Leonardo ENERGY RU

Хотя ученые и прилагают огромные усилия на то, чтобы сократить выбросы в атмосферу углерода от работающих двигателей транспорта и производства электроэнергии, для предотвращения глобального потепления климата и уменьшения его непредсказуемости, тем не менее в основе большинства новейших перспективных технических решений по использованию возобновляемых источников энергии очень часто заложено использование невозобновляемых ресурсов.

Ускоренными темпами растет производство кремниевых солнечных батарей. В 2008 году применение кремниевых пластин для изготовления солнечных батарей впервые превзошло их применение для изготовления микроэлектронных устройств. Кремний является вторым по распространенности элементом в Земной коре после кислорода, но изготовленные на его основе фотогальванические элементы обладают относительно низким КПД и произведенная с их помощью электроэнергия по стоимости не может конкурировать с электроэнергией, произведенной системами на ископаемом топливе. Более совершенные технологии изготовления солнечных батарей основаны на использовании гораздо более редких материалов, чем кремний.

Редкоземельные металлы.

Дефицитный индий

Эффективность солнечных батарей определяется по тому, какой процент солнечной энергии преобразуется в электроэнергию. Кремниевые солнечные батареи совсем недавно достигли эффективности в 25%, но многопереходные солнечные элементы могут обладать эффективностью в 40% и более. Многопереходные солнечные элементы усиленно пропагандируются как будущее солнечной энергетики но своими высокими характеристиками они обязаны редкому металлу индию, запасы которого никак нельзя назвать изобильными. Всего насчитывается менее 10 минералов, содержащих индий, и ни для одного из них нет месторождений со сколь-нибудь значительными запасами. Суммарные запасы металла в земле составляют 0,25 миллионной доли массы земной коры. Больше всего этот редкий и дорогой элемент используется в производстве жидкокристаллических экранов, а бурный рост данного сектора промышленного производства стал причиной повышения цены индия до 1000 дол. США за килограмм. Согласно прогнозам, при сохранении современного темпа использования индия без учета взрывного роста потребления при производстве солнечных панелей, запасов этого металла хватит на 10 лет. Если солнечная энергия станет основным источником электроэнергии, то солнечные батареи покроют огромные площади и остро встанет проблема поиска замены индию.

Драгоценная платина

Мечта о водородной экономике может так и остаться мечтой из-за той же проблемы. Дешевый способ получения водорода все еще остается делом далекой перспективы. Новым подходам, таким как применение бактериальных энзимов для «расщепления» воды, предстоит еще долгий путь развития, прежде чем они станут коммерчески применимы. Тем не менее, топливные элементы по-прежнему являются наиболее эффективным способом преобразования газа в электроэнергию. Но самый высокий КПД достигается только при использования платины в качестве катализатора химической реакции. А главное, что по сравнению с платиной, даже запасы индия можно считать сверхбогатыми. В земной коре он присутствует в концентрации 0.003 частей на миллиардную часть ее массы и цена промышленной партии устанавливается уже за грамм металла, а не за килограмм. Расчеты показывают, что если 500 миллионов автомобилей, находящихся сегодня в использовании, оснастить топливными элементами, то запасы платины полностью истощатся в течение 15 лет. К сожалению, «неплатиновые» топливные элементы еще нескоро выйдут за стены испытательных лабораторий. Эффективность топливных элементов с катализатором на основе никеля пока не превышает 10% от эффективности топливных элементов с катализатором на платине. Еще одно новое направление в развитии топливных элементов — это использование углеродных нанотрубок. Данная технология может оказаться более эффективной, а главное, более дешевой, чем «платиновая». Однако предстоят еще многие годы исследований и разработок, прежде чем можно будет говорить о коммерческом применении такого решения.

Топливо или пища?

Биотопливо, как и этиловый спирт, вырабатывается методом ферментации из определенных специально выращиваемых для этих целей сельскохозяйственных культур, в частности, рапса и кукурузы. Это, пожалуй, самый позорный пример сомнительно неограниченного, предположительно возобновляемого источника энергии. В этом случае нависает угроза безвозвратной потери по всему миру огромных площадей плодородных сельскохозяйственных площадей. И опять же, есть потенциальные альтернативные решения, но они также не готовы для коммерческого применения. Биотопливо из целлюлозы или даже из лигнина может добываться с использованием несъедобных частей сельскохозяйственных растений и дерева, а не пригодных в пищу плодов (зерна). По-прежнему привлекают внимание водоросли, выращиваемые в баках. Извлечение биотоплива из различных видов морских водорослей может полностью снять проблему нерационального использования плодородных земель. Технические решения и технологии, позволяющие извлекать энергию из возобновляемых источников, остаются огромной надеждой на будущее и в краткосрочной перспективе — гарантией поступления финансирования на научные исследования. Однако, если не появится следующее поколение идей устойчивого получения энергии с использованием действительно возобновляемых ресурсов, свет надежды на возобновляемые источники энергии будет оставаться под угрозой померкнуть.

Семь основных альтернативных источников энергии

Если бы в США решили заменить все имеющиеся на ходу автомобили (легковые и грузовики) на электромобили, то чтобы получить необходимую для них электроэнергию достаточно, по крайней мере теоретически, ветряной электростанции, занимающей площадь менее трех квадратных километров. Эти цифры взяты из проведенных Стэнфордским университетом исследований одиннадцати видов неископаемых источников энергии с целью определения их суммарного влияния на экологию и на здоровье человека. В соответствии с результатами этих исследований наиболее обещающим и желанным источником энергии является ветер. На последнем месте в списке находится биотопливо из зерна и сельскохозяйственных отходов, а также атомная энергия и «чистый уголь». Вот как расположились альтернативные источники в порядке убывания: Ветер Концентрированная солнечная энергия (зеркала, нагревающие башню с водой) Геотермальная энергия Энергия приливов Солнечная энергия (фотогальваника) Энергия волн Плотины гидроэлектростанций При сравнении различных видов топлива берется некоторое количество электроэнергии, определяются мощности использующей заданный вид топлива электростанции и учитываются такие воздействия на экологию, как количество парниковых газов, площадь выведенной из хозяйственного использования земли, загрязнение вод и пр. Также учитывается вызываемое энергоресурсом загрязнение окружающей среды и, соответственно, влияние на здоровье человека, наличие необходимых энергоресурсов в достаточном количестве и надежность доступности рассматриваемой формы энергии.

Биотопливо

Исследования показали, что часто наиболее обсуждаемые виды альтернативного топлива являются самыми неблагоприятными. Биотопливо на основе этилового спирта на самом деле наносит больше вреда здоровью человека, дикой природе, водным ресурсам и землепользованию, чем существующие виды минерального топлива. Например, для выработки одного и того же количества электроэнергии требуется в 30 раз больше площади, обязательно плодородной, земли для выращивания сырья для биотоплива, чем под установку ветряной электростанции. При сжигании биотоплива также образуются парниковые газы.
В последние годы биотопливо получило значительную политическую поддержку в США и странах Европы. Были даже установлены рубежи постепенной замены биотопливом нефти. Однако специалисты в области энергетики и защитники дикой природы выдвинули серьезные возражения такой политике, и ЕС в течение последнего года, кажется, пересматривает свою позицию.

Атомная энергия

Ядерное топливо для электростанций — еще один источник энергии, чьи достоинства последние 12 месяцев обсуждались лидерами стран ЕС и США. При его применении выбрасывается в атмосферу в 25 раз больше углерода и других загрязняющих веществ, чем в случае с ветряными электростанциями. Половина загрязняющих выбросов происходит во время планирования и непосредственно строительства атомной станции — все это время для получения энергии сжигается минеральное топливо.

«Чистый» уголь

В «чистых» угольных электростанциях сжигается уголь, затем из выбрасываемых в атмосферу продуктов горения извлекается углекислый газ и убирается в подземные хранилища. Такие электростанции являются еще одним политически поддерживаемым направлением. Тем не менее расчеты показывают, что при возведении и при работе угольной электростанции выбрасывается в 110 раз больше углерода, чем при строительстве и работе ветряной электростанции.
Позиция, заключающаяся в том, что необходимо использовать все технологии в том или ином масштабе представляется ошибочной. По мнению специалистов из стэнфордского университета нужно сконцентрировать усилия на технологиях, предлагающих лучшие преимущества. Такими, очевидно, являются использование ветряной энергии, солнечной и геотермальной энергии.

Метки: возобновляемые, возобновляемые источники энергии, энергоресурсы