Google+
ЕСЛИ БЫ. УТОПИЧЕСКИЕ ЭКСПЕРИМЕНТЫ Мир Алексея Пехова: Хроники Сиалы Луис Ройо — классик фантастической живописи Дэнни Эльфман
Версия для печатиФутурология: Футурология. Альтернативные источники энергии

Альтернативная энергия

Электричество из воздуха

— Питание у твоего синтезатора автономное?

— Ему не нужно питание, он от ментального поля задействован.

Святослав Логинов, «Картежник»

Специалисты утверждают, что сегодняшняя цивилизация отсчитывает последние годы. Нашу безмятежную жизнь в мире компьютеров, холодильников и метро прервет вовсе не метеорит, ядерная война или глобальное потепление. Даже не мутировавший вирус гриппа. Вызовет апокалипсис истощение запасов нефти, угля и газа. Представьте, что однажды после щелчка выключателя свет не зажжется. Страшно? Тогда, как сказал один мультипликационный персонаж, «давайте бояться вместе».

До страшного момента мир будет почти в буквальном смысле лихорадить. Цены на энергоносители взовьются выше, чем летает Супермен. Придется отказаться от автомобилей, стирать вручную и обходиться свечками. Впрочем, выход есть. И воспользуется ли им человечество, зависит от нашей собственной расторопности.

Вечный источник

По оценкам разных исследователей, жить припеваючи нам осталось каких-то 50 лет. И это с учетом нефтяных запасов, законсервированных в США и еще не исчерпавшихся в России. Считается, что добывать в год больше нефти, чем сегодня, уже не будут. Более того, впервые в истории в 2003 году, несмотря на передовые технологии геологоразведки, не было найдено ни одного крупного нефтяного месторождения. А ведь потребности человечества растут: число автолюбителей увеличивается каждую минуту, а некоторые не брезгуют и личным самолетом.

Аналитики выносят приговор: через полвека потребность в энергоресурсах возрастет в 2-3 раза. Спрашивается: откуда взять еще больше энергии, если сегодня объемы добычи фактически достигли своего предела? Газ, нефть и уголь относятся к невозобновляемым источникам энергии, из них получается 90% мировой энергии. Возобновляемые источники и к тому же легко доступные — это солнце, вода, ветер и биотопливо.

Традиционные способы выработки энергии построены на сжигании угля, нефти или газа. Тепло обычно расходуется на перевод воды в пар, который вращает турбины. Все остальные источники энергии — альтернативные. Их использование обладает замечательной особенностью — минимальным влиянием на окружающую среду. Что касается глобального потепления, то ученые до сих пор не поймут, что это такое — следствие человеческой деятельности или же естественный природный процесс. Некоторые специалисты и вовсе полагают, что глобальное потепление — миф.

Как бы там ни было, загазованность в мегаполисах действительно высокая. Некомфортная экологическая обстановка — прямой результат работы автомобилей, электростанций и заводов на невозобновляемых источниках энергии. У альтернативных же источников потенциал огромный. Благодаря им, как минимум, упадут цены на многие товары и улучшится экология. Впрочем, до полномасштабной добычи «зеленой» энергии дело пока не дошло, хотя всевозможных идей и проектов достаточно.

Экономим на тепле

Американские компании Eneco и Power Chips независимо друг от друга создали прототипы чипов, способных конвертировать 20-50% тепловой энергии в электричество. Изобретение планируется использовать как в компьютерной технике, например, в ноутбуках, так и в космических аппаратах. В лэптопах чип аккумулирует энергию, выделяемую процессором (самый горячий компонент компьютера), и направляет ее аккумулятору.

Источники избыточного тепла есть у каждого бытового прибора — обычные лампы накаливания в лучшем случае лишь 10% энергии переводят в свет, а остальную часть тратят на бесполезный самонагрев. Компактные люминесцентные лампы стоят порядка 100-150 рублей, зато позволяют экономить в 5 раз больше электроэнергии. Так что сейчас каждый может приобщиться к делу улучшения экологической обстановки — надо всего-то поменять лампочки.

Ветер

Электростанции, напоминающие отнятые у гигантского Карлсона пропеллеры, активно используются во всем мире. Более всех преуспела Германия — 7% электроэнергии она добывает именно таким способом. В России планируется принести воздушную энергию в Калининградскую, Ленинградскую, Приморскую и другие области. Однако погода — штука непредсказуемая, и ветроэнергетика не гарантирует стабильности, так как требует дополнительных затрат на компенсацию перерывов в поставках. К тому же выделять площади для размещения оборудования в небольших странах весьма накладно.

Американцы из Alternative Energy Holdings собираются строить молниевые фермы. Ловлей небесного электричества занимался персонаж Роберта Де Ниро в фильме «Звездная пыль».

Различными исследователями, в том числе и российскими, предложено запускать гигантских воздушных змеев с ветроагрегатами на высоту порядка 10 км. Там атмосферные потоки несут в 300 раз больше энергии, чем в более низких слоях. Проблема кроется в высокой стоимости материалов: придется раскошелиться на прочные и долговечные тросы, что ставит под вопрос рентабельность всего предприятия.

Другая идея не менее фантастична, зато сулит золотые горы высотой с Останкинскую телебашню тем, кто дерзнет ее реализовать.

«Атмосферные холодные мегаватты» — так называется американская компания, которая появилась в 2004 году. Изобретатели придумали прокладывать трубы длиной 150-300 км, чтобы соединять участки с разным атмосферным давлением. Если в двух точках оно отличается, к примеру, всего на 0,03 атмосферы, то воздух через трубу помчится со скоростью в 3 раза больше звуковой. Если на одном конце трубы поставить турбину, то выходная мощность потока составит 1 гигаватт. Таким образом, стоимость киловатта энергии будет в полторы сотни раз меньше, чем при производстве на газовой или угольной электростанции.

Переплюнули всех сотрудники Chetwood Associates. Они решили соорудить воздушную дамбу над речкой, которая впадает в озеро между двух скал. Идеальное место отыскалось в России на Ладожском озере. По заверению ученых, проект готов, и строительство начнется в ближайшие месяцы. Между двумя скалами натянут громадный парус шириной и высотой 75 метров. Технические подробности конструкции пока не уточняются. Известно лишь, что стоимость всего сооружения — 5,3 млн долларов.

Воздушная дамба над Ладожским озером может стать украшением ландшафта.

Основную ставку на ветроэнергетику в сегодняшнем ее состоянии делать неразумно, однако кое-каких результатов благодаря ей добиться все-таки можно. В ближайшие 5-10 лет Германия, Канада, Индия и Великобритания надеются получать благодаря ветру 10-20% электроэнергии.

Солнце

Солнечная электростанция на крыше большого завода. Уже не фантастика.

Вопреки распространенному мнению, получать электричество из потока солнечных фотонов — дело не особо перспективное. Да, построены и действуют целые солнечные электростанции. Однако каждая кремниевая панель способна обработать максимум 25% солнечной энергии, а окупается она несколько лет. Однако португальцев это не остановило. Они соорудили самую большую солнечную электростанцию в мире: на площади 60 гектаров уместились 52 тысячи солнечных батарей. Экологически чистое электричество направляется в 8 тысяч домов и позволяет обойтись без выброса 13 тысяч тонн углекислого газа в год.

Другое дело — солнечные нагреватели. Все, кому доводилось бывать в Турции или Китае, наверняка обратили внимание, что на крышах частных домов и гостиниц установлены бочки с бликующими панелями. Солнце нагревает металлические щиты, которые по трубкам передают тепло в бочки с душевой водой. КПД такого агрегата в 2-3 раза выше, чем у солнечных батарей.

Электростанция Solar Two на гелиоконцентраторах в солнечной Калифорнии, успешно работала с 1995 по 1999 год. Сегодня превращена в... телескоп.

Настоящий шедевр этой отрасли электроэнергетики, PS10, собрали в Испании. Представляет она собой 40-этажную стелу, вокруг которой расставлено 600 зеркал площадью 120 кв. метров. Каждое зеркало отражает солнце на башню, в которой находятся емкости с водой. Далее все как в обычных электростанциях: водяной пар вращает турбины, и вырабатывается электричество. Называется чудо гелиоконцентратором и обеспечивает светом и теплом около 6 тысяч домов.

Сейчас в Испании готовятся к возведению Solar Tres, преемника американской Solar Two. Планируется поставить 2493 (!) зеркала на площади 96 кв. метров и вместо воды использовать раствор соли. Станция сможет запасать нагретый раствор и обеспечивать потребителей электричеством даже в ночное время.

Ученые швейцарского центра CSEM придумали настоящий остров-гелиоконцентратор: громадный диск уставлен круглыми зеркалами, направленными на трубы с водой. Идея в том, что солнечный остров удобно поворачивать с помощью винтовых электродвигателей вслед движению солнца. В наземных установках приходится вращать каждое зеркало индивидуально.

Первыми получат такой остров Объединенные Арабские Эмираты, причем специально для него в пустыне пророют канал. Планируется создавать острова диаметром до 5 километров.

Солнечные острова тоже не конвертируют энергию в электричество напрямую, а сперва нагревают жидкость.

Самый фантастический проект — солнечная энергия из космоса. О нем начали говорить во второй половине двадцатого века, позитивно высказался даже российский нобелевский лауреат Жорес Алферов. На орбите предполагается развернуть гигантские солнечные батареи площадью не меньше 50 кв. километров. Космическая электростанция «зависнет» над определенной точкой поверхности и станет подавать энергию посредством лазерного или сверхвысокочастотного излучения, которое примет многокилометровая наземная антенна. По мнению ученых, влияние атмосферы на такую передачу энергии минимально.

Минус солнечных батарей в том, что от звездного света и в туманные дни работать они не способны. Российские ученые нашли выход и создали гетероэлектрик на основе наночастиц золота и серебра. Уникальный элемент работает с солнечным светом, «плавающим» в широком спектральном диапазоне. Презентация проекта состоялась в 2006 году в подмосковной Дубне.

Гетероэлектрик переводит в электричество 54% видимого света (более чем вдвое обгоняет традиционные солнечные батареи) и 31% инфракрасного спектра излучения. Стоимость такой батарейки ниже, чем у кремниевых панелей. Быть может, скоро в Сибири появятся солнечные электростанции, ничем не уступающие аналогам в жарких странах.

Сфера Дайсона

Астрофизик Фриман Дайсон предсказал, что развитые цивилизации окружат свои звезды сферами для аккумуляции энергии. Обнаружение подобной сферы в космосе автоматически будет означать существование инопланетного разума. Для Солнечной системы предполагается построить сферу толщиной 3 метра, «разобрав» ее крупнейшую планету Юпитер.

Земля

В этих зданиях хранится биогаз — экологически чистое топливо.

Предки догадывались, что мы ходим по настоящей адской печи. Вот и героям Жюля Верна под землей было жарковато. На самом деле «терранафты» испытывали бы температуры никак не ниже тысячи градусов по Цельсию, а вблизи ядра и подавно — 4-5 тысяч. Если пробурить скважины достаточной глубины и вставить в них трубы, можно забыть о счете за горячую воду и отопление.

Биотопливо — смесь растительных и животных жиров с этиловым спиртом; его обычно получают из рапса и сои. Некоторые компании подписывают договоры с крупными ресторанами, организуя себе поставки отработанного масла, из которого удается синтезировать неплохой биодизель. Стоимость его невелика, при том оно обладает двумя преимуществами — возобновляемостью и почти 100% экологичностью. В земле горючее разлагается за 28 дней (зомби, что характерно, после этого не вылезают), а сгорает с выделением того объема CO2, который поглотили использованные растения.

Больше всего биотоплива получают в Австрии (134 тысячи тонн в год). Россия на этом поле пока не играет: в перспективе отечественные заводы могут появиться в Татарстане и Волгоградской области. Гуманисты предостерегают, что чрезмерное увлечение биотопливом — преступление против человечества, поскольку огромные посевные площади можно использовать для выращивания сельскохозяйственных растений. Еды на нашей планете хватает далеко не всем.

Вода

Пока что лишь гидроэлектростанции обеспечивают производство энергии из альтернативных источников в серьезных масштабах. Энергию получают благодаря падающей с плотины воде, которая вращает турбины. Несмотря на дешевизну процесса и отсутствие ядовитых выбросов, вред водному и наземному животному миру наносится непоправимый. Кроме того, стоимость такого сооружения велика.

Миниатюрные гидроэлектростанции не навредят рыбам и обеспечат коттедж электричеством даже зимой. В основе изобретения —водоворот, поворачивающий винт.

Обратим внимание на приливные электростанции (ПЭС). Гравитационные силы Луны и Солнца вызывают колебания уровня воды, которые могут достигать 13 метров. Пользуясь этим, залив перекрывают плотиной с аккумулирующими энергию гидрогенераторами. В 1968 году построили экспериментальную электростанцию в Мезенской губе, а самая мощная ПЭС ныне функционирует во Франции. К сожалению, как и в случае c ветряками, для ПЭС необходимы дополнительные системы, которые бы компенсировали время простоя при отливах.

Англичане разрабатывают водяные «ветряки», которые используют энергию течений.

Некоторые считают, что энергию прилива использовать категорически нельзя, поскольку это тормозит вращение Земли, а значит, приближает момент, когда на нас в буквальном смысле обрушится Луна. Идеальным вариантом представляется система закрепленных на грунте подводных буев, работающих от энергии волн. Например, система Archimedes Wave Swing (AWS) обеспечивает получение 150 мегаватт на квадратном километре. Буи могут быть спрятаны на глубине 40-50 метров, где не помешают судоходству.

Несколько таких буев обеспечат энергией даже удаленные острова.

Принцип их действия прост: внутри корпусов находится газ. Волна проходит над буем и деформирует его, но стоит внешнему давлению пропасть, и газ совершит механическую работу, вернув установке прежнюю форму. Стоимость одного такого устройства — 4 млн евро, а срок эксплуатации — 8 лет. Первая подводная ферма уже работает в Португалии, а задействованные в этой сфере компании заключают контракты и планируют к 2010 году осчастливить шотландцев полем из 20 станций AWS.

Велотренажеры

Если энергоресурсы все же станут дорогими, от компьютера можно и не отказываться. Команда компании SiCortex наглядно продемонстрировала, что десяти велосипедистов достаточно, чтобы питать суперкомпьютер NextFest. Так что утро придется начинать с разминки на велотренажере. Пока будете крутить педали, аккумулятор источника питания накопит достаточно энергии.

Метанолом угостите?

Сократить количество вредных выбросов в атмосферу можно разными способами. Тайваньская компания VIA заявила о выпуске компьютерных процессоров «без угля». На самом деле маркетологи просто хотели подчеркнуть, что новые процессоры потребляют очень мало энергии, а значит, позволяют экономить уголь на электростанциях. К тому же низкое потребление энергии означает долгое время автономной работы.

Американцы создали экологически чистые гибкие батарейки с нанотрубками. Элемент с виду напоминает бумагу и совмещает функции аккумулятора и конденсатора.

Пару лет назад заговорили о батарейках с пропускающей протоны или анионы мембраной. Такие аккумуляторы смогли бы заметно повысить время автономной работы мобильных устройств. Предполагалось, что экологически чистую энергию потребителям будет даровать метанол (сильнейший яд) и другие соединения. Для этих целей, разумеется, потребовалось бы наладить поставки соответствующих носителей. К сожалению, вынуждены констатировать, что новые топливные элементы оказались бесперспективными.

В автомобильной сфере прогресс зашел куда дальше: в США функционируют экспериментальные водородные заправки. Двигатели некоторых автомобилей работают в том числе и на электричестве от топливных элементов — в них загружается водород в жидком или газообразном виде. Однако такое решение, вопреки расхожему мнению, не отличается экологичностью, так как для получения водорода требуются большие затраты энергии, которая, в свою очередь, вырабатывается традиционным путем.

Внести свою лепту в дело «зеленых» автомобилистам все же удается. В США со скоростью Гарри Поттера на метле из автосалонов разлетаются авто с гибридными двигателями. Электрические двигатели активируются при разгоне и в пробках, а порой и вообще позволяют обходиться без основного бензинового мотора. Кстати говоря, колеса при этом вращаются практически бесшумно. Аккумуляторы заряжаются в основном в процессе торможения, чего обычно хватает, особенно в городских условиях.

Удовольствие вступить в клуб «зеленых» автолюбителей обойдется в 2 млн рублей. Столько стоит «гибридный» Lexus GS 450h в России.

* * *

Рано или поздно невозобновляемые ресурсы иссякнут, или же человечество их законсервирует. Сколько до этого момента осталось времени, вряд ли кто-то скажет точно. Сроки, обозначенные в начале статьи, следует все же воспринимать скептически: счет может идти на годы, а может — и на десятилетия. Нам очень хочется надеяться, что человечество не столкнется с энергетическим кризисом. В противном случае сюжет «Безумного Макса» станет реальностью, а «МФ» лишится глянца и не будет выходить на бумажных «носителях».

Комментарии к статье
Для написания комментария к статье необходимо зарегистрироваться и авторизоваться на форуме, после чего - перейти на сайт
Suters
№ 1
24.07.2009, 11:09
Автором упущена необходимость использования озвученными проектами редкоземельных материалов. Ну например лития и ниобия для производства гибридных автомобилей, ниобия для постоянных магнитов (необходимых в эл. генераторах) и лития для аккумуляторов.
ersh57
№ 2
24.07.2009, 11:15
Хорошая статья. Кратко знакомит со многими перспективными технологиями в сфере энергетики. То, что автором статьи озвучены не все технологии - естественно. Технологий таких великое множество. Для одного только перечисления с кратчайшими описаниями необходим внушительный том. Не будем ругать автора за краткость. Он - молодец.
viccor
№ 3
26.06.2010, 10:00
И все же энергетика будущего, я думаю, будет основана на водороде. Водород, как топливо для термоядерного синтеза, на стационарных электро- и теплоцентралях. И водород, как химический источник энергии, на транспорте.
Терри П
№ 4
08.11.2011, 22:58
При описании альтернативных источников совсем не упомянуты термоядерные электростанции, а ведь это практически неисчерпаемый источник энергии (водород получают из морской воды и нужно его совсем немного), причем он значительно безопаснее атомных электростанций.
Сибилев
№ 5
10.12.2011, 18:33
Отличная статья!
РАССЫЛКА
Новости МФ
Подписаться
Статьи МФ
Подписаться
Новый номер
В ПРОДАЖЕ С
24 ноября 2015
ноябрь октябрь
МФ Опрос
[последний опрос] Что вы делаете на этом старом сайте?
наши издания

Mobi.ru - экспертный сайт о цифровой технике
www.Mobi.ru

Сайт журнала «Мир фантастики» — крупнейшего периодического издания в России, посвященного фэнтези и фантастике во всех проявлениях.

© 1997-2013 ООО «Игромедиа».
Воспроизведение материалов с данного сайта возможно с разрешения редакции Сайт оптимизирован под разрешение 1024х768.
Поиск Войти Зарегистрироваться