Альтернатива

Приблизительно пятая часть энергии, которую употребляет человечество для своих бытовых нужд, в прошлом году была получена из так называемых альтернативных источников.

На самом деле альтернатива у нас не ахти какая: выжить или умереть. Причем умереть в прямом смысле – поскольку страны, сидящие на исчерпаемых и уже изрядно исчерпанных источниках энергии, в большинстве своем не отличаются миролюбивым внешнеполитическим курсом. И довольно часто ставят знак равенства между экспортом нефти и экспортом войны в соседние страны. Редкие же исключения, которые не собирались диктовать свои условия остальному миру, сами являются предметом торга – и их с незавидной регулярностью захватывают более сильные соседи, вооружившиеся на те же нефтедоллары. У тех, кто не обладает сырьевой базой, привлекающей хищников, тоже голова болит: им приходится идти часто на унизительные сделки с малоприятными персонажами ради получения той же самой нефти, газа или даже угля – как в нашем случае.

Так что страны дальновидные, практичные и не желающие зависеть от ископаемых соседей, развивают альтернативную энергетику. Причем используют не только уже имеющиеся технологии, но и вкладывают в выглядящие пока довольно фантастическими проекты – которые, может быть, в будущем спасут планету от глобальной войны за возможность жить в обогреваемых домах, читать не при свете лучины и пользоваться Wi-Fi.

Сейчас под альтернативной энергетикой понимают довольно широкий спектр разных технологий, некоторые из которых по сути таковыми вообще не являются. Традиционным способ получения энергии принято считать электроэнергию или тепло, которое выделяется при сжигании нефти, газа или угля, то есть получается из невосполнимых запасов природы. В этом смысле ГЭС – тоже альтернативная энергетика, поскольку в обозримом будущем остановки рек не предвидится. Собственно, и атомная энергетика в свое время была альтернативой – но сейчас, 60 лет спустя после запуска первого ядерного реактора и 130-летнего юбилея первой ГЭС, их считают традиционными. Потому что и АЭС, и ГЭС являются источниками загрязнения окружающей среды – уж нам ли этого не знать. А альтернативная энергетика предполагает бережное отношение к природе. Только малые ГЭС, которые строятся на водопадах или маленьких реках и не требуют сооружения плотин, затопления земель и прочих неприятностей, на вполне законных основаниях относятся к альтернативной энергетике. Как и твердотопливные котлы, которые работают на всяких отходах – хотя ничего более традиционного, чем сжигание дерева в печке просто не бывает.

Если учесть оба критерия, то есть и экологичность, и восполняемость ресурсов, то получится, что под альтернативой мы понимаем пока еще экзотические для нашей страны, но уже вовсю используемые в мире несколько технологий.

Солнце

Использование солнечной энергии на сегодняшний день – самая перспективная, самая реализованная и при этом самая часто ругаемая область альтернативной энергетики. На сегодняшний день с помощью солнечных батарей и фотоэлементов получают меньше процента – точнее, 0,79% – общего числа вырабатываемой энергии в мире. Остальные альтернативные в общей сложности «выдают» около 5% от всей энергии, вырабатываемой человечеством. Но многомиллиардные инвестиции в альтернативу позволяют оценивать будущее такой энергетики довольно позитивно – в 25% всех потребностей человечества в электроэнергии к 2050 году. Илон Маск вкладывает деньги в гелиоэнергетику, оборудует заправки для Теслы солнечными батареями и продвигается в создании относительно дешевого способа хранения солнечной энергии. И утверждает, что для потребителей уже в следующем десятилетии гелеоэлектричество будет дешевле традиционного. Если учесть, что с 1970-х годов стоимость производства солнечной энергии упала в 150 раз, то его прогнозы вполне могут сбыться.

Хотя к гелиоэнергетике масса вопросов. Например, производство и, главное, утилизация батарей, которые имеют относительно небольшой срок годности, – огромная проблема. В них содержится свинец, галлий, мышьяк – и просто так их не закопаешь в землю. Есть и другие проблемы – например, над крупной гелиостанцией в США в среднем гибнет одна птица за две минуты из-за высокой температуры. Впрочем, это не останавливает строительство новых СЭС – сейчас они действуют в 80 странах, среди которых и Украина – солнечный парк в Перово (Крым) входит в десятку крупнейших в мире СЭС по установленной мощности – ее строила компания, связанная с братьями Клюевыми.

Солнечные батареи получили широкое распространение не только для промышленного производства энергии, но и в быту. В Германии, которая, кстати, европейский рекордсмен по количеству гелеоэлектроэнергии, и во Франции такие батареи устанавливают на вагонах поездов, чтобы обеспечить работу кондиционеров, на крышах домов, а производители автомобилей – на машины. Так что солнечная энергетика уже вошла в нашу жизнь – теперь надо только что-то придумать с ядовитыми веществами, которые содержатся в батареях. И есть уже новая разработка – наноантенны, более дешевые и безвредные, которые смогут преобразовывать солнечную энергию в электрическую. Но до реализации хотя бы экспериментальной установки дело пока не дошло.

Вода

Помимо малых и больших ГЭС, в мире используют сразу несколько способов получить энергию с помощью воды. Например, в геотермальной энергетике используется горячая вода и пар, которые добывают из скважин в тех районах, где близко к поверхности находятся горячие источники. На сегодняшний момент 80% домов Исландии отапливаются горячей водой и влажным паром, добытым из скважин возле вулканов, – это 30% от всей энергии, потребляемой Исландии. На втором месте – Филиппины, которым горячие источники дают четверть всей потребляемой энергии страны. Но при этом крупнейшие производители такой энергии – Китай и США: обе страны производят по 17 миллионов МВт⋅ч электроэнергии, а установленная мощность гео ТЭС СШУ – чуть больше трех ГВт. Для сравнения, установленная мощность всех украинских электростанций – 53ГВт.

Интересно, что Германия, Франция, Турция и Япония тоже развивают такую «добычу» электроэнергии – и у них примерно равные показатели производства энергии в год. В Штатах существует система государственной поддержки таких электростанций, тем более что воду из скважин можно использовать самым разным способом: самую «холодную» из добытой воды подают в трубы для мытья, более горячей обогревают дома, а самая горячая используется для получения электроэнергии. Конечно, не всем странам повезло с тем, что у них горячая вода прямо под ногами,но в Украине, на Закарпатье, запасы есть, хотя ни одной станции пока здесь и не построили. А вот в Европе уже построены типовые дома-генераторы, которые отапливаются и освещается с помощью собственной небольшой геотермальной установки и при этом хранят и раздают столько электроэнергии, что ее хватает на нужды целого поселка. Да что там – в апреле Ким Чен Ын в Северной Корее открыл образцово-показательную улицу из тридцати высоток, которые должны получать энергию от геотермального источника.

К счастью для северных стран, использовать в энергетике только горячую воду не обязательно – достаточно просто приливов и волн любой температуры. И даже хорошо, что вода холодная, – приливные станции забирают значительную часть прибрежных вод, и если бы Норвегия и Канада были курортными странами, то альтернативным источникам энергии пришлось бы потесниться под напором купальщиков. А так в северных морях купаются турбины. На сегодняшний день ПЭС не так уж много: они есть в Канаде, Франции, Норвегии, а крупнейшие из них находятся в Ирландии и Великобритании. Самая большая – в Южной Корее. Их обожают «зеленые» – станция почти полностью погружены под воду, и там, на дне, стоят ряды «вентиляторов», лопасти которых медленно вращают приливы. Срок их годности – сто лет, не нужно менять ландшафт, и к тому же полностью отсутствует риск затопления близлежащих территорий. Один недостаток – окупаются такие станции долго. Зато теперь и в Ирландии, и в Великобритании туристы ездят на них смотреть, что служит дополнительным зарабатыванием денег в казну.

Куда менее эстетично выглядят волновые станции – по сути, это такая длинная колбаса, болтающаяся на поверхности у побережья. Единственная в мире успешная работающая волновая станция – это Pelamis Wave Power: она запущена в 2008 году у побережья Испании, и ее мощность – 2,25 МВт. Год спустя была запущена шотландская «устрица» – тоже волновая станция, но с другим принципом работы. Она совсем маленькая, обеспечивает всего восемьдесят домов электроэнергией, но быстро окупается, и компания, производящая «устриц», строит грандиозные планы. Есть еще строящийся проект Wave Hub – с генераторами-поплавками, но пока проект не завершен. А в прошлом году 18-летний украинский изобретатель Михаил Литовченко запатентовал свой тип волновой электростанции – и Микронезия уже готова произвести ее. Установленная мощность одной такой станции – 1,5 МВт.

Ветер

Дания в 2015 году произвела почти половину – 42% – от всей потребляемой электроэнергии в стране с помощью ветряных генераторов. Они, по сути, те же ветряные мельницы Голландии, только куда больше, и установлены в море. Свою ветряную энергию, кстати, она поставляет в соседние страны – при этом сама периодически закупает энергию гидроэлектростанций из Норвегии и солнечных установок из Германии. Три эти страны сейчас имеют самые большие планы на альтернативную энергетику: в Норвегии сейчас добывается 64,7% альтернативной энергии, в Швеции -– 46,8%, более тридцати процентов – у Латвии и Финляндии. Власти же Германии планирует к 2020(!) году перейти только на альтернативу. И это вполне реально: в мае 2015 года 87% потребляемой энергии Германии было получено из альтернативной энергетики.

Ветрогенераторы – один из основных видов получения такой энергии в Европе, которая планирует уже к 2020 году удовлетворять 20% своих потребностей таким способом. Причем не только с помощью «ветряков». Уже существует несколько проектов летающих ветрогенераторов – компания Magenn создала летающую установку, самостоятельно поднимающуюся на высоту до 200 метров, а Buoyant Airborne Turbine (BAT) – гигантский аэростат, который может подниматься на 600 метров. Есть уже и гибридные установки – японская компания Mitsui Ocean Development & Engineering Company создали турбину, которая плавает на поверхности моря и работает одновременно как ветряк и как волновая электростанция. В целом к ветряным установкам не так уж много претензий: главная проблема – это шум, от которого, например, перестают доиться коровы. И то, что лопасти обледеневают, – пока проблема не решена.

Термояд и другие перспективы

Среди разнообразных электростанций разной мощности – вроде генераторов для велосипедов, которые могут зарядить телефон и разные другие мелочи, пока велосипедист крутит педали, и больших станций, которые работают на биотопливе, сделанного из водорослей, например, есть еще несколько пока только разрабатываемых проектов. Которые, по мнению ученых, в перспективе могу стать источниками альтернативной энергии.

Сейчас ведется разработка технологии, которая позволит использовать энергию молний, – работа над созданием такой станции длится почти десять лет. Кроме того, уже есть и установки, и топливные элементы, которые используют в качестве топлива водород, полученный самым разнообразным путем, в первую очередь гидролизом воды. Машины, заправляющиеся водородом, производят Mercedes, BMW, Daimler, General Motors, Honda, Nissan, Toyota, Hyundai и Volkswagen. И даже  Boeing  уже запустил в производство небольшой «водородный» самолет. Но пока водородная энергетика развивается ничтожно мало по сравнению с другими альтернативами. Впрочем, по сравнению с фантастическим проектом, разработку которого финансирует Mitsubishi Group, – получение энергии солнца на орбите, – водородная энергетика уже почти реальность. Тем не менее, инженеры всерьез обсуждают возможность собрать космическую энергостанцию – и проблема, с их точки зрения, только в том, что при передаче энергии на Землю будет теряться почти ее половина. Остальное считается делом техники и времени: нужно просто подождать, когда мы сможем собрать солнечные батареи на Луне и когда стоимость космических перелетов снизится до такой, что строительство космоэнергетической станции станет рентабельным. Есть еще компания Laser Power Systems, которая пытается разработать ториевый двигатель – и это почти такая же фантастика, как и космические электростанции на орбите.

Но самые большие надежды сейчас возлагают на термоядерный синтез. Точнее, на управляемую термоядерную реакцию. И девять стран – одна из которых ЕС, выступающий как единое целое, включая Японию, Китай, Россию и США, пытаются построить Международный экспериментальный термоядерный реактор, он же ITER. В реакторе будут происходить процессы, как бы противоположные обычным атомным реакторам: последние используют энергию, выделяющуюся при распаде ядра. А в ITER планируют сталкивать ядра элементов – например, дейтерия и трития – в результате чего получается один, более тяжелый элемент. И при этом высвобождается большее количество энергии, чем при радиоактивном распаде.

Реактор строят на юге Франции много лет, проект с 5 миллиардов подорожал до 19, а сроки реализации сдвинулись с 2016 года на 2025 год, получить же реальную энергию в системе планируется к 2040 году. Так что ждать быстрых результатов не приходится.

Текст: Вера Павлова

Источник