Исчерпание запасов топлива грозит коллапсом человеческой цивилизации. Ученые говорят, что нефть закончится уже через 40 лет, газ — через 60 лет, угля хватит немного подольше. Без энергии мир погрузится во мрак. На что рассчитывать людям?
«Вот балерина — крутится. Крутится, крутится, аж в глазах рябит. Прицепить ее к динамо — пусть ток дает в недоразвитые районы», — рассуждал всенародно любимый сатирик Михаил Жванецкий.
Юмор юмором, а американская компания Cycle Atom запустила в производство велогенератор. При кручении педалей он заряжает аккумулятор. Может быть в будущем воплотится в жизнь антиутопия из культового сериала «Черное зеркало», где люди за бонусы вырабатывали электроэнергию на велотренажерах.
Природные стихии
Есть более перспективные источники энергии, нежели мускулы человека — это природные стихии. Использовать их люди научились еще до угля, нефти и газа. В индустриальную эпоху ветер и вода перестали справляться с запросами цивилизации и люди перешли на ископаемое топливо. О стихиях вспомнили во второй половине XX века, когда заговорили о загрязнении окружающей среды.
Природные стихии в науке получили название возобновляемых источников энергии (ВИЭ). К ним относится:
Вода. Самый распространенный способ получения энергии из нее — гидроэлектростанции. На реках строят плотины с турбинами. Их достоинства — высокая мощность и стабильная работа. Недостаток — водохранилища затапливают большие территории, страдает речная фауна.
Сила морских волн. Волновые электростанции — это специальные модули, качающиеся на воде и приводящие в действие специальные поршни. Их достоинство в безопасности для природы. Недостаток — во время штиля выработка энергии резко падает.
По данным аналитической компании Enerdata, в Норвегии около 97% электроэнергии добывается из альтернативных источников с учетом гидроэнергетики, около 80% — в Новой Зеландии и Бразилии. В Европе 30-40% энергии ВИЭ вырабатывается в Германии, Италии, Испании и Великобритании. В России этот показатель составляет всего 17,2%, из них доля солнечных и ветряных станций — менее 1%.Ветер. Ветроэлектростанции, лопасти которых крутят генераторы. Достоинство — источник чистой и дешевой энергии. Недостаток — зависит от капризов погоды, поэтому используются только как дополнительный источник.
Солнце. Солнечные станции состоят из фотобатарей, преобразующих излучение светила в электроэнергию. Достоинство — доступность и легкость установки. Недостаток — зависимость от места расположения, времени суток и сезона. Служат как дополнительный источник.
Недра Земли
Главная проблема природных стихий, как источника энергии — их нестабильность. Единственный способ ее решить заключается в разработке сверхмощных систем накопления энергии. Супербатареи могли бы накапливать энергию во время работы таких станций и отдавать ее во время их простоя.
Этого изъяна лишены источники энергии из недр Земли. Геотермальная энергия. Ее добывают в местах с высокой вулканической активностью — с горячими подземными водами или сверхразогретыми породами неглубокого залегания. В последнем случае бурятся скважины. В них закачивается вода, которая потом уже в виде пара крутит генераторы.
Достоинство — стабильный и недорогой источник тепла. Недостаток — ограниченное количество мест с нужными геологическими условиями и их труднодоступность.
Петротермальная энергия (от слова «петрум» — камень). Она добывается из сухих пород на глубинах от трех до десяти километров, где температура может достигать 350 градусов. Принцип работы прост: бурятся две скважины, по одной подается холодная вода, по другой извлекается горячая или пар. Да иногда даже и бурить не надо. В России тысячи заброшенных нефтяных и газовых скважин.
Достоинство — неисчерпаемый источник энергии. Недостаток — очень сложная и дорогая технология.
Главный элемент Вселенной
Колоссальным источником энергии должен стать самый распространенный химический элемент во Вселенной — водород. Это без всяких преувеличений бездонная кладезь.
Водород — идеальное топливо будущего. Может использоваться в производстве, аккумулировании, хранении и транспортировке энергии. Запасы — бесконечны. Обладает высокой температурой сгорания. Экологически чист. При сгорании образует воду.
Недостатки — существующие технологии выделения водорода очень дороги, что делает нерентабельным его использование в энергетике. Не решена пока проблема безопасного хранения и транспортировки — он очень взрывоопасен.
Управляемый термоядерный синтез — «чаша святого Грааля» энергетики. По сути, прирученное Солнце. Здесь действует тот же процесс, что и внутри нашего светила. Ядра атомов водорода сливаются, выделяя колоссальное количество энергии. При этом образуется нейтральный газ гелий. Вечный, дешевый и безопасный источник. После появления перевернет всю мировую экономику, обрушив цены на топливо.
Недостаток — ряд нерешенных научных проблем. Такую энергию планируется производить в термоядерных реакторах. Ядерный синтез возможен только в плазме — разогретом до миллионов градусов газе. Плазма — нестабильна. Управлять реакцией можно с помощью сверхмощных магнитных полей — с этим пока серьезные трудности.
Биогенераторы
Несколько десятилетий человечество носилось с идеей биотоплива — топлива получаемого из растительного или животного сырья. Некоторое время назад пришло понимание, что нерационально переводить на горючее ценные сельскохозяйственные продукты, когда миллионы людей до сих пор еще умирают от голода. Кроме того, эти технологии сильно нагружает природу — они небезопасны.
Энергия из биоорганизмов. «Перспективный источник энергии — это не Солнце, ветер и все остальное, а биологические системы. Да, они капризные, мы еще плохо умеем ими управлять и, наверное, не скоро научимся. Но все, кто интересуется наукой, видят, что в этом направлении делаются огромные шаги», — считает доктор химических наук, глава Центра «Технологии новых и мобильных источников энергии» при Институте проблем химической физики РАН Юрий Добровольский.
По его словам, через 50 лет вся энергия будет вырабатываться из биорганизмов. «Уже существуют микробные топливные элементы, которые пожирают отходы в окружающей среде и за счет этого генерируют энергию. Есть бактерии, которые выделяют водород при своей жизнедеятельности, и это чистая энергия», — пояснил ученый.
Пока нет информации о недостатках этой технологии и насколько она надежна. Самым верным средством для выработки энергии из всех организмов пока остается человек, крутящий педали, или та балерина из юморески Жванецкого.
