Бензин из воздуха дешевле, чем из нефти

Бензин из воздуха дешевле, чем из нефти

Молодая компания предлагает дешевый коммерчески эффективный способ превращения углекислого газа в химическое сырье. Возможно, уже в ближайшем будущем необходимые ресурсы можно будет извлекать прямо из воздуха, а не из нефтяных и газовых скважин.

Компания Liquid Light продемонстрировала прототип устройства, способного производить этиленгликоль – ключевое сырье для химической промышленности. Для работы устройству под названием Liquid Light требуется углекислый газ, электричество и источник водорода, например вода. По оценкам разработчиков, для производства одной тонны химического сырья с помощью Liquid Light потребуется всего $125, в то время как традиционные источники, такие как нефть или газ, требуют затрат в $600 на 1 тонну продукта. Более того, Liquid Light может использовать «дармовой» углекислый газ из дымовых труб заводских котельных или генераторов.

Потенциально, Liquid Light может утилизировать парниковые газы, которые разогревают нашу планету. Таким образом получится замкнутый цикл обращения СО₂: из топлива в атмосферу, а затем из атмосферы опять в топливо. Необходимая для обратной трансформации энергия также может быть экологически чистой: от солнечных панелей или ветряков.

Устройство Liquid Light на вид имеет простую конструкцию. По словам разработчиков, оно использует дешевые долговечные компоненты, потребляет мало энергии и производит химическое сырье из углекислого газа

Презентованное разработчиками устройство Liquid Light представляет собой квадратные металлические пластины шириной 90 см, расположенные на расстоянии несколько сантиметров друг от друга. Работа устройства основана на каталитических реакциях: сначала один электрод-катализатор производит из молекул углекислого газа двухуглеродную молекулу оксалата. Затем отдельные катализаторы инициируют реакции с образованием этиленгликоля - широко используемого промышленного химического вещества, которое служит основой для полиэфирных волокон и ПЭТ-пластика, используемого, например, в производстве пластиковых бутылок. Также этиленгликоль может служить сырьем для производства жидкого топлива.

Основным преимуществом процесса Liquid Light являются низкие затраты на сырье. Воду можно забирать из рек, озер, промышленных стоков и т.д., а электричество: от АЭС, гидро- и газовых электростанций. В последнем случае получится чистое производство, так как Liquid Light переработает вредный углекислый газ, получаемый в результате сжигания газа.

Использование катализаторов для преобразования СО₂ в полезные химические вещества является очень перспективным направлением. К сожалению, создание эффективных процессов утилизации углекислого газа сталкивается с множеством технических препятствий. Прежде всего необходимо, чтобы реакции происходили очень быстро, к тому же сумма примененных технологий и материалов должна быть меньше, чем стоимость производства сырья из нефти и газа. Кроме того, металлические катализаторы часто производят несколько продуктов, например окись углерода и метан, которые необходимо разделить, что резко удорожает процесс.

Прототип Liquid Light выглядит очень многообещающим, но в компании пока не называют катализаторы, которые используются в установке. Указывается лишь на то, что это недорогой и долговечный материал, а сама реакция требует небольшое количество электроэнергии. Если удастся создать эффективный промышленный аналог лабораторного прототипа Liquid Light, то можно будет говорить о революции в энергетике и химической промышленности.

«Умные» машины печатают искусственные органы, снабжённые кровеносными сосудами

«Умные» машины печатают искусственные органы, снабжённые кровеносными сосудами

Разборка людей на «запасные органы» — сюжет весьма популярный в коммерческой мифологии. Сначала он присутствовал в «твёрдой» научной фантастике вроде книг Ларри Нивена («Known Space») и Зиновия Юрьева («Люди и слепки»). Потом, когда трансплантология все больше проникала из фантастики в жизнь, этот сюжет «снижался», сползая сначала до уровня «городских легенд» и полицейских сериалов низшего пошиба. Но вот теперь технология, похоже, отодвинет его на окраину фольклора, к байкам «о корчме людоедов»: искусственные органы для пересадки стало возможным не изымать у живых или мёртвых, а печатать!

Люди — заготовки запасных органов из фильма «Остров».

Помогает в этом деле ещё один из популярных артефактов коммерческой мифологии — «исчезающие» чернила, без которых не обходится ни один авантюрный роман. Те самые, которые используются мошенниками для обмана добропорядочных граждан. (Впрочем, Мастер-Банк без всяких симпатических чернил ухитрился, собрав с четырёх десятков ВИП-клиентов почти миллиард рублей, провести его «мимо кассы»…) Но технология инвариантна к добру и злу. Моральный выбор делает человек. И группа исследователей из Гарвардского университета применила «исчезающие» чернила для благородной цели.

Она занимается созданием полноценных «запасных частей» для человека, искусственных органов. Причём органов, куда лучше подходящих для этой цели. Много лучше, чем природные! Дело в том, что геном человека не является «единственным документом», по которому мы производимся. Жизнь каждого человека в процессе формирования развития его тела непрерывно получает «карточки разрешения», разрешения на отклонения. По-разному формируются кости, сосуды, нервы…

Даже генетический клон может оказаться «устроенным» совсем по другому, нежели человек изначальный, служивший ему образцом. Ну а трансплантология поэтому-то так и ограничена в своих возможностях, несмотря на запредельную сложность и дороговизну. Дело в том, что все те биологические процессы, которые и являются жизнью, протекают в типичной «большой системе», претерпевающей массу воздействий и реагирующей на каждое на них непредсказуемым образом. Конечно, петли регулирования отклонения вводят в некоторые нормы, но только в некоторые!

А вот такая вещь, как печать «запасного» органа из клеточного материала, стала возможной благодаря развитию технологий 3D-печати, о чем «Компьютерра» не раз писала. Но, хотя существуют успешные примеры применения в лечении пациентов искусственных трахей, объемно напечатанных из клеточного материала (тестирование, кстати, проходило и в России), возможности изначально существующей технологии были ограничены. Она не могла производить достаточно толстые и объёмные искусственные органы.

Почему? Да потому что клеткам нужна подача энергии и строительных материалов, с отводом отработанного сырья. Того, что обеспечивается кровеносной системой, которой в искусственных органах «первого поколения» и не было: принтеры формировали из клеточного материала массу разных форм и размеров, но однородную. Из одних и тех же клеток — пригодную, скажем, для искусственной кожи. Но вот теперь ситуация радикально изменилась к лучшему.

Вместо мрачных «сумасшедших учёных», бросающих вызов Природе, с Эволюцией бойко спорит компания ухмыляющейся молодёжи.

Исследовательская группа из Гарвардской школы инженерных и прикладных наук, возглавляемая профессором Дженнифер Льюис (Jennifer A. Lewis), сумела, используя выполненный по специальному заказу объёмный принтер с четырьмя печатными головками, произвести васкуляризированную живую ткань, в которой клетки перемежаются кровеносными сосудами. Об этом рассказано в статье «3D Bioprinting of Vascularized, Heterogeneous Cell-Laden Tissue Constructs».

Исследователям из Lewis Lab удалось решить эту проблему благодаря использованию нескольких видов чернил. Первыми чернилами выступало желатинообразное вещество, исполняющее роль внеклеточной матрицы — ту роль, которую в живом организме исполняет смесь белков и прочей биохимии, окружающей клетки. Двое других чернил состояли из желатина, исполняющего роль строительного раствора, и «кирпичиков» двух родов, которыми были мышиные клетки и клетки человеческой кожи.

Пока результаты биопечати скромны.

Ну а главная хитрость состояла в использовании ещё одного сорта чернил. Им выступил материал с парадоксальными свойствами — желеобразный при комнатной температуре, при которой и производилась печать, и разжижающийся при температурах низких. И вот этим-то материалом и заполнялись полости будущих кровеносных сосудов. А дальше, когда искусственный орган сформирован, он охлаждается и помещается в вакуум — благодаря чему разжижившийся материал вытекает, формируя полости, по которым предстоит циркулировать крови.

Процедура поразительно знакомая для любого инженера: натуральное литье по выплавляемым моделям, только наоборот. Тут модель не выплавляется, а, наоборот, выхолаживается, переводясь в жидкую фазу. (Поклонники теории решения изобретательских задач Генриха Сауловича Альтшуллера легко смогут идентифицировать применённые в данном случае приёмы ТРИЗ.) Но главный принцип, применённый для формирования мелких структур, — тот же самый…

Правда, технологические ограничения имеют место и здесь. Пока удалось сформировать кровеносные сосуды диаметром около 75 микрометров. Изготовление капилляров сегодня невозможно. Гарвардские исследователи надеются, что в искусственном органе, в котором сформированы крупные и средние кровеносные сосуды, капилляры начнут прорастать сами собой, в процессе функционирования организма. Ну, примерно как алхимики надеялись на самозарождение гомункулусов. Правда, развитие кровеносных сосудов неизбежно сопровождает работу живой материи.

То есть «объёмно-печатная хирургия», по словам Льюис, должна предшествовать запуску биологических процессов, которые и доработают искусственный орган окончательно. У инженера возникает неистребимое желание сравнить это с обкаткой мотора, неизбежной для тех, кто приобретал мотоцикл индустриальной эпохи… Иными словами, до той власти над живой материей, которую обретали Франкенштейн и Россум из повести Мэри Шелли и пьесы Карела Чапека, пока что далеко.

Но ведь мы имеем дело с весьма низкобюджетными исследованиями (несравнимыми по затратам с ракетно-ядерными), проводимыми на высокостандартизированном оборудовании. Четвёртая головка у объёмного принтера — это именно кастомизация, присущая Индустриализации 2.0, небольшие доработки, опирающиеся на пирамиду технологий. И побочный продукт информационных технологий готов внести кардинальные изменения в здравоохранение!

Михаил Ваннах

Получены первые свидетельства влияния земного вещества на превращения нейтрино

Получены первые свидетельства влияния земного вещества на превращения нейтрино

Когда нейтрино, рождаемые Солнцем, проходят сквозь нашу планету и вылетают на другой стороне, взаимодействие с электронами земного вещества заставляет их чаще обычного превращаться в одну из трёх разновидностей этой частицы. Похоже, на горизонте замаячило нейтринное исследование глубин Земли, и не только оно.

Нейтрино, как известно, очень трудно зарегистрировать, поэтому полная информация об их поведении часто появляется лишь через много лет работы с крупным детектором. Вот почему публикация обзора данных нейтринного детектора SuperKamiokande, расположенного в Японии, — событие чрезвычайной важности.

SuperKamiokande (размер детектора хорошо виден по лодке на заднем плане) видит больше нейтрино ночью, чем днём. (Фото Kamioka Observatory, ICRR, University of Tokyo.)

Как и предсказывал полвека назад советский физик Б. М. Понтекорво, нейтрино склонны к осцилляции — переходу нейтрино одного типа в нейтрино другого типа, надёжно подтверждённому лишь в последнее время. Именно поэтому долгие годы наблюдений за солнечными нейтрино давали столь малое число регистраций электронного нейтрино, которое не совпадало с расчётами физиков: электронные нейтрино на пути от светила к земным детекторам просто превращались в свои мюонные и тау-аналоги.


Но на этом странности с солнечными нейтрино не заканчиваются. Проанализировав данные, полученные за годы работы SuperKamiokande, исследователи во главе с Эндрю Реншоу (Andrew Renshaw) из Калифорнийского университета в Ирвайне (США) пришли к выводу, что поток электронных нейтрино из этого источника ночью (по японскому времени) был на 3,2% больше, чем в дневное время.

Это наблюдение неплохо укладывается в рамки эффекта Михеева — Смирнова — Вольфенштайна (МСВ), теоретически обоснованного в 1986 году, когда советские физики Станислав Михеев и Алексей Смирнов расширили вывод, сделанный в 1978-м американским теоретиком Линкольном Вольфенштайном. По мнению этих учёных, при движении нейтрино в среде, в которой присутствуют слабо взаимодействующие с ним электроны, у него возникает эффективная масса, зависящая от плотности этих электронов и от поколения нейтрино. При изменении плотности электронов (разные слои Земли) эффективные массы нейтрино разных поколений изменяются по-своему и при некоторых значениях плотности могут совпадать, приводя к резонансному усилению нейтринных превращений. Итак, нейтринная осцилляция прямо зависит от материала, через который проходит поток нейтрино, и в космосе она будет одной, а в планетарной толще — совсем иной.

До сих пор подтвердить эффект МСВ с высокой надёжностью наблюдениями не удавалось, и лишь теперь данные SuperKamiokande позволяют с уверенностью говорить о его регистрации для тех солнечных электронных нейтрино, что проходят через Землю, — ведь именно их детектор регистрирует ночью.

Большое количество электронов, участвующих в слабом взаимодействии и тем самым способных хотя и в очень малой степени, но влиять на нейтрино, заставляли тау- и мюонные его разновидности превращаться в электронные, то есть действовали в направлении, прямо противоположном превращению электронных нейтрино в тау и мюонные, которое происходит с этими частицами в межпланетном пространстве при их движении от Солнца к Земле. Увы, пока статическая значимость эффекта на данном комплексе детекторов равна лишь 2,7σ, что по физическим меркам не так уж много. Правда, в сочетании с измерениями, проведёнными на более слабом оборудовании Нейтринной обсерватории Садбери (Канада), эта значимость повышается до 2,9σ, но и это далеко от тех 5σ, которые требуются физику для того, чтобы уверенно произнести слово «открытие». Всё, что ниже трёх сигм, принято называть скорее «свидетельством». И всё-таки перед нами весомое указание на то, что эффект Михеева — Смирнова — Вольфенштайна существует.

К сожалению, то, что даже 18 лет наблюдений не дали трёх сигм, вполне закономерно: нейтрино известны трудностью их регистрации. И чтобы превратить это открытие в пять сигм, явно потребуются данные других детекторов. Впрочем, теперь, после публикации этих результатов, на такую помощь можно надеяться.

Дело в том, что если эффект реален, то он важен не только в теоретическим смысле, для объяснения суточных колебаний в регистрации электронных солнечных нейтрино. Перед нами, быть может, новый метод глубокого исследования недр Земли. Очевидно, что концентрация электронов прямо связана с тем, какие именно вещества и соединения находятся на пути солнечных нейтрино от одной стороны планеты до другой. Размещая нейтринные детекторы в разных точках планеты, можно сравнивать их данные и тем самым хотя и косвенным образом, но всё же исследовать недра так, как это никогда никому не удавалось.

Асимметрия день/ночь пока видна с надёжностью менее 3 сигм, но ввод в строй HyperKamiokande должне изменить ситуацию. (Иллюстрация A. Renshaw et al.)

Стоит заметить, что Научный совет Японии уже выбрал крупный и эффективный детектор нейтрино — HyperKamiokande — как один из наиболее приоритетных научных проектов на ближайшее будущее. Быть может, вскоре исследования превращений нейтрино, в том числе в земных недрах, выйдут на принципиально новую ступень. HyperKamiokande планируется как группа детекторов, в 25 раз превосходящая SuperKamiokande по размерам, а ведь в последнем 50 000 тонн воды в цилиндрах и более 11 000 фотоумножительных трубок.

«Будет ли он достаточно большим, чтобы сделать измерения плотности [внутренних областей] Земли с интересующей нас чувствительностью? Я в этом не уверен, — говорит Дэвид Уарк (David Wark), физик из Оксфордского университета, не принимавший участия в исследовании. — Но мы обязательно исследуем и эту возможность по мере продвижения проекта HyperKamiokande».

Отчёт об исследовании опубликован в журнале Physical Review Letters., а с его препринтом можно ознакомиться здесь.

Подготовлено по материалам Physicsworld.Com.

Александр Березин

Билл Гейтс полагает, что через 20 лет роботы «украдут» у людей большую часть рабочих мест

Билл Гейтс полагает, что через 20 лет роботы «украдут» у людей большую часть рабочих мест

Как говорит Билл Гейтс, рынок труда ждут огромные изменения, и граждане и власти стран мира не готовы к ним. В четверг он выступал в Нью-Йорке на конференции The American Enterprise Institute on Thursday.

По словам Гейтса, в ближайшие 20 лет многие вакансии исчезнут, и роль людей будет выполнять программная автоматизация, то есть боты. Вот что он сказал: «Программная замена человеческих профессий, будь то водитель, официант или медсестра, грядёт. Со временем технологии уменьшат число вакансий на многие рабочие места, особенно в неквалифицированных сферах. Через 20 лет запрос во многих сферах рынка труда станет ниже. Мне кажется, что люди пока не понимают этого».

Гейтс полагает, что для стимуляции создания рабочих мест необходимо отменить некоторые налоги. Он не поклонник идеи подъёма минимального размера оплаты труда, так как это, по его мнению, отвратит работодателей от найма людей на эти вакансии.

Впрочем, есть и альтернативная точка зрения: машины приближают нас к коммунизму. В самом деле, если посмотреть на ситуацию с другой стороны, автоматизация может сделать труд не обязанностью, а привилегией. Например, в Швейцарии уже рассматривается предложение, в рамках которого каждый гражданин страны будет получать так называемый «гарантированный доход» в размере около $2000 в месяц с того момента, когда ему исполнится 18 лет.

Михаил Карпов

135 лет со дня рождения Альберта Эйнштейна

135 лет со дня рождения Альберта Эйнштейна

135 лет назад родился Альберт Эйнштейн. Его имя уже давно стало нарицательным: мы говорим Эйнштейн, подразумеваем – гениальность. Легендарный ученый, автор теории относительности, до сих пор остается одной из самых загадочных фигур научного мира.

Будущий нобелевский лауреат родился 14 марта 1879 года в немецком городке Ульме. Первое научное исследование Эйнштейна состоялось, когда ему исполнилось три года. На день рождения родители подарили маленькому Альберту компас, который впоследствии стал его любимой игрушкой. Потом семья Эйнштейна переехала в Мюнхен, и будущий физик стал обучаться в гимназии. Но он был необычным школьником: любимые науки он предпочитал изучать самостоятельно. Это, безусловно, дало свои результаты: в 16 лет Эйнштейн владел дифференциальными и интегральными исчислениями. При этом он много читал и прекрасно играл на скрипке.

Университет Эйнштейну удалось окончить не только с высоким баллом, но и с отрицательной характеристикой преподавателей: в учебном заведении будущий великий физик слыл заядлым прогульщиком. Позднее Эйнштейн признается, что у него "просто времени не было ходить на занятия".

Общую теорию относительности, свой шедевр, Альберт Эйнштейн завершил в 1915 году в Берлине. В ней излагалась совершенно новое представление о пространстве и времени. Эта работа предсказывала к тому же отклонение световых лучей в гравитационном поле, что впоследствии подтвердили ученые.

Однако Нобелевскую премию по физике в 1922 году Эйнштейн получил не за свою гениальную теорию: он объяснил фотоэффект (выбивание электронов из некоторых веществ под действием света). Всего за одну ночь ученый стал знаменит на весь мир.

Эйнштейн всегда был отчаянным пацифистом. Из-за своих антимилитаристских взглядов в Германии ученый постоянно подвергался преследованиям, несмотря на мировое признание. В конце 1922 года Эйнштейн покидает Германию и отправляется в путешествие. Тогда в Палестине, он торжественно открывает Еврейский Университет в Иерусалиме.

Когда в 1933 году к власти пришел Гитлер, Альберт Эйнштейн принял окончательное решение покинуть Германию. Весной 1933 года он заявил о своем выходе из Прусской Академии наук и эмигрировал в США, где получил американское гражданство. Больше на родину он не вернулся.

Альберт Эйнштйен мог бы стать президентом Израиля: после смерти  Хаима Вейзманна в 1952 году, премьер-министр Израиля Давид Бен-Гурион пригласил Эйнштейна на должность президента страны. На что великий физик ответил: "Я глубоко тронут предложением государства Израиль, но с сожалением и прискорбием должен его отклонить".

Умер Эйнтштейн 18 апреля 1955 года в возрасте 76 лет. О похоронах Эйнштейна знал только ограниченный круг людей. По легенде, вместе с ним закопали пепел его работ, которые он сжег перед кончиной. Сам Эйнштейн считал, что они могут навредить человечеству.