Топливный вопрос: часть вторая
Человечество получает энергию, в основном за счёт сжигания ископаемого топлива. Грезить о «топливном чуде» люди стали тех пор, как поняли, что традиционные ресурсы — нефть, газ и уголь — мало того, что при сгорании выделяют в атмосферу углекислый газ, способствующий росту парникового эффекта и глобальному потеплению, но и, к сожалению или к счастью, скоро закончатся. Вот и появилась идея, что в мире должны быть и альтернативные источники энергии, которые смогут спасти человечество от топливного кризиса.
Поиск источников энергии — это вопрос фантазии, если можно так выразиться. Создать энергию из «ничего» невозможно, её можно только где-то «добыть», например, взяв под контроль какой-то естественный природный процесс, побочным следствием которого является выделение энергии. К счастью, в нашем мире полно, что называется, «бесхозной» энергии, которую можно с успехом использовать «в хозяйстве».
Прежде чем начать разговор о том, какие возобновляемые источники энергии уже известны на сегодняшний день, следует сказать хотя бы пару слов о ядерной энергетике. Эта отрасль в своё время и стала тем самым «топливным чудом», которое должно было избавить человечество от беспокойства о своём энергетическом будущем раз и навсегда: дешёвый, неисчерпаемый, обильный источник. Что же с ним не так? Взрыв Чернобыльской АЭС 26 апреля 1986 года показал что.
Когда ядерный реактор был разрушен, в окружающую среду попало огромное количество радиоактивных веществ, которые затем разнеслись по большей части Европы. Разумеется, прекращать строить атомные станции никто не стал. Наоборот, производство ядерной энергии растёт, особенно в промышленно развитых странах. Однако всем ясно, что это благополучие до первой ошибки, поэтому многие страны, особенно в Европе, стараются найти способ получать энергию с меньшими рисками.
Откуда что взялось
Среди безопасных возобновляемых источников энергии самым древних является вода. В 2014 году доля гидроэнергетики составляла 16,4%, и этот процент имеет все шансы вырасти в ближайшие десятилетия. Если раньше воду использовали на простых мельницах, то сегодня это уже огромные турбинные ГЭС, обеспечивающие электричеством целые регионы. Помимо этого, есть приливные электростанции, которые, конечно, зависят от воздействия Луны и поэтому нестабильны в своей работе. Тем не менее, в Великобритании в г. Суонси такой источник генерирует более 400 ГВт энергии в год, обеспечивая 121 тыс. домов. Волновые электростанции располагаются на берегах океанов и работают за счёт ударной силы волн о побережье. Самая большая в мире волновая электростанция работает также в Великобритании. Она расположена у полуострова Корнуэлла и оснащена четырьмя генераторами по 150 кВт.
По сути, все перечисленные способы получения энергии собственно к воде как химическому веществу не имеют отношения. Естественное течение рек, приливы и отливы, волнение морей — всё это происходит под действием гравитации — мощнейшей силы, которая влияет практически на все физические процессы на нашей планете, и, что самое важное для нас в нашем топливном вопросе, силы постоянной и неисчерпаемой.
Солнечная энергия — один из самых мощных альтернативных источников: всей планете на целый год хватит энергии, которую Солнце посылает на Землю за день. Впрочем, от общего объёма годовая выработка электроэнергии на солнечных электростанциях не превышает 2%, и всё из-за зависимости системы от погоды и времени суток. Для северных стран извлекать солнечную энергию совершенно невыгодно, поэтому солнечное электричество распространено в тёплых странах с высокими тарифами на электроэнергию. Например, в Израиле 80% воды нагревается солнечной энергией.
Запасов энергии ветра в 100 раз больше запасов энергии всех рек на планете. Этот альтернативный источник энергии используют в Дании, Португалии, Испании, Ирландии и Германии. К началу 2016 года мощность всех ветрогенераторов обогнала суммарную мощность атомной энергетики, и это большое достижение. Недостаток этого источника в том, что сила ветра непостоянна и её нельзя контролировать.
В основе геотермальных электростанций лежит применение природных горячих источников. Этот путь подходит для регионов с сильной вулканической активностью. В России такие электростанции работают на Курильских островах и Камчатке, где одна только Мутновская ГеоТЭС покрывает 20% электропотребления области.
Ещё один яркий и весьма необычный пример использования альтернативных источников энергии в мире – обычные зелёные водоросли. Они быстро растут, не требуют особого ухода, и с площади в 1 Га можно получить до 150 тыс. м3 газа в год. Такое количество сравнимо с небольшой скважиной, обеспечивающей жизнедеятельность маленького поселка. В немецком городе Гамбург уже есть реализованный проект: 15-квартирный дом, фасады которого оборудованы биореакторами. Воздух, продуваемый через эти биореакторы, обеспечивает водоросли углекислым газом. Уже выросшие водоросли собирают, обрабатывают и отправляют в топливный конвертор, который работает на биомассе. Этим удаётся обеспечить жилой дом необходимым количеством электроэнергии.
Сам себе генератор
Интересно, что мы сами тоже солидный источник энергии, и учёные обратили на это внимание. Речь, конечно, не идёт о том, чтобы усадить треть населения на динамо-машины, как сделали в одном из эпизодов сериала «Чёрное зеркало». Физические усилия одного человека, направленные на простое прокручивание педалей — капля в море энергетических потребностей. Однако, как мы уже говорили, поиск альтернативных источников энергии — это поиск бесхозной энергии, той энергии, которая побочно выделяется от некоего процесса и просто рассеивается в пространстве.
В идеале в энергию может быть преобразовано и тепло тела, и электрические импульсы мозга, и каждое движение мускулов. Ежедневно через турникеты метро проходит огромное количество людей, и эти потоки можно использовать для выработки энергии. Нетрудно догадаться, что такая технология «энерго-турникетов» распространена в Японии и в Китае, где за счёт населённости эта система полностью себя окупает.
Проезжающие автомобили сегодня тоже применяются в качестве генераторов. Британский изобретатель Питер Хьюс придумал Специальную рампу из двух металлических пластин, под которой встроен электрический генератор. При каждом проезде автомобиля по рампе вырабатывается электрический ток. При проезде одного автомобиля по рампе генерируется около 10 кВт, что позволяет питать подсвечиваемые дорожные знаки и светофоры.
Всего на долю возобновляемой энергии сегодня приходится 24,5%. Хотя большая часть производится ГЭС, направления с использованием других источников активно развиваются. Самое главное, что эти источники разнообразны. Каждая страна уникальна, поэтому универсального способа обеспечения энергией быть не может.
Лихтенштейну, возможно, вполне хватит водорослей, чтобы жители этой страны ни в чём не нуждались. Пустыню Сахару можно использовать как огромную солнечную панель на радость близлежащих стран. Великобритания пользуется своим морским положением и использует приливы. Даже перенаселённость Китая становится его преимуществом с учётом «энерго-турникетов». Каждая сотая доля процента, поставляемая одним таким источником, может, и кажется несущественной в глобальном топливном вопросе, но всё же говорит о том, что люди не перестают придумывать новые способы удержаться на плаву, когда невозобновляемым топливным ресурсам придёт конец.
Елизавета Борискова
Список источников
Другие темы курса