После нефти: каким будет новое топливо?

Digital

Что мы будем делать, когда "выпьем всю нефть и выкурим полностью газ"? Смогут ли возобновляемые источники энергии обеспечить человечество необходимым количеством киловатт?

Как сообщают китайские СМИ, ученые из Поднебесной планируют построить на околоземной орбите первую в истории космическую солнечную электростанцию и уже приступили к разработке раннего экспериментального прототипа установки. Многообещающий проект был предложен еще 2015 году; по мнению специалистов, его воплощение может стать «неисчерпаемым источником чистой энергии для человечества». Аппарат должен вращаться на высоте около 36 тысяч километров на геостационарной орбите, где круглосуточно, независимо от погоды, смены сезонов или времени суток станция сможет производить энергию — примерно в шесть раз эффективнее наземных солнечных панелей. Реализация проекта будет проходить в несколько этапов. Первую пробную электростанцию планируется запустить в стратосферу уже в ближайшие несколько лет — между 2021 и 2025 годами. Ожидается, что орбитальная космическая электростанция поможет уменьшить загрязнение воздуха от выбросов многочисленных наземных станций, работающих на ископаемых видах топлива.

Почему это важно?

В ближайшие десятилетия человечество может остаться без большей части невозобновляемых источников энергии: уголь не вечен, транспортировка газа в отдаленные уголки планеты проблематична, нефть сосредоточена в неспокойных районах — взять хотя бы ту же Венесуэлу. Кажется, пора бы задуматься, какие еще источники смогут удовлетворить наши аппетиты. А аппетиты немалые: в день во всем мире используется около 320 млрд кВт*ч энергии — эти показатели равносильны тому, как если бы у каждого жителя нашей планеты было по 22 лампочки и все они горели в режиме нон-стоп. У вас еще есть вопросы, почему наши города так отчетливо видны из космоса? По оценкам специалистов, в следующие сто лет запросы человечества только возрастут — примерно в сто раз. Да, пока что ископаемое топливо удовлетворяет растущий спрос, но, когда мы лишимся этой энергии, запертой в компактной форме, какими будут наши дальнейшие действия?

Хотя находятся и те, кто верит в заговор иллюминатов, не дающих человечеству сделать единственный шажок, отделяющий нас от энергии космического вакуума или ядра Земли, на вопрос «существует ли топливо, способное в будущем занять место нефти и газа?» ученые в один голос дают отрицательный ответ. Его не просто нет, а, вероятно, и не будет, поэтому необходимо развивать сразу несколько видов энергии. Но справятся ли они?

Гидрат метана

Если говорить о невозобновляемой альтернативе современным источникам энергии, то это «горючий лед» — супрамолекулярное соединение метана с водой, устойчивое при низких температурах и повышенных давлениях. Первыми гипотезу о наличии залежей этого вещества в зоне вечной мерзлоты высказали советские ученые Стрижов, Мохнаткин и Черский еще в 40-е годы, а в 60-е на севере СССР действительно были обнаружены первые месторождения и началась проработка вопроса об использовании гидрата метана в качестве топлива. Увы, со временем выяснилось, что газ обладает нестабильностью при повышении температуры.

Тем не менее «горючий лед» представляет особый интерес для Японии, у которой практически нет собственных природных ресурсов. Страна Восходящего солнца в течение нескольких лет изучала месторождения, в 2013-м заявив о научном прорыве, но промышленная добыча гидрата так и не началась. Два года назад «горючий лед» добыли и вездесущие китайские специалисты. Со дна Южно-Китайского моря в 285 км к юго-востоку от Гонконга с 10 по 18 мая 2017 года нефтяники извлекли 120 тыс. куб. м «горючего льда», который содержит 99,5 % метана — кубометр эквивалентен 160 куб. м природного газа в парообразном состоянии. Однако нефтегазовая индустрия пришла к консенсусу, что до промышленной добычи гидратов все равно еще очень далеко.

Извлечение кубометров сырья на поверхность чревато утечками и повреждением структуры подводной гряды, а поскольку залежи гидрата находятся в сейсмически активном регионе, есть шансы заполучить рукотворные катаклизмы, которые никому не нужны. Что делать? Разрабатывать новые технологии добычи гидрата метана, совершенствовать уже имеющиеся или бросить затею, переключившись на что-то другое. Например, на Солнце.

гидрат метана

Солнечная энергетика

Солнечные электростанции получают энергию непосредственно от главной звезды нашей галактики. Их панели состоят из фотоэлектрических ячеек, изготовленных из полупроводникового материала, например кремния, который чаще всего используется в солнечных батареях. Когда лучи падают на полупроводник, тот нагревается, частично поглощая их энергию. Приток энергии высвобождает электроны внутри полупроводника, поток которых и образует электрический ток. Главные достоинства солнечной энергетики — ее доступность и неисчерпаемость, что особенно важно в условиях постоянного роста цен на традиционные виды энергоносителей. В теории солнечные электростанции не способны причинить вред окружающей среде, хотя все же существует небольшая вероятность того, что повсеместное внедрение солнечной энергетики изменит характеристику рассеивающей способности земной поверхности и приведет к изменению климата.

Лидером отрасли является уже упомянутая КНР. Еще в 2014 году общая мощность солнечной энергетики в стране составила 130 ГВт, а к 2020-му показатели планируется значительно увеличить. В Поднебесной обустроено множество крупных солнечных ферм, в том числе огромное сооружение мощностью 850 МВт на плотине Луньянся на Тибетском плато с четырьмя миллионами панелей. Самая большая солнечная электростанция мира также находится в КНР — мощность сооружения в пустыне Тэнгэр превышает 1500 МВт.

На данный момент по всему миру строится несколько крупных солнечных ферм, многие из них будут находиться в Индии. Но перспективы использования Солнца для получения электричества ухудшаются из-за высоких издержек. В качестве главного примера можно привести калифорнийскую СТЭС Айвонпа: по сравнению с газовыми электростанциями она генерирует гораздо меньше электроэнергии, но при этом ее содержание обходится вчетверо дороже. В будущем электроэнергия, вырабатываемая этой станцией, будет стоить вдвое дороже обычной. Кто будет платить по счетам? Потребители.

Есть и более радужные прогнозы: так, к 2020 году себестоимость генерации электроэнергии солнечными электростанциями может снизиться до себестоимости генерации с использованием ископаемого топлива. В этом случае мы сможем говорить об экономической выгоде перехода на солнечную энергию. Высокая себестоимость — не единственная проблема: нельзя забывать про зависимость от погоды и времени суток — это делает солнечные батареи не такими уж и надежными.

Через 40 лет при соответствующем уровне распространения передовых технологий солнечная энергетика заменит собой 20—25 % всего необходимого электричества — такого мнения придерживаются эксперты Международного энергетического агентства (IEA). Это обеспечит сокращение выбросов углекислого газа на 6 млрд тонн ежегодно, но не удовлетворит все потребности людей.

солнечная энергия

Ветроэнергетика

Энергия ветра повсеместно доступна, более экологична и практически неисчерпаема, так как она является следствием активности Солнца. Ее запасы превышают запасы гидроэнергии всех рек планеты более чем в сто раз, при этом ветроэнергетика может использоваться для снабжения электричеством удаленных районов. Но сооружение ветряных электростанций связано с рядом проблем. Главная — это зависимость от ветровых потоков, отличающихся непостоянством: проще говоря, производство электроэнергии зависит от силы ветра, на которую человек не может повлиять. Тем не менее в 2014 году количество электрической энергии, произведенной всеми ветрогенераторами мира, составило 706 ТВч — 3 % от всей энергии. И у многих государств — серьезные планы по развитию отрасли. Так, Дания планирует к 2020 году с помощью ветрогенераторов производить 50 %, Германия к 2025-му — 40-45 %.

ветроэнергетика

Биотопливо

Биотопливо — это топливо из биологического сырья, получаемое, как правило, в результате переработки стеблей сахарного тростника или семян рапса, кукурузы, сои. В США и других странах биодизельное топливо растительного происхождения используется как в чистом виде, так и в соединении с обычным дизельным топливом. Так этанол, добытый из кукурузы, в США применяется как один из компонентов бензиновых смесей, а этанол из сахарного тростника обеспечивает 50 % автомобильного топлива Бразилии. В 2004 году во всем мире производство электричества из биомассы обеспечивали электростанции общей мощностью 35 000 МВт. Главный ограничитель в использовании биомассы — земля.

На данный момент известно о нескольких проектах разной степени проработанности, направленных на получение биотоплива из целлюлозы и различного типа органических отходов, однако большая их часть требует значительного усовершенствования. Большие надежды ученые возлагают и на просо, но технологии по его применению находятся на ранней степени разработки.

Хотя в теории биобензин и биодизель способны успешно заменить нефтепродукты, их фатальным недостатком является низкая производительность. В настоящее время европейские страны проводят эксперименты по выращиванию энергетических лесов для производства биомассы. Для этого на больших плантациях высаживаются быстрорастущие деревья, такие как тополь, акация, эвкалипт — в общей сложности в испытаниях задействовано около 20 видов растений. Некоторые плантации — комбинированные: между рядами деревьев выращиваются другие сельскохозяйственные культуры, например, тополь сочетается с ячменем.

Период ротации энергетического леса — 6—7 лет. Но, чтобы получать объемы биотоплива, сравнимые с объемами ныне производимых нефтепродуктов, придется отвести под выращивание соответствующих растений, не дающих никакого пищевого продукта, огромные площади либо отдать территории под возведение огромных чанов для выращивания в них водорослей. А все эти территории можно с большим успехом использовать для других целей.

биотопливо

Энергия волн океана

И вновь вернемся к новостям последних дней. Ни для кого не новость, что океанские и морские волны могут служить источником возобновляемой энергии, однако из-за высоких затрат редко какой проект по преобразованию данного вида энергии в пригодный для использования человечеством проходит отбор и представляется публике. Но кажется, на этот раз ученым действительно удалось изобрести что-то пригодное для использования. Речь идет о так называемом генераторе диэлектрического эластомера (DEG) с использованием гибких резиновых мембран — новая технология, позволяющая генерировать недорогое электричество с помощью энергии волн, стала итогом совместной работы инженеров из Эдинбургского университета и нескольких университетов Италии. По утверждению самих авторов, строительство устройства обойдется дешевле, чем создание обычных конструкций по преобразованию энергии волн; кроме того, в нем предусмотрено меньше движущихся частей, а для создания всего механизма используются долговечные материалы.

Идея использовать волнение моря для получения энергии не то чтобы нова: заявка на патент волновой мельницы была подана аж в 1799 году. В конце XIX века кинетическую энергию волн научились преобразовывать в электричество — и только в 2008-м в Португалии была запущена первая волновая электростанция. Мощность ее была невелика — всего 2,25 МВт, но зато потенциал волновой энергетики был оценен по достоинству, и теперь аналогичные проекты создаются в десятке стран, включая Россию.

По подсчетам ученых, в перспективе волновая энергетика окажется выгодней, чем ветровая (удельная мощность волн на порядок превышает удельную мощность ветра), а прилегающие к морям страны смогут генерировать до 5 % электроэнергии за счет волн.

Всего же по данным Eurostat на конец 2017 года доля альтернативной энергетики в странах Евросоюза составила 17,5 %, при этом к 2030-му ЕС намерен получать уже 32 % энергии из возобновляемых источников. В России ситуация менее радужная: по данным Greenpeace, если не учитывать крупные ГЭС, доля возобновляемых источников энергии в производстве электроэнергии составляет примерно 1 %. Чуть больше доля возобновляемых источников в тепловой энергетике — около 2 %. Порядка 90 % производимой в России первичной энергии по-прежнему генерируется при помощи угля, нефти и газа.

Энергия волн океана

Подпишитесь и читайте нас в "Яндекс.Дзен"

Написать комментарий

Оставить комментарий

Подпишитесь на обновления в соц.сетях

Каждую неделю мы рассказываем о главных кинопремьерах, выставках, спектаклях и концертах. Коротко и по делу.