

Один из самых ярких моментов нашего репортажа — рассказ об уникальной тепличной пленке с нанодобавками, разработанной в институте. Эта пленка способна поддерживать комфортный микроклимат в теплицах, снижать температуру летом, повышать её зимой и значительно увеличивать урожайность. Исследования показали, что под этой пленкой урожайность увеличивается на 30–50%, а потребление воды сокращается на 30%.

«Мы стремимся к тому, чтобы наши разработки работали не только на Узбекистан, но и на весь мир. Сегодня эта пленка проходит испытания в Китае, а в будущем мы надеемся расширить её применение на Индию и другие страны», — рассказал Парпиев.

Узбекистанские технологии космоса и водорода

Одним из самых амбициозных направлений, которым занимаются в институте, является создание карбонового волокна — материала, который в 10 раз прочнее и легче металла. Эти разработки, поддерживаемые немецкими коллегами из Дрезденского технического университета, уже сейчас показывают выдающиеся результаты.

«Солнечная энергия позволяет значительно снизить себестоимость производства карбона, что открывает возможности для его использования в космической технике, авиации и даже спорте», — объяснил Парпиев.

Кроме того, институт активно работает над развитием водородной энергетики. Ученые разрабатывают материалы для хранения водорода, а также технологии его производства с использованием высоких температур, достигаемых в солнечной печи. Это позволяет получать действительно «зеленый» водород, который становится важным элементом перехода к экологически чистой энергетике.

Солнечная энергия для каждого дома в Узбекистане

Мы не могли не отметить еще одну инновацию, разработанную в институте. Ученые предложили использовать строительные материалы с нано-порошками, которые позволяют зданиям самостоятельно вырабатывать электричество. Эта идея, пока еще находящаяся в стадии экспериментов, открывает перспективы создания энергоэффективных домов, которые будут обеспечивать себя энергией без использования внешних источников.

«Эти технологии помогут жителям Узбекистана чувствовать себя комфортно даже в самые жаркие летние дни, сокращая расходы на охлаждение помещений», — добавил Пайзуллаханов.

Мы увидели, как энергия солнца, сконцентрированная благодаря гению ученых, превращается в технологии, способные изменить мир. Узбекистан, с его уникальными природными условиями и научным потенциалом, уже сегодня занимает лидирующие позиции в гелиоэнергетике. И здесь хотелось бы подробнее рассказать о свершениях и направлениях развития науки Института Солнца в Узбекистане.

Франция и Узбекистан: две крупнейшие солнечные печи мира

Впервые идея использовать концентрированный солнечный поток для научных целей была реализована во Франции в 1969 году. Это была первая в мире солнечная печь. Ее основная цель заключалась в изучении термостойкости и термоудара материалов, включая обшивки военной техники и бронирование. Как отметил директор Института «Физика-Солнце», Одилхаджа Раимходжаевич Парпиев:

«Они преследовали цель использовать концентрированный солнечный поток. В особенности исследовали термостойкость и термоудар материалов, применяемых в военной технике, таких как броня, чтобы понять, при каких температурах они плавятся или не плавятся. Имитировали, как бы, взрыв атомной бомбы».

Вторая важная задача касалась обшивок космических кораблей, которые должны выдерживать высокие температуры при запуске и возвращении в атмосферу. А третья цель заключалась в создании новых материалов, которые приобретают уникальные свойства под воздействием высоких температур.

Почему вторая солнечная печь была построена в Узбекистане?

В 1980-х годах в Советском Союзе было принято решение построить аналогичный объект. Рассматривались несколько вариантов: Украина, Россия, Туркмения и Узбекистан. Выбор в пользу Узбекистана был сделан по нескольким причинам:

• Чистый воздух. Комплекс должен был находиться вдали от промышленных объектов, чтобы избежать загрязнения материалов.
• Сейсмоустойчивость. Важно было, чтобы объект располагался на едином скальном массиве, что обеспечивало стабильность расположения зеркал даже при землетрясениях.
• Идеальный климат. Регион в районе Паркентского района Узбекистана отличался большим количеством солнечных дней в году – около 280.

Как рассказал Парпиев:

«Этот комплекс занимает очень большую площадь, около 15 гектаров. Долго искали подходящее место, и такое место нашли в Паркентском районе, в местности Чангехасарак».

Строительство длилось около семи лет, и в 1987 году печь была завершена. Первые испытания подтвердили ее эффективность.

Уникальные задачи Большой Солнечной Печи в Узбекистане

Изначально узбекская солнечная печь ставила перед собой те же задачи, что и французская, однако с учетом научных приоритетов конца XX века основное внимание было уделено разработке чистых материалов.

«Солнечная энергия позволяет получать чистейшие материалы без примесей, так как при использовании газа или угля примеси горения проникают в материал. А солнечная энергия обеспечивает экологически чистый путь», – отметил директор.

Эти чистые материалы находят применение в таких областях, как:

• Микроэлектроника. Высокоточные компоненты для электроники требуют минимального уровня загрязнений.
• Космос. Материалы для космической техники должны быть легкими, прочными и устойчивыми к экстремальным температурам.

Современные достижения Большой Солнечной Печи в Узбекистане

Сегодня институт «Физика-Солнце» использует солнечную печь для выполнения задач, которые соответствуют новым вызовам науки и экономики:

• Разработка материалов с уникальными свойствами для промышленности.
• Производство экологически чистых сплавов.
• Исследование взаимодействия солнечного излучения с материалами для создания новых технологий.

«Основная цель работы нашего института – помощь экономике и разработка таких материалов, которые могли бы быть где-то использованы», – пояснил Парпиев.

Уникальные разработки солнечной энергетики в Узбекистане: инновации для сельского хозяйства и зеленой экономики

Тепличная пленка с нанодобавками: революция в сельском хозяйстве

Современные исследования в Институте «Физика-Солнце» направлены на решение актуальных проблем сельского хозяйства и создания экологически чистых технологий. Одной из таких инноваций стала разработка тепличной пленки с нанодобавками, которая проходит испытания не только в Узбекистане, но и в Китае.

«В качестве примера могу привести одну нашу разработку, которая сейчас активно испытывается в Узбекистане, и не только, в частности, в Китайской народной республике проходит испытание. Речь идет о нашей изобретении, наших ученых. Синтезировано такой уникальный материал, который в виде нано-порошков, они добавляются в пленки, которые используются в теплицах», – рассказал директор.

Эта пленка обладает уникальными свойствами:

• Пропускание избранных фотонов. Пленка пропускает фотоны с температурой около 22 градусов Цельсия, что оптимально для роста растений.
• Поглощение ультрафиолетового излучения и преобразование в инфракрасное. Это стимулирует фотосинтез, способствуя более быстрому и качественному росту растений.

«Наши испытания показали, что в жаркое летнее время температура в теплице снижается, а зимой, наоборот, повышается. Это без внешней энергии, без кондиционеров, без охлаждения», – подчеркнул Парпиев.

Эффективность тепличной пленки: экономия ресурсов и повышение урожайности

Испытания пленки показали впечатляющие результаты:

• Температурный эффект. Летом при температуре 40°C снаружи внутри теплицы температура не превышает 31°C.
• Экономия воды. За счет уменьшения образования капель пара и поддержания сухого микроклимата, расход воды снижается до 30%.
• Повышение урожайности. Пленка способствует естественному опылению, увеличивая урожай от 30% до 50%.

«Пленка создает микроклимат, который позволяет летать пчелам и другим насекомым, что обеспечивает естественное опыление растений. Это приводит к значительному росту урожая», – объясняет Парпиев.

Более того, пленка отличается высокой долговечностью. В условиях Узбекистана стандартные пленки теряют свои свойства за один сезон, а новая пленка сохраняет их в течение пяти лет.

Зеленая энергетика: перспективы производства водорода в Узбекистане

Помимо сельского хозяйства, Институт активно работает над проектами в области зеленой энергетики. Одним из ключевых направлений является производство водорода с использованием солнечной энергии.

«Как вы знаете, для расщепления воды требуется температура свыше 1500 градусов, а при температурах 2000–2500 градусов возможно прямое разделение воды на водород и кислород. Это позволяет получить действительно зеленый водород», – рассказал Парпиев.

Преимущества такого водорода:

• Отсутствие углекислого газа при использовании.
• Высокая температура горения до 2800°C, что превышает показатели традиционных видов топлива.
• Широкий спектр применения: от энергетики до сельского хозяйства и металлургии.

«Водород – это не просто топливо. Это энергия для автомобилей, электромобилей, металлургии и сельского хозяйства. Однако главной проблемой остается высокая стоимость производства», – отметил директор.

Использование солнечной энергии позволяет значительно снизить себестоимость водорода. В институте разрабатываются малые концентраторы, которые используются для экспериментов по разделению воды.

Глобальные перспективы: экспорт и международное сотрудничество

Институт «Физика-Солнце» активно сотрудничает с международными партнерами. В ближайших планах — запуск промышленного участка по производству нано-порошков объемом 10 тонн, которых хватит на производство миллиона тонн пленки. Китай, Индия и другие страны проявляют интерес к разработкам института.

«Мы уже договорились в Узбекистане создать оптопромышленный участок. Я думаю, что это обеспечит продовольственную безопасность населения, а также укрепит позиции Узбекистана на международном рынке», – сказал Парпиев.

Хранение солнечной энергии: будущее технологий и экологическая революция

Как хранить солнечную энергию?

Одной из ключевых задач, над которой работают ученые Института «Физика-Солнце», является разработка систем хранения солнечной энергии. Проблема состоит в том, что солнечная печь работает только при наличии солнечного света, а в ночное время или в пасмурную погоду использование солнечной энергии становится невозможным.

«Вот представьте себе, пока есть солнце, солнечная печь работает, а в ночное время вечером практически не работает. Значит, есть хранить эту энергию где-то и потом уже дальше использовать. Вот это очень интересная тематика, именно чем мы занимаемся сейчас», — рассказал директор института.

Три уровня хранения солнечной энергии

Для решения этой задачи ученые разработали трехступенчатую систему хранения энергии, основанную на нагреве различных веществ до разных температур:

1. Хранение при температуре 50 градусов:

   • Воздух нагревается и хранится в емкостях.
   • Энергия используется для нагрева воды, кипячения и других хозяйственных нужд.
   • В электростанциях горячая вода применяется для выработки энергии.

2. Хранение при температуре 1800 градусов:

   • Нагревается азот, который сохраняется в специальных резервуарах.
   • Такая энергия подходит для исследований в области металлургии и водородной энергетики.
   • Используется для плавки металлов и других практических нужд.

3. Хранение при температуре 2800 градусов:

   • В качестве вещества для хранения применяется аргон.
   • Это открывает перспективы для нанотехнологий и производства высокотехнологичных материалов, таких как карбоновое волокно.

Перспективы производства карбона и карбонового волокна в Узбекистане

Карбоновое волокно считается одним из самых перспективных материалов будущего. Оно в 10 раз легче металла и в 10 раз прочнее, что делает его идеальным для космической индустрии, авиации и производства высокотехнологичного спортивного инвентаря.

«Как вы знаете, Илон Маск планирует построить лифт в космос, а для этого нужно карбоновое волокно», – отметил Парпиев. – «Если заменить традиционную энергию на солнечную, производство станет дешевле, а материал — доступнее».

Исследования, проводимые в Институте, уже достигли значительных результатов:

• Ученые совместно с Дрезденским техническим университетом успешно завершили первый этап получения карбонового волокна, известный как оксидизация (температура 400°C).
• Завершен второй этап — карбонизация при температуре 1600°C, который показал, что качество карбона, полученного с использованием солнечной энергии, выше, чем в промышленных условиях.
• Третий этап — графитизация (температура 2800°C) — требует создания экспериментального участка, который институт планирует построить совместно с немецкими коллегами.

Уникальной идеей стало использование хлопкового волокна как сырья для производства карбона. Узбекистан, как крупный производитель хлопка, может значительно снизить себестоимость волокна и создать новую отрасль производства, которая обеспечит потребности высокотехнологичных отраслей.

Зеленая энергетика Узбекистана и инновации в строительстве

Помимо материалов для промышленности, ученые Института "Физика-Солнце" работают над инновациями для жилищного строительства и энергосбережения. В условиях резко континентального климата Узбекистана, где летом температура достигает 40°C и выше, была предложена технология энергосберегающих пленок для зданий.

«Эта пленка не будет пропускать ультрафиолетовое излучение, отражать его наружу, а внутрь здания через стекло будут проходить только фотоны с низкой температурой», – объяснил директор.

Преимущества технологии:

• В жаркую погоду температура внутри помещения остается комфортной (около 25°C) без использования кондиционеров.
• Снижение затрат на охлаждение и отопление.

Электроэнергия из строительных материалов

Еще одной инновацией стало предложение использовать строительные материалы для генерации электрической энергии. Идея основана на разнице температур между наружной и внутренней сторонами зданий.

«С нашими коллегами развиваем идею использования нано-порошков в производстве строительных кирпичей, чтобы дом генерировал электричество», – рассказал Парпиев.

Хотя текущий КПД технологии составляет всего 3%, уже сейчас этого достаточно для освещения зданий и подъездов. Перспективы развития технологии обещают сделать дома полностью автономными в плане энергоснабжения.

Солнечная технология и водородная энергетика

Исследования материалов в Институте материаловедения Узбекистана

В составе института материаловедения НПО «Физика-Солнце» семь лабораторий, каждая из которых занимается определёнными направлениями исследований. Заведующий одной из лабораторий, доктор наук Пайзуллаханов Мухаммад-Султан, рассказал о своей работе и текущих проектах.

«Институт материаловедения в своём составе имеет семь лабораторий. В настоящее время одна из них, которой я заведую, занимается в основном вопросами исследования процессов взаимодействия концентрированного солнечного излучения с материалами как в твёрдом, так и в расплавленном состоянии».

Уникальность солнечной технологии в Узбекистане

Большая солнечная печь предоставляет уникальные возможности для исследований благодаря высокой скорости нагрева материалов, которая достигает 1500–2000 градусов в секунду. Это качество значительно отличает солнечную технологию от традиционных методов.

«Уникальность Большой солнечной печи заключается в том, что скорость нагрева материалов составляет от 1500 до 2000 градусов в секунду, чем отличается от традиционных методов нагрева. Такое обстоятельство придаёт технологии уникальные свойства, что заключается в появлении уникальных свойств получаемых материалов».

В чем суть солнечной технологии?

Высокая скорость нагрева позволяет формировать материалы с метастабильными фазами, которые играют важную роль в их свойствах. При быстром нагреве и охлаждении низкотемпературные фазы сохраняются наряду с высокотемпературными, что улучшает механические и диэлектрические характеристики.

«Солнечная технология заключается в том, что сначала мы расплавляем материал, получаем плавленный материал, и охлаждение плавленного материала осуществляется методом слива в воду, так называемый процесс закалки. Таким образом, мы можем фиксировать высокотемпературное состояние материала».

Материалы, полученные с использованием солнечных технологий, находят применение в различных отраслях экономики благодаря своим улучшенным свойствам.

Водородная энергетика и пористые материалы: открытия Узбекистана

Одним из направлений работы лаборатории является создание пористых материалов для абсорберов водорода. Недавно был разработан состав материала на основе алюминия и кремния с пористостью порядка 60% и размером частиц менее 1 микрона.

«Пористость при этом составляет порядка 60% размером частиц менее 1 микрона. И такой материал проявляет большую способность поглощения абсорбции водорода при условиях 200 градусов Цельсия температура и при давлении 13 атмосфер».

Эти материалы демонстрируют способность поглощать до 13% водорода от массы, что значительно превышает нормативы, указанные в стандартах энергетического департамента США (5% массовых процентов).

«Таким образом, мы думаем, что такой материал найдет своё применение в водородной энергетике как аккумулятор водорода и будет использоваться при хранении водорода».

Магнитные материалы для водородной энергетики Узбекистана

Лаборатория также занимается разработкой магнитных материалов на основе ферритов никеля и кобальта, которые могут использоваться в качестве катализаторов для получения водорода.

«У нас разрабатываются магнитные материалы состава ферритов, никеля и кобальта. Вот недавние исследования показали, что такие материалы можно использовать в качестве катализаторов для получения водорода».

Эти исследования открывают новые возможности для развития энергетики и создания более эффективных технологий в Узбекистане и в мире. Пористые материалы для водородной энергетики, магнитные катализаторы и улучшенные механические свойства материалов, полученные с помощью солнечной технологии, находят применение в различных отраслях, включая энергетику, промышленность и науку. Таким образом, наши соотечественники, сотрудники Института «Физика-Солнце» и Большой Солнечной Печи, продолжают усердно трудиться и вносить значительный вклад в устойчивое развитие и технологический прогресс Узбекистана.