Согласно имеющейся информации, на долю электрических двигателей и систем, приводимых в действие этими двигателями, приходится от 43 до 46 процентов от общего количества потребляемой электрической энергии на всем земном шаре. При таком уровне потребления, повышение эффективности работы электродвигателей и снижение потерь энергии на доли процентов выльется в огромные количества сэкономленной энергии и финансовых средств. Поэтому исследователи из разных стран и научных организаций постоянно изыскивают новые способы увеличения эффективности электрических двигателей. Одной из групп, работающих в данном направлении, является группа из университета Райс, которая еще в 2011 году продемонстрировала эффективность использования проводов, сплетенных из углеродных нанотрубок. Такие провода имеют более низкое электрическое сопротивление, нежели обычные медные провода, что обуславливает существенное снижение потерь при передаче электрической энергии.
“Если мы сохраним неизменной конструкцию современных электрических машин и только заменим медь проводами из сплетенных углеродных нанотрубок, мы сможем уменьшить уровень потерь Джоуля, потерь энергии на омический нагрев проводников, почти в два раза” – рассказывает Джуха Пирхенен (Juha Pyrhonen) профессор из Технологического университета Лаппеенранты (Lappeenranta University of Technology, LUT), Финляндия.
Медь и алюминий, которые являются не самыми лучшими проводниками электрического тока, традиционно использовались для изготовления обмоток электрических машин из-за относительной дешевизны и доступности этих материалов. Тем временем у углеродных нанотрубок имеется высокая электрическая проводимость, которая намного превосходит аналогичный показатель даже у самых лучших в этом деле металлов. Единственное, что препятствовало и препятствует сейчас началу широкого применения пряжи из углеродных нанотрубок – это отсутствие промышленной технологии изготовления изолированной пряжи из углеродных нанотрубок.
Вышеупомянутая технология производства углеродной пряжи была разработана учеными из университета Райс и реализована японско-голландской компанией Teijin Aramid. На выходе производства получается высококачественная изолированная лента, но, к сожалению, объемы ее производства все еще очень далеки от того, что можно назвать промышленным производством.
Полученные изолированные нанотрубочные проводники были использованы для изготовления опытного образца электродвигателя. По словам исследователей, этот электродвигатель продемонстрировал существенное увеличение эффективности его работы, точное значение которого пока еще не раскрывается из-за нестабильности получаемых результатов. В настоящее время ученые проводят дополнительные исследования, которые позволят усовершенствовать процесс изготовления пряжи из углеродных нанотрубок, которая вскоре должна получить стабильное значение своего низкого электрического сопротивления.
“Использование пряжи из углеродных нанотрубок имеет огромный потенциал для увеличения эффективности электрических машин. Но сейчас мы столкнулись с некоторыми эффектами и ограничениями, накладываемыми фундаментальными физическими законами даже на традиционные витые материалы” – рассказывает доктор Марчин Отто (Dr. Marcin Otto), один из руководителей компании Teijin Aramid, – “Мы ожидаем, что в самом ближайшем времени нам удастся увеличить и стабилизировать электрическую проводимость углеродной пряжи, которая в три раза будет превышать проводимость меди. При этом, нам еще потребуется наладить производство высококачественных углеродных нанотрубок большой длины”.
Обещания, прозвучавшие выше, пока звучат как-то не очень убедительно. Тем не менее, возможность заткнуть достаточно большую дыру в 45 процентах от глобального потребления электрической энергии, является достаточно сильным стимулом, дающим достаточную уверенность в положительном решении задач, связанных с изготовлением высококачественных электрических проводников на основе пряжи из углеродных нанотрубок.
