Эволюция домашней печи

Толстые стенки печи держат тепло, помогая экономить топливо - либо электроэнергию, если печь электрическая. А красный кирпич - материал, который, наверное, первым приходит в голову при мысли о печке, - способен, как показали недавние эксперименты, электрическую энергию аккумулировать.

Дар природы

Минерал талькохлорит (он же стеатит, мыльный камень, тальковый камень) - идеальный печной материал. Он лёгок, огнестоек, химически нейтрален, отлично держит тепло, красиво смотрится, так что его применяют для облицовки (и футеровки) разнообразных печей. Печи и камины, целиком сделанные из талькохлорита, также не редкость, их предлагают несколько производителей. Один из них - петрозаводская компания «Энергоресурс-т», в прошлом году переименованная в Lammeta. (Новое название, как сказано в документации компании, в переводе с финского означает «дарить тепло».)

Lammeta разрабатывает и выпускает не только дровяные, но и электрические, а также комбинированные печи, помогающие извлечь максимум пользы из термических свойств талькохлорита. Например, в электрокаменке Annikki из него сделаны и корпус, и испарители. Вода, попадая на испаритель, успевает перед вскипанием впитаться в раскаленный камень на глубину 5-7 мм, и в результате пар получается мелкодисперсным, «лёгким». Кроме того, от каменки, нагретой до 350 °С, исходит средневолновое инфракрасное излучение, которое непосредственно прогревает тело человека, проникая под кожу. Благодаря этому можно париться при температуре воздуха 50-70 °C без экстремальных нагрузок на сердце. Разработчики отдельно запатентовали Ш-образные электронагреватели, которые заключены в рубашку из пустотелых шамотных и талькохлоритовых плит и не соприкасаются с воздухом - он циркулирует в каналах внутри шамота.

Каменные аккумуляторы

В настоящее время Lammeta активнее всего развивает свою технологию производства твердотельных теплоаккумуляторов ТRS, существующих в двух модификациях - TRS-СТЕНА с чисто электрическим нагревом и TRS-ПЕЧЬ, где может использоваться и электричество, и твёрдое топливо. Камень накапливает тепло восемь часов, после чего долго его отдаёт. Оба теплоаккумулятора предназначены для небольших одно- и двухэтажных домов и времянок и способны работать в системах умного дома, регулирующих температуру в помещении. Топить печь рекомендуется вечером, а электрический нагрев происходит тогда, когда энергия дешевле, - если, например, действует низкий ночной тариф либо погодные условия благоприятны для работы возобновляемых источников, таких как ветрогенераторы или солнечные панели (а в помещении достаточно прохладно для того, чтобы включилось отопление, - это должна проконтролировать система умного дома). Сейчас Lammeta ищет инвесторов и партнёров внутри страны и за рубежом, заинтересованных в TRS - как непосредственно в изделиях, так и в технологии.

Голландка на новый лад: TRS-ПЕЧЬ внизу и TRS-СТЕНА (белая) вверху

Совместно с МФТИ компания создаёт автономные отопительные системы на базе ветровой и дизельной генерации для небольших посёлков в Арктике и на Дальнем Востоке. Потенциально огромный рынок представляют дома с печным отоплением, подлежащие ремонту по федеральным программам, - они есть практически во всех российских регионах. В Певек на Чукотке в прошлом декабре прибыла плавучая АЭС «Академик Ломоносов»; теплоаккумуляторы в домах посёлков, расположенных около транзитной ЛЭП Певек - Билибино, помогут выровнять суточный график её нагрузки.

Уже достигнуто предварительное соглашение о поставках в Монголию: в Улан-Баторе больше половины населения живёт в домах или юртах, отапливаемых угольными печами, и это приводит к сильному загрязнению воздуха. Теплоаккумуляторы помогут перевести такое жильё, частично или полностью, на электрическое отопление. Электроэнергия в монгольской столице ночью поставляется бесплатно, а днём там, как правило, светит солнце и можно пользоваться солнечными панелями. Разработан вариант теплоаккумулирующей печи специально для юрт, учитывающий монгольские традиции.

В качестве других потенциальных рынков сбыта, в том числе для продажи технологий TRS, Lammeta рассматривает Сербию (в Белграде отопление по преимуществу электрическое, а ночной тариф в три-четыре раза ниже дневного), Канаду и США, где суточные тарифы различаются в среднем вдвое и есть свои месторождения талькохлорита, а также любые города и посёлки, расположенные на расстоянии 50 км от действующих АЭС. В стадии НИР находится TRS большой мощности для отопления многоэтажных домов, кварталов, микрорайонов и малых городов от ночной электроэнергии и стабилизации работы энергосистем и атомных электростанций. Разрабатывается проект системы отопления и снабжения горячей водой города Воронежа за счет избыточной энергии, вырабатываемой Воронежской АЭС.

Электрические кирпичи

Кирпич тоже держит тепло, хотя и не так хорошо, как талькохлорит, зато он дешевле и практичнее. Приверженцы кирпичных печей видят в нём преимущество и перед камнем - пористость, благодаря которой кирпичная печка «дышит», то есть выделяет водяной пар при нагревании и поглощает его при остывании, стабилизируя влажность в помещении. Эта же пористость позволила группе исследователей-химиков из университета Вашингтона в Сент-Луисе превратить кирпич в аккумулятор для хранения электроэнергии или, выражаясь более корректно, в суперконденсатор, накапливающий электрический заряд.

Заряд сохраняют нановолокна проводящего полимера поли-3,4-этилендиокситиофена (PEDOT), который образуется непосредственно в порах кирпича в результате полимеризации мономера 3,4-этилендиокситиофена (EDOT). Реакция идёт при участии содержащегося в кирпиче оксида железа Fe₂O₃ (её подробное описание есть в статье, опубликованной 11 августа на сайте Nature communications), который при этом разрушается, так что кирпич теряет свой красный цвет.

На нынешней стадии экспериментов от кирпичного суперконденсатора загорелась светодиодная лампочка - достигнутая плотность энергии была в 100 раз меньше, чем в ионолитиевом аккумуляторе. Однако Хулио д'Арси, участник группы, дававший интервью прессе, настроен оптимистически и надеется в ближайшее время увеличить плотность энергии вдесятеро. Когда (и если) это произойдет, можно будет уже думать о практическом использовании электрокирпичей. Они остаются прочными, и если добавить электроизоляцию, то почему бы не складывать из них стены зданий? Впрочем, это дело будущего. Как заметил д'Арси: «Мы предложили новую пищу для размышлений, но ещё не пришли к результату».