Будущее евразийской энергетики: взгляд из Беларуси

«Евразия.Эксперт» продолжает публикацию серии материалов, посвященных развитию технологий. В прошлой статье цикла была раскрыта тема наиболее популярных альтернативных источников энергии. В данном материале кандидат исторических наук Павел Потапейко рассматривает самые экстравагантные, но при этом, вполне возможно, самые перспективные из современных направлений развития энергетики. Ключевые тренды В последние годы Европа и Америка разрываются между вариантами развития и интересами различных групп. Что выбрать? Несмотря на попытки Еврокомиссии дирижировать процессом, страны-члены расходятся во мнениях. Тем не менее общий тренд – постепенный рост доли возобновляемых источников. Лидеры здесь являются скандинавы. С 2004 по 2016 гг. не входящие в ЕС Исландия и Норвегия увеличили долю возобновляемой энергетики с 58-59% до 73% (Исландия) и 69% (Норвегия). Все благодаря гейзерам, лесным и прочим ресурсам. Шведы в Старом Свете на третьем месте, а в ЕС на первом – они показали рост с 39% до 53%. Страна поставила цель к 2045 г. полностью отказаться от угля. Чуть уступают финны – было 29%, стало 39%. Дальше – балканский сюрприз: Черногория сделала скачок с 0 до 42% за 12 лет, а Албания может потягаться со скандинавами: возобновляемые источники давали 28% ее энергетики в 2004 г. и 37% в 2016 г. В том же духе действуют Латвия с Эстонией. Если первая уже в год вступления в ЕС обеспечивала 33% своих потребностей за счет возобновляемых ресурсов, а в 2016 г. – 37%, то вторая рванула с 18% до 29%. В тренде и Дания, замыкая «северный концерт» энергетиков-альтернативщиков: 15% и 32% соответственно. Чуть отстает Литва: 17% и 26%, продолжает зависеть от углеводородов и при этом отказалась от атома. Развивает возобновляемую энергетику и Австрия – с 22 до 33%. За ней – Португалия и Хорватия, использующие море, солнце и ветер: рост до 28%. Затем снова Балканы: у Румынии и Словении рост с 16% до 22-25%, у Болгарии с не входящей в ЕС Македонией – с 10-15 до 18%. Все они превышают «среднюю температуру» по Европе – 17% (в 2004 г. – 8%). Ближе всего к ней Италия и Испания, у Франции – 16%. Показательно, что в 2004 г. у этих тяжеловесов доля возобновляемой энергии была менее 10% (6-9%). Солнечная электростанция Gemasolar в Испании. Источник: rferl.org Германия, Чехия и примкнувшая к ним Греция тоже стремятся войти в тренд: у них рост с 5-6% до 15%. Дальше – страны, рассчитывающие на уголь, атом и импорт углеводородов: Польша, Словакия и Венгрия. Там наблюдается небольшой рост с 4-7% до 11-14%. Наибольшими консерваторами остаются островитяне и Бенилюкс. В Британии, Ирландии и на Кипре всего 10%, в 2004 г. было 1-3%. Бельгия показала рост с 2% до 9%, а Нидерланды с Люксембургом, несмотря на ветряки – лишь до 6%. У Мальты было 0, стало 6%. В Европе опасаются, что отказ от традиционных источников энергии обернется потерей рабочих мест. Помнят, сколько головной боли Маргарет Тэтчер доставили шахтеры, протестовавшие против закрытия шахт. Знакома проблема Бельгии, Франции, Испании… И все же энтузиасты подчеркивают: именно европейские компании придумали более четверти инноваций в сфере возобновляемой энергии. Одни моря и океаны вокруг могут покрыть 10% потребностей ЕС. В феврале 2018 г. в интервью каналу Euronews министр энергетики Швеции Ибрагим Байлан делал упор на рост конкурентоспособности благодаря новой энергетике, говорил о планах строительства прибрежных ветряков. Главной причиной осторожности он назвал консерватизм избирателей и заявил, что переход к новой энергетике создал в Швеции 10 тыс. новых рабочих мест, причем в регионах. Он сравнил консерватизм в этом вопросе с недооценкой айфона некоторыми производителями телефонов, потерявшими в итоге рынок. Лобби против Гипотетическая победа возобновляемых источников, как и укрепление атомной энергетики, приведут к переделу рынка. «Не у дел» могут остаться титаны международного бизнеса и даже целые страны. Например, Кувейт или Бруней лишились бы основного национального дохода. А ведь султан Брунея много лет был богатейшим человеком на планете, пока не уступил позиции новым лицам вроде Билла Гейтса. Нефтегазовые корпорации используют целый ряд способов сдерживания новой энергетики – от тайной скупки патентов до организации пиар-кампаний против атомных станций. Этот сектор экономики обладает колоссальным влиянием. Достаточно вспомнить действия стран-членов ОПЕК в 70-е, вызвавшие мировой кризис, но имевшие политическую подоплеку. Известна связь администрации США с нефтяным бизнесом. В своих книгах (например, «Нефтяной век: мифология, история и будущее самого неоднозначного мирового ресурса») вице-президент итальянского нефтегазового концерна «Эни» Леонардо Мауджери (1964-2017 гг.) возражал многим экспертам: нефти на планете еще очень много, идет «новый нефтяной век, а вовсе не конец той нефти, которую мы знаем». Мауджери доказывал, что паника по поводу истощения ресурсов – явление не новое. Еще в 1919 г. геологическая служба США предсказывала, что нефть в стране закончится через 10 лет. Его вывод – то, что известно о скрытых в недрах ресурсах, скорее дает основания для оптимизма. Еще не разработан метод установления их истинных размеров. Идет добыча лишь примерно 35% предполагаемых залежей нефти. По оценкам Международного энергетического агентства, возможные ее запасы составляют около 2,6 трлн баррелей. Сегодня мир потребляет около 30 млн баррелей нефти в год. Это означает, что ее запасов хватит до конца столетия. Мотор новой энергетики – Китай? Китай больше всех страдает от углеводородной зависимости. Экономика здесь растет стремительно, постоянно требуя все больше энергии. Миллионы китайцев ежегодно пересаживаются с велосипедов в собственные авто. Все большей проблемой становится экология. Иными словами – чем быстрее Китай развивается, тем дороже ему приходится платить за собственные успехи. Если в 2001 г. Китай был потребителем 9,8% мировой энергии (США – 24%), то к 2025 г. эта доля по прогнозам вырастет до 14%. Здесь готовы внедрять любые виды топлива и технологии производства электричества. Пекин активно развивает альтернативные источники энергии, намереваясь увеличить долю электроэнергии, получаемой от них, до 10% в общем потреблении к 2020 г. В 2005 г. был принят, а в 2006 г. вступил в силу закон о возобновляемой энергии, требующий от предприятий ее закупать и гарантирующий льготы производителям. В то время две трети энергии Китаю давал уголь. Он был крупнейшим его потребителем – 27% мирового объема. 7 из 10 самых грязных городов находились в КНР, две трети крупных городов не соответствовали стандартам воздуха ВОЗ. Из Китая исходили крупнейшие выбросы после США. Кислотные дожди были нередки. Всемирный банк оценивал прямой ущерб для экономики страны от всего этого в 8-12% ВВП. К проблеме добавлялась зависимость от нефти (Китай – второй в мире ее импортер), рост потребности в которой к 2025 г. должен был составить 130% – до 13 млн баррелей в день. Тогда Китай начал активно внедрять методы газификации угля и стимулировать возобновляемую энергетику. Поставлена цель к 2020 г. обеспечить ею 12% энергетических нужд экономики (в 2003 г. было 3%). Кроме того, Пекин хочет вырваться в лидеры новых технологий и здесь, даже самому стать экспортером энергии. Это привлекло внимание аналитиков, которые сходились на том, что это окажет серьезное влияние на мировую экономику. В Пекине же подчеркивали, что долго изучали опыт Европы, США и других в этом вопросе. Еще до принятия закона в исследования было вложено немало средств. В 2004 г. рост китайского рынка ветряной энергетики оценивался в 35%. В 2004 г. группа агро- и биотехнологических компаний Яшэнь (YaSheng) приобрела 80% американской фирмы Sustainable Systems LLC, производящей биотопливо. В стране создан крупнейший в мире завод по его производству, там работают европейские ученые. Источник: wp.com Тем не менее одновременно Китаю пришлось наращивать и закупки углеводородов. В 2002 г. был подписан договор с Индонезией о поставках 1 млн баррелей в день, в 2003 г. – контракт по австралийскому газу. Были переговоры с Ираном, Узбекистаном, Казахстаном, Венесуэлой, Эквадором, Габоном, вложено $15 млрд в добычу нефти в Судане (оттуда Китай импортирует 7%, а более 50% – с Ближнего Востока). Проблема оставалась актуальной. Уже к 2007 г. образовались крупные китайские компании в сфере возобновляемой энергетики. В море к югу от Шанхая частная Zhejiang Green Power Investment Co. построила крупнейшую в Азии ветряную электростанцию на 100 турбин. Позднее почти столь же мощная, но сухопутная, заработала во Внутренней Монголии, используя постоянные и сильные ветры степей. Ветряные станции появились и в других провинциях. Канадско-китайская Canadian Solar Inc. сосредоточилась на солнечных панелях и продает их по всему миру. China Biodiesel International из прибрежной провинции Фуцзянь стала первым в стране производителем биодизеля на основе отходов масла. China Sun Biochem производит этанол в г. Шэньян. Nordex AG – ветряные турбины. Suzlon вошел в десятку крупнейших корпораций в области энергетики ветра, с ним сотрудничает Индия. Suntech Power Holdings делает фотоэлектрические панели, 90% продукции идет на экспорт. Сейчас бум возобновляемой энергетики в Китае продолжается, и ему только поспособствовал выход США из Парижского соглашения по климату. В 2017 г. Пекин вложил в проекты в этой области $44 млрд, тогда как годом ранее – $32, а также закрыл немало заводов за несоответствие экологическим нормам. К 2018 г. он стал в ней общепризнанным глобальным лидером. Бразилия: королева этанола В силу обилия сахарного тростника, Бразилия решила специализироваться на биотопливе. Сегодня она крупнейший экспортер производимого из него этанола. Правительство облагает высоким налогом бензин, а любая заправка предлагает выбор. Источник: academic.ru Корни этого уходят в 70-е гг., когда хунта во главе с генералом Эмилиу Гаррастазу Медиси (президент в 1969-1974 гг.) отреагировал на нефтяной кризис 1973 г. программой внедрения горючего на спирту Programa Nacional do Álcool. Ее воплотил в 1975 г. его преемник генерал Эрнесту Гейзел (на посту 1974-1979 гг.), возглавлявший до этого нефтяную корпорацию «Петробраз». Сутью программы, финансировавшейся государством, было добиться перехода автопарка с углеводородов на этанол и спирт. В бензин добавляли спирт (¼). Количество ездящих на бензине упало на 10 млн, снизив зависимость от нефти. Перешли к этанолу из сахарного тростника (пробовали также маниоку). При уборке урожая 35% сахарозы остается в листьях на поле, и еще 35% – в фибре, попадающей в отходы при переработке для получения сахара. Из них берут энергию для самого производства этанола, что снижает его себестоимость и позволяет заводам продавать часть энергии. Кроме того, сжигание отходов тростника экологически менее вредно, чем нефть или уголь. Вредные выбросы составляют лишь 2,5%, а у угля – 30-50%, к тому же в них не содержится сера. Температура горения также менее высока, поэтому вырабатывается мало оксидов азота. Эти отходы используются как горючее на ряде производств. Один только штат Сан-Паулу потребляет 2 млн. т. в год, экономя на импорте нефтепродуктов до $35 млн (хотя Бразилия нефтяная страна, часть нефти она импортирует). В 2005 г. сахарный тростник дал работу 1 миллиону бразильцев – половина связана с его культивацией и уборкой, а остальные – с изготовлением сахара, этанола и др. (например, напитков). В тот год страна получила 24 млн т сахара (30% на экспорт), 14 млн т этанола (за рубеж ушло 2,5%) и 1350 МВт электроэнергии, из которой 1200 использовано на нужды самих производителей, а еще 150 МВт продано другим предприятиям. В 80-е автомобили на чистом этаноле составляли до 90% продаж в Бразилии, хотя первые модели имели недостаток, пусть и не бразильский: плохо заводились в холодное утро. Затем стало расти производство авто, ездящих на обоих видах горючего – до 80% бразильского автопрома в 2005 г. Двигатель может работать на смеси в любой пропорции. Есть и еще один нюанс: на смеси этанола с бензином можно ехать дольше, чем на одном этаноле. Корпорация Embraer и небольшая фирма Aeroálcool разрабатывают и небольшие самолеты на этаноле для фермеров. Для экологии рост доли этанола оказался благотворен – атмосфера в городах в конце 70-х-начале 90-х стала заметно чище. Однако частичный возврат к бензину снова ухудшил картину в крупных мегаполисах. Тем не менее экологи свидетельствуют, что этаноловая программа сокращает транспортные выхлопы в Бразилии на 9 млн т в год. Вместе с тем расширение плантаций тростника принесло новые проблемы. Перед уборкой его поджигают, чтобы убрать листву и отпугнуть змей, и теперь небеса на все большей территории заполняет дым, а ветер несет его в города, где экология и так не идеальна. В 2000-е гг. стали принимать меры – принят закон, запрещающий поджигать поля, людей на уборке урожая заменяют техникой, пошла модернизация в целом. Расширение плантаций имеет и социальные последствия: расширяется категория сельскохозяйственных работников, привязанных к этой деятельности и большую часть года сидящих без работы. В бразильской деревне нарастает недовольство, доходит до столкновений, чуть ли не восстаний, как в старину. Еще важнее вытеснение других аграрных культур, ведущее к проблемам с продовольствием. Тем не менее эксперты уверяют: тревоги преувеличены – плантации сахарного тростника составляют менее 1% территории, а огромные земли остаются неиспользованными. Бразилия уже производит треть мирового биоэтанола, уступая лишь США. При этом те в 2005 г., например, произведя почти 4 млрд галлонов, все равно купили у Бразилии еще 109 млн. Считается, что бразильский этанол лучше американского кукурузного. США ввели торговые ограничения, опасаясь, что он подорвет американское производство – в частности, тариф в 54 цента за галлон. Бразильские этаноловые компании посещали боссы «Гугл» Сергей Брин и Ларри Пейдж, знакомясь с их опытом. Президент Лула да Силва (2003-2011 гг.) стремился побудить и другие страны перейти на этанол. Бразилия готова помочь развивающимся странам наладить и свое производство. Особенно растут продажи в Индию и Южную Корею. Покупает его даже нефтяная Венесуэла. В 2005 г. «Петробраз» заключил контракт с японской компанией Nippon Alcohol Hanbai о создании совместного предприятия Brazil-Japan Ethanol для производства и экспорта этанола. Закупает его и Швеция. С учетом мер в ЕС и по всему миру по повышению уровня биотоплива Бразилия рассчитывает как минимум удвоить объем производства. Ее приводят в пример другим странам на конференциях по климату. Она намерена диверсифицировать производство, расширяя выпуск биодизеля с применением сои, пальмового и касторового масла. Однако экологи бьют тревогу: все это грозит новыми вырубками лесов, а ведь те намного эффективнее боролись бы с парниковыми газами, чем самое лучшее биотопливо. Именно из-за соевых полей снова усилилась вырубка, сократившаяся в 90-е. Бразильская соя идет на экспорт в ЕС и США. Развернутая при президенте Луле программа биодизеля из сои негативно сказалась на лесах Амазонки и жизни индейских племен. Реже говорят о том, что еще больший ущерб понес Серраду – уникальная экосистема типа саванны на восток от Амазонии. Этот бизнес не особо затрагивают колебания цен на нефть. Бразильские компании инвестируют в него порядка $10 млрд в год. Рентабельность высока: так, с 2000 по 2005 гг. экспорт бразильского этанола вырос больше чем в 10 раз. Несмотря на такое активное развитие применения этанола, нефть все равно используется в Бразилии намного больше: в 2005 г. – 2 млн баррелей нефти и лишь 280 тыс. баррелей этанола в день. Южноафриканский опыт Самая передовая страна Африки тоже развивает возобновляемую энергетику – еще со времен апартеида, когда на нее были наложены санкции. Несмотря на перемены, для ЮАР энергетическая безопасность остается приоритетом, а гарантией этого она считает самообеспеченность и диверсификацию, что как раз и могут обеспечить возобновляемые источники. Страна обильна ресурсами, важными для энергетики: уголь, газ, уран. Велики запасы биомассы в силу обширного аграрного сектора. Можно широко использовать солнечную энергию, ветер и гидроресурсы. При этом высока потребность в электричестве: 25% ВВП дает промышленность, еще 10% – шахты. Они потребляют более 40% электроэнергии. ЮАР, где 80% электроэнергии дает уголь, а возобновляемые источники – лишь 7%, развивает биотопливо. Сырья для него много – кукуруза, сахарный тростник, сорго, кассава, подсолнечное масло, соя, водоросли, есть и другие варианты. Как и в Бразилии, существуют опасения, что это сократит производство продуктов питания: имеется не так много плодородных земель. Зато ожидается появление новых рабочих мест. Уже принята Стратегия по биотопливу, цель которой – добиться 20% электричества от возобновляемых источников к 2020 г. Фирмы в ЮАР продают лампы и кухонные плитки на этаноловом геле (смеси с жиром и водой). Плита на 2 конфорки – $25, лампа – $8. Парафиновые плиты дешевле в три раза, но этаноловые служат в 10 раз дольше. К тому же цена на этанол почти не колеблется, в отличие от связанных с нефтью видов топлива. Меньше риск пожара, нет проблем у астматиков, плохого запаха, токсинов и т.д. В 2010-е гг. внедрение возобновляемой энергетики было приторможено. Президент Джейкоб Зума (на посту 2009-2018 гг.) предпочитал атом. В апреле 2018 г. сменивший его Сирил Рамафоза подписал пакет долго откладывавшихся соглашений на $4,7 млрд по 27 проектам, связанным с энергией солнца и ветра. Это вызвало протесты в угледобывающих районах, где опасаются потери рабочих мест. Водородная энергетика Умы специалистов все больше занимает «водородная энергетика». Водород, самый распространенный элемент во вселенной, можно использовать как топливо для получения электричества. Он имеет высокие характеристики, а топливные элементы не дают вредных выбросов – лишь водяной пар. Уже ходят пассажирские автобусы на водородных топливных элементах. NASA заправляет им «Шаттлы». В 80-е в СССР были планы перевести на него «Аэрофлот», были тесты и у «Боинга». Водород можно получать из биомассы термохимическим, биохимическим и иными способами. Проблема в том, что нужны новые двигатели, новые автомобили, автосервисы, заправки. Водород можно применять в роторно-поршневых двигателях, которые встречаются у автомобилей «Мазда». Однако, по прикидкам концернов, речь о промышленной эксплуатации водородных автомобилей может зайти не раньше, чем в 2020-2030 гг. К тому времени в ЕС думают начать строительство сети водородных заправок. И все же, уже сейчас выпускаются двухтопливные (на бензине с жидким водородом) BMW Hydrogen-7 и Mazda RX-8, электро-водородный гибридный Audi A7 h-tron Quattro, автобусы Ford E-450 и MAN Lion City Bus. Кроме «Ауди», «Форда», «Мазды» и «БМВ», автомобилями на водородном топливе занимаются «Тойота», «Хонда», «Хендай», «Ниссан», «Даймлер» и др. Источник: bmwcase.com «Хонда» собирается подключать авто на водородных топливных ячейках к электросетям зданий – причем они будут не брать энергию, а давать. Такая машина может питать дом целую неделю или ехать 480 км без дозаправки. В 2016 г. в Германии компания Alstom представила первый водородный поезд Coradia iLint, который в декабре 2017 г. начал ходить по маршруту в Нижней Саксонии. В перспективе он должен заменить 4 тысячи дизельных поездов. Интерес к проекту выразили Нидерланды, Дания и Норвегия. Внедрение сдерживает цена и нехватка инфраструктуры. Хотя, в Калифорнии планируют построить 70 водородных заправок, в Южной Корее – 43, а в Германии – 100. Есть и компромиссное решение – гибридные двигатели на водороде и традиционном горючем. Гибридный двигатель Основной недостаток двигателя внутреннего сгорания наряду с низкой экологичностью – отсутствие экономичности, а именно невозможность сохранения и повторного использования энергии, например, при торможении. Гибридность – когда в автомобиле есть и двигатель внутреннего сгорания, и электромотор – решает эту проблему, а заодно бережет топливо и чистоту воздуха. Суть такова: обычный бензиновый двигатель приводит в действие электрогенератор, который в свою очередь управляет электромоторами. Прилагается аккумулятор, запасающий энергию при торможении, что уменьшает расход топлива. При необходимости увеличения мощности включаются одновременно и топливный, и электродвигатель. В городе, на малых скоростях, используется только электромотор. Гибридный двигатель ставят на авто уже лет двадцать. Лидер в их производстве – «Тойота», выпускающая «Приус» и внедорожники «Лексус RX 400h» и «GS 450h». «Форд» и «Хонда» также делают гибридные версии своих автомобилей. Есть гибридные версии «Пежо 307» и «Ситроен С4». Источник: electro-machines.ru В декабре 2017 г. группа «Пежо – Ситроен» представила концептуальный гибрид для поездок по городу. Это трицикл длиной 2,4 м и шириной 0,85 м, с гибридной силовой установкой из бензинового мотора от скутера Peugeot и двух электромоторов, интегрированных в колеса. На скорости до 70 км/ч машина идет только на электротяге. Затем включается ДВС – до 130 км/ч. Авто создано в рамках европейского консорциума Efficient Urban Light Vehicle (EU-LIVE), занимающегося перспективными разработками в области легких электрических транспортных средств, и программы Horizon 2020 GV5, направленной на создание «зеленых» авто для мегаполисов. Еврокомиссией на программу выделен грант в размере €6,7 млн. Струйные газотурбинные двигатели В настоящее время идет активный поиск и других энергетических технологий. Например, российские ученые предложили применение эжекторного соплового аппарата газотурбинного двигателя для преобразования тепловой энергии газа в кинетическую. В отличие от ветровых, солнечных и геотермальных источников, работа струйных газотурбинных двигателей не зависит ни от времени суток, ни от погоды, а вот мощность будет повыше. При этом органическое топливо в них не используется, и работать они могут в любых условиях – хоть под водой, хоть в космосе. Производство не требует особо новых технологий и потому возможно чуть ли не на обычном машиностроительном заводе, хотя для производства более сложных двигателей такого типа все же нужен соответствующий научно-технический потенциал. Новые технологии Существует квантовая технология производства энергии. Она дает, по мнению сторонников, выход на новое поколение энергетики – квантовые двигатели, реакторы, теплогенераторы. И на новый уровень циклов преобразования энергии – например, тепловой энергии в электрическую или полного сжигания отходов. Компания «Цинк Матрикс Пауэр» вывела на рынок свою новую энергетическую разработку – перезаряжаемые серебряно-цинковые аккумуляторы. Доказывается, что они смогут вытеснить традиционные литиево-ионные аккумуляторы в силу достоинств: безопасности (не взрывоопасны), энергоемкости и достаточно несложной схемы работы. Еще направление – беспроводная зарядка. Компании Witricity и Qualcomm разрабатывают электрические «хабы», которые питали бы технику на дому. Первая создала Prodigy – систему, работающую на том, что определенные частоты электромагнитных волн облегчают передачу энергии, и два объекта, резонируя на этой частоте, обмениваются электроэнергией даже на расстоянии. Исследователи продолжают искать, что еще превратить в энергию. Нанотехнологи из Центрального университета Флориды (г. Орландо) разработали метод покрытия медных проводов оболочкой из сплава нановискеров (нитевидных нанокристаллов), играющих роль одного из двух проводников, необходимых для суперконденсатора. Добавили еще слой нановискеров, перекрыли тонким пограничным слоем пластика. В результате медный провод не только проводит электричество, но и накапливает энергию. Это может пригодиться при производстве электромобилей, космических аппаратов и электроники, включая смартфоны и прочие гаджеты. Исследователи говорят, что метод подойдет и для производства тканевых волокон для одежды, способной генерировать и хранить электричество. Проблема заключается в том, как заменять такие провода-накопители, вышедшие из строя. Источник: rerive.com Появляются варианты использования энергии человеческого тела (или животных). Ученые хотят создать батареи, которые бы накапливали энергию, выделяемую активностью тел. Их можно было бы использовать для зарядки ноутбуков, мобильных телефонов и других электроприборов. Один бразильский разработчик создал МР3-плеер, напоминающий кольцо на пальце. Энергия для его работы поступает от ударов сердца. Скоро телефон будет заряжаться, лежа в кармане или находясь в руках. Можно использовать движение песка. Например, уже получают энергию для светодиодной лампы от старинных песочных часов. Британцы Мартин Риддифорд и Джим Ривз разработали метод заряжать лампу электричеством за счет земного притяжения. Лампа с присоединенным к ней грузом – например, кожаным мешком с камнями или песком – подвешивается к потолку. Тяжесть груза вытягивает вниз перфорированную ленту, которая приводит в движение микрогенератор, вырабатывающий электроэнергию, необходимую для зажжения лампы. Горит она до получаса. В той же Британии предложили машину для сбора мусора, которая ездит на батарее, питаемой самим же мусором. Перерабатываясь, он дает экологически чистую энергию для работы этой машины. В сутки она собирает 25 тонн мусора, который сортируется на специальной станции, а затем используется для производства энергии и зарядки батареи. Ту же энергию можно задействовать для уличного освещения. Американская фирма OWI Robotics разработала игрушечный «грузовик-монстр», вырабатывающий электричество за счет небольшой дозы раствора соли с водой. Для одного французского рекламного агентства зажгли лампы уличного рекламного щита электричеством из апельсинов. Есть и другие проекты производства топлива из фруктов. Но самым оригинальным можно назвать метод изготовления биодизеля из крокодилового масла, предложенный учеными из Луизианы. Они уверяют, что оно лучше растительного, экологически чистое и эффективно работает в смеси с обычным топливом. Сколько нужно убить крокодилов, не разглашается… Ученые хотят использовать в энергетических целях и фотосинтез. В июле нынешнего года появились сообщения, что разработаны фотоэлементы из бактерий. Они дешевы, нетоксичны и работают даже в пасмурный день. Бактерии выделяют вещество, при помощи которого впитывают солнечную энергию. Это пытаются использовать в биогенных батареях. Однако пока процесс слишком сложный и дорогой, да и чаще все-таки не без токсинов. Викрамадитья Ядав из Университета Британской Колумбии (Канада) хочет достичь более экономичного производства энергии на основе генной модификации микроорганизма E.coli, в результате которой он вырабатывает ликопин. Когда этих бактерий становится достаточно много, их покрывают наночастицами оксида титана и помещают на стекло. Идет ток плотностью 0,6 миллиампер на кв. см. Ядав уверяет, что их эффективность и способность работать в пасмурную погоду открывает новые возможности для регионов, где мало солнца. В Калифорнийском университете Келси Сакимото добивается, чтобы бактерии выращивали крошечные полупроводниковые нанокристаллы и покрывались ими. Используются неорганические полупроводники (напр. сульфид кадмия), которые поглощают солнечный свет и передают энергию бактериям, а те производят химикаты из двуокиси углерода и воды. Бактерия Moorella thermoacetica производит из двуокиси углерода уксусную кислоту, что может использоваться для топлива, полимеров, фармацевтики. Бактерия кишечной палочки оказалась способной вырабатывать пропан. И хотя проекты искусственного фотосинтеза пока не окупаются, ученые заявляют: эффективность таких бактерий в 4 раза выше обычных солнечных панелей, они самовоспроизводятся и самовосстанавливаются, вредных отходов нет. Есть еще немало экзотических проектов – солнечные панели, работающие в дождь, или микробы, вырабатывающие электричество из обоев или даже сточных вод. Идут опыты с бактериями, приводящими в действие крошечные ветрогенераторы. Источник: rtr-vesti.ru В 2017 г. Маедех Мохаммадифар и Сокхын Чхве из Университета Бингемтона создали топливный элемент из микробов и бумаги, работающий от капли слюны. Когда слюна попадает на бумагу с находящимися на ней в неактивном, высушенном состоянии микробами, они «просыпаются» и несколько минут вырабатывают ток. Закрепив на листе бумаги 16 микробных топливных элементов, исследователи получили мощность в несколько мкВт на квадратный сантиметр. И они собираются ее увеличить. Технология может быть задействована в любых условиях и не загрязняет среду. Разработчики считают, что она пригодится для обеспечения энергией медицинских приборов в случае проблем с электроснабжением. Дэвид Кейт, основатель компании Carbon Engineering и профессор Гарварда, заявляет, что уже технически возможно и рентабельно производить топливо из углекислого газа – всего по доллару за литр. При сжигании выбрасывается столько же газа, сколько было затрачено на получение горючего, т.е. процент СО2 в атмосфере не меняется. Опытная установка с 2015 г. питается от ГЭС, но можно задействовать и солнце. Пока она перерабатывает лишь тонну газа в сутки, но к 2021 г. в планах фирмы запустить небольшое производство на 200 баррелей в сутки и постепенно увеличить объем в 10 раз. Илон Маск еще в 2015 г. заявлял о намерении наладить снабжение зданий «зеленой» энергией. Он открыл производство литиево-ионных батарей Powerwall, заряжающихся от солнечных фотоэлементов. Австралия обратилась к нему с просьбой помочь создать крупнейшую в мире систему батарей для сбора энергии из экологически чистых источников. Уже осенью 2016 г. Tesla представила свой вариант. Система аккумуляторов дала крупному угольному предприятию энергии на 100 мВт всего за 140 мс, в то время как стандартным генераторам требуется для запуска 10-15 мин. Маск и власти штата Южная Австралия решили установить батареи Powerwall на тысяче домов. Они будут генерировать энергию для бытовых нужд и частично возвращать ее в электросети штата. За 4 года планируется обустроить 50 тыс. домов солнечными панелями в 5 кВт, которые будут подключены к этим батареям, причем бесплатно. И хотя жильцам все же придется платить за электричество, они будут экономить на нем до 30%. Будет гарантирована бесперебойность: в случае сбоя энергия пойдет из резервных запасов. Уже идет тестирование. Источник: electrek.co В 2017 г. Стэнфордский университет объявил о разработке солнечных панелей с фотовольтаическим эффектом из перовскита (редкого на Земле титаната кальция). Правда, при воздействии тепла и влаги, любом механическом напряжении его свойства заметно ухудшаются, а то и улетучиваются. Поэтому важна защита от воздействия среды. Разработчики подчеркивают: это самый хрупкий материал, с которым они работали – в силу кристаллической структуры. Ученых вдохновила структура глаз насекомых, сегменты которых – омматидии – плотно прилегают друг к другу, защищая себя и соседей «стенками сот». Авторы создали схожие соты из элементов перовскита, каждая – в микроскопической шестиугольной капсуле из эпоксидной смолы. Они отмечают, что добились от каждой ячейки такой же эффективности получения энергии, как и от плоской солнечной батареи. Перовскитные панели прошли тесты при 85-градусной жаре и влажности воздуха в 85%, и показали высокий уровень генерирования энергии. В университете Центральной Флориды в том же году представили технологию получения водорода из морской воды при помощи солнца. Нанотехнолог Ян Ян нашел способ удешевить процесс разделения воды на кислород и водород. Он создал гибридный материал на основе диоксида титана – сверхтонкая пленка с крошечными порами, покрытыми слоем дисульфида молибдена толщиной в 1 атом. Плотность покрытия нанопор можно регулировать, и материал способен поглощать лучи от ультрафиолетовых до инфракрасных. По утверждению авторов, это выгоднее, чем обычные солнечные батареи. Водородное топливо легко хранить и транспортировать, фотокатализатор для производства создается просто, быстро и без лишних затрат. Теперь идет работа над коммерциализацией проекта и повышением эффективности материала. Один из трендов научного поиска в энергетике – осмотическая энергия из пресной и соленой воды. Осмотическая энергетика основывается на их взаимодействии через сверхтонкую мембрану. Ионы соли будут перемещаться через нее, пока не сравняется их концентрация в обеих жидкостях, входящих в состояние осмоса. Так как ионы соли содержат электрический заряд, можно получить электроэнергию и передать ее в энергосети. Разработанная исследователями Федеральной политехнической школы в Лозанне (Швейцария), данная технология способна производить немало энергии благодаря мембране толщиной в 3 атома, при изготовлении которой использован дисульфид молибдена. Этот нанопористый материал позволяет положительно заряженным ионам беспрепятственно проходить через мембрану, но отталкивает отрицательно заряженные частицы. Руководитель группы Фэн Циндун отметил, что важно было определить правильный размер нанопор: через слишком большие смогут проходить отрицательные ионы, понижая напряжение на выходе, а через слишком малые будет проходить слишком мало ионов, и ток получится слабым. Расчеты показали, что мембрана в 1 кв. м., 30% поверхности которой покрыто нанопорами, производит 1 МВт. Этого достаточно для 50 тыс. энергосберегающих лампочек. Дисульфид молибдена легко найти в природе. Единственная проблема в расширении производства до промышленных масштабов. Авторы уверены: будучи зависимой лишь от наличия воды, осмотическая энергетика открывает большие перспективы. Китайские исследователи из университета Фудань (г. Шанхай) поставили вопрос так: а что, если энергию будет давать… ток крови в организме? Вдохновившись этой мыслью, Хуэйшень Пэн и его коллектив в том же 2017 г. сконструировали крошечный наногенератор из углеродных нанотрубок, создав невероятно тонкое волокно, генерирующее электроэнергию. Работает это так: углеродное нановолокно наматывается на полимерное ядро в полмикрометра. Если его соединить с электродами и поместить в солевой раствор или даже обычную проточную воду, то он начнет генерировать электричество, поскольку вокруг волокна возникает двойной электрический слой, а текущая жидкость искажает симметричное распределение заряда, создавая электричество вдоль оси. Устройство получило название FFNG (fiber-shaped fluidic nanogenerator, волокнообразный жидкостный наногенератор). По сравнению с другими типами подобных миниатюрных устройств FFNG на 20% эффективнее. Другие плюсы – эластичность, легкость, возможность регулировки длины (листы нановолокна можно теоретически намотать на любую ось). Технология может собирать энергию кровотока для медицинских целей – например, имплантированных устройств. Ее уже успешно протестировали на лягушках, но испытания не закончены. Нанотехнологии в энергетике – тренд последних лет. В том же богатом на креатив 2017 г. международная команда Техасского университета – ученые США, Китая и Южной Кореи – предложила крученые нити графеновых нанотрубок с высоким КПД. Они могут давать энергию для удаленных беспроводных устройств – сенсоров и передатчиков в труднодоступных местах. Похожие использовались для транзисторов, суперконденсаторов и искусственных мышечных волокон. Ученые сплели из нанотрубок очень тонкие и прочные нити, которые затем многократно скручивали в эластичную пряжу, получившую название твистрон (twistron). Чтобы превратить эти волокна в устройство для сбора электричества, их нужно погрузить в ионопроводящий электролит или покрыть им. Это может быть, например, морская вода. Они будут заряжаться самим электролитом, и никакой внешний источник питания не требуется. Вместе с тем это все-таки не вечный двигатель – нужно внешнее воздействие. Демонстрируя изобретение, авторы закрепили один конец на морском буе, а другой – на лежащем на дне грузе. Качаясь на волнах, буй заставляет нить растягиваться и скручиваться, выделяется энергия. На тестах эта «пряжа» весом меньше мухи при натяжении зажигала небольшой светодиод. Рубашка с этим материалом генерировала электросигнал, растягиваясь и сжимаясь от дыхания. Хотя этого и маловато для зарядки смартфона, но можно использовать как датчик частоты дыхания. Правда, пока технология слишком дорога. В марте 2018 г. российские ученые из Национального исследовательского технологического университета «МИСиС» во главе с Александром Громовым разработали способ получения водородного топлива из отходов алюминия. Они дороги, и поэтому их переработка выгодна. К тому же, при складировании алюминий окисляется и выделяет взрывоопасный водород, а переработка одной банки объемом 0,33 литра дает топливо для 20 метров автопробега с расходом 5 л на 100 км. Емкость российского и европейского рынка алюминиевой тары – более 40 тыс. т металла. По расчетам российских ученых, впустую пропадает до 130 ТДж энергии. В ряде стран (например, Швейцарии) на переплавку идет до 90%, но при этом высоки затраты на транспортировку, очистку и др., да и токсичные шлаки образуются. Разработчики предложили метод механической активации окисления алюминия путем измельчения и обработки реагентами, ведущих к разрушению появляющейся на нем при реакции с кислородом и водой оксидно-гидроксидной пленки. Они предложили и концепцию аппарата для получения водорода – аналог карбидному генератору ацетилена. Метод невзрывоопасен. Полученный водород может использоваться в портативных источниках питания, малых стационарных энергоустановках, а также самолетах и авто, включая беспилотники. Команда работает над экспериментальной установкой и тестирует технологию. Подводя итог, отметим: основная проблема многих продвинутых технологий в области энергетики – их высокая стоимость и недостаточная эффективность. Однако тренд ясен – преодолеть зависимость от углеводородов. Тут время не стоит на месте, и перед миром открывается множество дорог. Все это органично вписывается в набирающую обороты новую технологическую революцию, с ее искусственным интеллектом, внедрением роботов, включая беспилотный транспорт во всех стихиях, 3D и 4D-принтерами, «умным городом», многоэтажными посадками агрокультур и многим другим… Павел Потапейко, кандидат исторических наук