Искусственный холод и экономия энергии  

Доля энергии, которую люди тратят на работу холодильников, кондиционеров и других систем охлаждения достигла 20%. То есть каждый пятый киловатт, который генерируется на электростанциях мира так или иначе уходит на снижение температуры. Об этом в ходе собрания Международной академии холода рассказал президент МАХ, советник при ректорате Университета ИТМО Александр Бараненко.

Скорее всего, эта цифра будет расти, ведь отрасли экономики, которые зависят от искусственного холода сейчас особенно быстро развиваются, начиная с пищевой и медицинской промышленности.

«Треть продуктов питания, которые мы потребляем являются термочувствительными, то есть для них обязательно охлаждение или заморозка, — рассказал Александр Бараненко ITMO.NEWS, — причем доля замороженных продуктов растет. В некоторых странах на одного человека приходится уже до 50 килограммов такой продукции в год. Это требует дополнительных мощностей и, следовательно, затрат энергии».

Таким образом, замороженные продукты приводят к дополнительной нагрузке на экологию, однако без них человечеству не обойтись, ведь они доступнее и могут поставляться круглый год. Поэтому необходимо принимать меры для повышения эффективности холодильных установок как на производстве, так и на складах, в магазинах и домах обычных людей.

Еще более динамично растет отрасль хранения и обработки данных. Как известно, от трети до половины энергии дата-центры тратят именно на охлаждения своих систем, а вовсе не на запись и собственно обработку информации. Поэтому IT-гиганты предпочитают размещать сервера в холодных странах вроде Швеции или Исландии. В этой области также остро требуются новые технологии, которые позволяют снизить издержки и нагрузку на окружающую среду. К примеру, сейчас уже активно применяются системы жидкостного охлаждения серверов.  

«Сервер погружается в инертную жидкость и охлаждается непосредственно в ней. Таким образом отсутствует передача теплоты в воздух помещения, не требуется отдельная система кондиционирования воздуха. За счет этого происходит экономия энергии», — привел пример Александр Бараненко.

Как сделать лед прочнее

Ученые на конференции обсуждали не только технологии охлаждения и кондиционирования. Так, главный научный сотрудник Дирекции Арктических программ МГТУ им. Баумана Галина Гончарова рассказывала о различных технологиях модифицирования льда.

Так, всем известно, что выступления конькобежцев, фигуристов, хоккеистов, бобслеистов в немалой степени зависят от качества покрытия. Давно прошли те времена, когда лед на стадионах заливались так же, как на любительском катке в парке. Сейчас ученые разрабатывают специальные присадки, которые позволяют сделать лед удобнее для спортсменов, давая возможность радовать болельщиков зрелищными соревнованиями и впечатляющими рекордами. 

«С точки зрения науки лед — это неклассическое твердое тело, — рассказала Галина Гончарова ITMO.NEWS, — он находится в состоянии близком к красному калению металла. Поэтому на него можно воздействовать, делая более твердым, упругим, пластичным. Если при формировании льда ввести в воду некоторые соединения, то при замерзании они останутся в межкристаллическом пространстве, становясь чем-то типа смазки, которая обеспечивает лучшее скольжение и сохранность льда».

Одновременно ученые занимаются обработкой коньков для членов сборных команд страны. Эти технологии помогают атлетам показывать рекорды на ледовых аренах. «Речь о нанесении искусственной структуры двойной шероховатости на поверхность конька, эта структура напоминает поверхность листа лотоса или крыло цикады. Она супергидрофобноная, когда конек с таким покрытием движется по льду, то у него практически нет сцепления с водой. Благодаря этому, в том числе, Павел Кулижников в 2018 году пробежал 500 метров быстрее 34 секунд», — добавляет Галина Гончарова.

Впрочем, на спорте разработки отечественных специалистов по льду не заканчиваются. Так, группа ученых МГТУ им. Баумана экспериментирует с прочностью искусственных ледовых островов в Арктике для размещения техники и грузов.

«Мы часто из-за трещин на зимниках и на ледовых островах теряем технику в Арктике, — объясняет Галина Гончарова, — если лед сформировать на сетке из базальтовых волокон, то он получит суперупругие свойства. Даже если какой-то груз упадет с вертолета и наш остров треснет, то оборудование не утонет, а трещины потом можно будет заделать. При таянии льда сетку легко вытащить, как рыболовную. А если даже она утонет, то базальт — природный материал и последствий для экологии не будет».

Зачем нам бактерии и как им помочь

Помимо собственно вопросов льда и холода на заседании также обсуждали пищевые технологии. Так, доклад доцента факультета биотехнологий Елены Кипрушкиной был посвящен роли холода в обеспечении качества продуктов питания, состоянии микробиома и здоровья.  

«Ни для кого не секрет, что внутри каждого из нас живут микроорганизмы, — рассказала ITMO.NEWS ученая, — они весят примерно три килограмма — больше, чем мозг. Микробиоту имеет каждый орган нашего тела от кожи и слезных желез до почек или кишечника. От того, в каком состоянии находятся эти микроорганизмы, зависит наше здоровье, память, хорошее настроение и долголетие. От однообразной пищи, “мусорной” еды полезные микробы находятся в упадке, на грани исчезновения. Мы — экосистема. Думая о своем здоровье, нужно помнить о микроорганизмах, которые на нас и в нас обитают, и о том, какое воздействие наш рацион и образ жизни оказывают на нашу микробную сущность. Можно сказать, что рациональное питание человека в значительной степени равно рациональному питанию микробов кишечника».

По словам ученой, сейчас известно более 35000 веществ-метаболитов (задействованных в обмене веществ), которые продуцируются микробиотой: синтез витаминов, аминокислот, гормонов, антиоксидантов, иммуноглобулинов, бактериоцинов, жирных кислот и тому подобных веществ. Однако культивировать эти организмы сложно, большинство не хотят расти на чашках Петри, на искусственных питательных средах и легко гибнут на воздухе. 

«Мы в будущем с помощью молекулярно-генетических анализов будем прогнозировать те или иные показатели микробиоты, — объясняет Елена Кипрушкина, — это позволит нам вести профилактику многих заболеваний, разрабатывать рецептуры пищевых продуктов, положительно влияющих на качество и количество дружественных микроорганизмов. Анализ состава микробиоты станет ценным методом профилактики и золотым стандартом медицины и пищевых технологий».