истории

Биотопливо, кислота и сила космоса Какие альтернативные источники энергии уже существуют

Источник: Meduza

В начале декабря 2015 года успешно прошли первые испытания немецкого реактора Wendelstein 7-X, который способен обеспечивать энергией города благодаря термоядерному синтезу, без применения нефти. В Европе и Америке уже много лет ведутся активные работы по изобретению альтернативных источников энергии. По просьбе «Медузы» Владислав Воронин узнал, чего уже удалось добиться.

Биотопливо вместо нефти

В Швеции мечтают о том, что когда-нибудь нефть и бензин будут больше не нужны: в октябре на базе технического университета Лулео произвели первую партию нового топлива из порубочных остатков. Процесс делится на два этапа. Первый — термическое разложение остатков древесины (пиролиз) и резкое охлаждение полученного продукта. В результате образуется основа биотоплива, которую можно преобразовать в полноценное транспортное топливо при газификации и добавлении специальной черной густой массы — побочного продукта целлюлозно-бумажного производства.

Как уверяют изобретатели, топлива из одного бензовоза, заправленного биотопливом, автомобилю хватит, чтобы 10 раз проехать вокруг Земли.

Энергия от воды с солью

В ноябре 2009 года в норвежской коммуне Хурум заработала первая в мире осмотическая электростанция — установка, которая извлекает энергию при смешивании пресной и соленой воды. Как это выглядит: в резервуар, разделенный на два отсека полупроницаемой мембраной, подается морская и пресная вода; молекулы пресной воды проходят через мембрану, чтобы выровнять концентрацию соли, и в отсеке с морской водой образуется избыточное давление; это давление используется для вращения гидротурбины — в итоге вырабатывается электроэнергия.

Звучит заманчиво, но эффективность станции оказалась ниже, чем планировалось. Энергии вырабатывалось мало, и компании Statkraft никак не удавалось отбить 20 миллионов евро, потраченные на строительство. Спустя 4 года проект заморозили. Сейчас Statkraft пытается понять, как можно увеличить производительность осмотических электростанций.

В сентябре 2015 года ответ неожиданно нашли в австралийском университете Гриффита. Доктор Фернанда Хелфер и профессор Шарль Лемкерт провели исследование и отметили, что осмотические электростанции надо строить на базе опреснительных установок — чтобы давление возникало при смешивании обычной морской воды и раствора, полученного после опреснения. Австралийцы полагают, что в таком случае энергии будет больше, а осмотические станции снизят зависимость от невозобновляемых источников энергии. 

Мощные солнечные батареи

Ученые Иллинойсского университета летом 2015 года изобрели способ увеличить мощность обычных солнечных батарей. Они предлагают не сразу поглощать солнечный свет, а сделать переходную зону, которая повысит интенсивность световых волн. Для этого перед батареей устанавливается специальная тарелка с мощными световыми излучателями (люминофорами), которые, захватив солнечный свет, повторно испускают его более длинными волнами благодаря Стоксову сдвигу. По плану исследователей, это позволит в 30 раз увеличить количество захваченных фотонов — следовательно, существенно увеличится эффективность солнечных батарей.

Термоядерный синтез

Какие хитрости бы ни придумывали ученые, главной надеждой энергетики в ближайшие годы будет термоядерный синтез. Центром исследований в этой области стал реактор Wendelstein 7-X в немецком городе Грайфсвальд, стоимость проекта составляет около 400 миллионов евро.

В начале декабря 2015 года успешно прошли первые испытания. Физикам удалось нагреть один миллиграмм газообразного гелия (получается при слиянии дейтерия и трития) до температуры в миллион градусов по Цельсию и удержать полученную плазму в равновесии в течение 0,1 секунды. И это только начало. Ученые планируют наращивать мощность излучения и повышать температуру плазмы до 100 миллионов градусов. В следующем году физики надеются удерживать водородную плазму в равновесии в течение десяти секунд. Конечная цель намного амбициознее и пока кажется невероятной: удерживать плазму в реакторе аж 30 минут.

Если все испытания пройдут успешно, стеллараторы перестанут казаться машинами будущего и станут привычными электростанциями, обеспечивающими полноценную жизнь городов.

Энергия ветра

В следующем году у берегов Шотландии начнут строить крупнейшую в мире плавучую ветряную электростанцию. Это будет сеть из пяти турбин общей мощностью 30 мегаватт — планируется, что этого хватит на 20 000 домов.

Энергия будет вырабатываться благодаря мощным ветрам, скорость которых на расстоянии 25 километров от берега Шотландии обычно составляет 10 метров в секунду. При этом при необходимости турбины можно будет отодвинуть и дальше, так как их основание не будет крепиться к морскому дну, а расположится на специальных платформах. Правительство Шотландии надеется, что такая система поможет существенно сократить расходы на производство электроэнергии.

Геотермальная энергетика

Исландия — идеальный пример страны, которая отказалась от нефти и других невозобновляемых источников энергии: около 70 процентов потребностей закрывают гидроэлектростанции, еще 25 — геотермальные установки. Отрасль настолько развита, что Исландия готова продавать свои разработки за границу. 

Так, Великобритания ведет переговоры о покупке геотермальной энергии, которая вырабатывается при помощи горячей воды и пара.

В Исландии более 100 вулканов, благодаря чему даже на относительно небольшой глубине температура воды достаточна для выработки энергии. Например, около 90 процентов домов в Исландии обогреваются за счет горячей воды, которая подается из скважин в трубы и отапливает жилые помещения.

Электроэнергия добывается, как правило, более сложными способами. Наиболее распространены три: прямой — когда пар, поднимающийся из скважины, пропускается через турбину, которая и вырабатывает энергию; непрямой — когда горячая вода под высоким давлением подается из-под земли в испаритель, а полученный пар вращает турбину; бинарный — когда горячая термальная вода взаимодействует в теплообменнике с другой жидкостью (с более низкой температурой кипения) и выпаривает ее, в итоге пары рабочей жидкости вращают турбину. 

Планируется, что британцы проложат по дну моря кабель длиной 750 миль, это обойдется в несколько миллиардов фунтов. Исландия берет на себя все производство энергии: под землю, где расположены сухие высокотемпературные породы, закачивается вода, которая потом возвращается на поверхность сильно нагретой и вырабатывает энергию.

Интересно, что в 2012 году в Великобритании опубликовали исследование о том, что страна самостоятельно может добыть 20 процентов необходимой энергии с помощью геотермальных установок. 

Солнечная энергия из космоса

Возможно, самый необычный способ добыть энергию — отправиться за ней в космос. Этим занялась калифорнийская компания Solaren, которая в 2009 году начала готовиться к запуску нескольких спутников с солнечными панелями. Старт проекта, изначально запланированный на 2016 год, был перенесен на конец десятилетия из-за сложностей с финансированием. 

Интересно, что о получении энергии из космоса думали задолго до появления Solaren: в рассказе Айзека Азимова Reason, написанном в 1941 году, впервые упоминается космическая станция, которая снабжает Землю энергией и управляется роботами.

На самом деле все должно выглядеть так: постоянный ток от солнечных отражателей передается на Землю с помощью электромагнитных волн, а на земле их принимает специальная антенна. После этого энергия передается в сотни жилых домов.

Кислота, способная заменить бензин

Футболист лондонского «Арсенала» Матье Фламини в середине ноября признался, что почти все заработанные деньги вкладывает в компанию, которая разрабатывает биотопливо на основе левулиновой кислоты. По словам полузащитника, это вещество в будущем способно заменить бензин и открыть рынок объемом 20 миллиардов фунтов.

Фламини вместе с другом Паскуале Гранатой уже семь лет владеет компанией GF Biochemicals и заводом в итальянском городе Казерте, на котором работают около 80 человек (всего в компании — 400 сотрудников).

«Когда мы нашли способ производить кислоту в промышленных масштабах, мы запатентовали его. Затем шло постепенное развитие. У нас есть исследователи, химики и другие ученые из Франции, Италии, России, Голландии, Германии и Египта», — сказал Фламини.