|
| |
|
Главная -> Экология
Альтернативная энергетика в сша. Переработка и вывоз строительного мусораНорвежский концерн Statkraft построит первую в мире осмотическую электростанцию Михаил Подвигин Потенциал осмотических станций в Европе составляет 200 миллионов. Мегаватт-часов в год, а во всем мире – около 1600 миллионов. Statkraft Крупнейший норвежский электроэнергетический концерн Statkraft приступает к строительству первой в мире осмотической электростанции. Она сооружается в местечке Тофте, в часе езды от Осло на берегу фиорда, носящего имя норвежской столицы. Место стройки выбрано идеально: с одной стороны залив, а рядом пресные озера. Принцип получения электроэнергии на первый взгляд весьма прост. Соленая и пресная вода сливается друг с другом через полупроницаемую мембрану. В результате происходит процесс, известный физикам как «осмос» – перенос вещества из одного раствора в другой через мембрану. Растворы имеют свойство выравнивать концентрацию минералов по отношению друг к другу: молекулы пресной воды проникают через полупроницаемую мембрану в соленую воду и создают в ней избыточное давление, которое вращает турбину, вырабатывающую электрический ток. Самая большая сложность заключается в том, чтобы на основе этого простого принципа создать эффективную установку для производства электроэнергии. Все зависит здесь от разработки оптимальной мембраны. Она должна задерживать соль с одной стороны и пропускать воду с другой и делать это как можно активнее. К решению этой проблемы подключился институт по изучению полимеров исследовательского центра GKSS в Геестхахте под Гамбургом. Как сообщил руководитель проекта профессор Клаус-Виктор Пайнеманн, в результате многочисленных опытов немецким ученым удалось изготовить мембрану, позволяющую в двадцать раз увеличить мощность вырабатываемого тока – от 0,1 до 2 ватт с одного квадратного метра мембраны. Теперь ученые поставили перед собой новую задачу: добиться увеличения мощности тока до 3 ватт. Но и это не предел. Для того чтобы осмотическая электростанция работала действительно экономично, потребуется достичь мощности от 4 до 5 ватт на квадратный метр. Существуют и другие проблемы – устранение на мембране известковых отложений и водорослей. Однако это не так сложно. При регулярной мойке, считает Пайнеманн, мембрана может прослужить свыше пяти лет. Независимо от того, насколько быстро ученым удастся оптимально решить технические проблемы, Statkraft намерен завершить строительство электростанции к концу 2008 года. По словам менеджера концерна по инновационным проектам Эрика Скилхагена общая поверхность мембраны достигнет 2000 квадратных метров. В целях экономии пространства она будет наматываться в виде трубы. Максимальная мощность прототипа осмотической электростанции составит не более 10 кВт. Это, конечно, немного, однако его запуск поможет накопить необходимый опыт, выявить возникающие проблемы и оптимизировать процесс. Работа над проектом электростанции на основе осмоса продолжалась почти десять лет. Концерн намерен продолжить исследования в этой области и выделяет на эти цели 12,5 миллиона евро. В качестве следующего шага намечено создать демонстрационную установку общей мощностью в 1 или 2 мегаватта и поверхностью мембраны соответственно 200 000 и 400 000 квадратных метров. С 2015 года концерн планирует выйти на рынок с коммерческими осмотическими электростанциями. Он убежден, что тем самым открывает дверь в весьма перспективное будущее. Ведь такие станции можно строить повсюду, где соприкасается пресная и соленая вода, практически во всех устьях впадающих в море рек. По оценкам Statkraft, потенциал подобных станций в Европе составляет 200 млн. МВт-ч в год, а во всем мире – около 1600 млн. Это около 10% глобального энергетического баланса нашей планеты. По оценкам специалистов «ГидроОГК» в России подобные технологии пока неизвестны. Только после начала эксплуатации таких станций «ГидроОГК» в состоянии дать оценку перспектив их использования в России.
Сергей Лопатников Джордж Буш объявил о национальной программе, подразумевающей заместить до 2015 года 30% потребностей США в бензине и дизельном топливе биотопливом — этиловым спиртом и «биодизелем», которые предполагается получать из культурных растений. Появился слоган: «Большая кукуруза заменит большую нефть». Стремительно «зеленеет» Силиконовая долина. На днях бывший кандидат в президенты США и лауреат Нобелевской премии Альберт Гор сделал громкое заявление об объединении своих усилий с главными «зелеными» инвесторами, базирующимися в Силиконовой долине, — Kleiner,, Caufield & Byers, — ради решения проблемы глобального потепления климата. Винод Хосла (Vinod Khosla), один из основателей «Сан Майкросистемз», предсказывает, что в течение пяти лет будет найден «зеленый» способ производства электроэнергии — дешевле, чем уголь или нефть. Всемирно известная компания «Гугл» объявила о своем выходе в область «зеленой энергии» и намеревается сделать ее дешевле угля и тем более нефти и газа. В развитие этих технологий «Гугл» намеревается вложить сотни миллионов долларов… Эксперты уговаривают скептиков: «Не делайте ошибки и не используйте зеркало заднего вида, чтобы глядеть в будущее». Завороженные очередными грандиозными перспективами, уже и российские аграрии вместе с украинскими начинают мечтать об «энергетическом сельском хозяйстве». Солнце — это жизнь, а не батарейка Посмотрим, однако, в «зеркало заднего вида». 8 октября 1975 г. на научной сессии, посвященной 250-летию Академии наук СССР, академик Петр Леонидович Капица, удостоенный тремя годами позже Нобелевской премии по физике, сделал концептуальный доклад, в котором, исходя из базовых физических принципов, по существу, похоронил все виды «альтернативной энергии», за исключением управляемого термоядерного синтеза. Не обсуждал он, впрочем, перспективы водородной энергетики и производство биотоплива. Не потому, что он о них не знал, а по причине, которую мы обсудим ниже. Петр Леонидович Капица Если кратко изложить соображения академика Капицы, они сводятся к следующему: какой бы источник энергии ни рассматривать, его можно охарактеризовать двумя параметрами: плотностью энергии — то есть ее количеством в единице объема, — и скоростью ее передачи (распространения). Произведение этих величин есть максимальная мощность, которую можно получить с единицы поверхности, используя энергию данного вида. Вот, скажем, солнечная энергия. Ее плотность ничтожна. Зато она распространяется с огромной скоростью — скоростью света. В результате поток солнечной энергии, приходящий на Землю и дающий жизнь всему, оказывается совсем не мал — больше киловатта на квадратный метр. Увы, этот поток достаточен для жизни на планете, но как основной источник энергии для человечества крайне неэффективен. Как отмечал П. Капица, на уровне моря, с учетом потерь в атмосфере, реально человек может использовать поток в 100—200 ватт на квадратный метр. Даже сегодня КПД устройств, преобразующих солнечную энергию в электричество, составляет 15%. Чтобы покрыть только бытовые потребности одного современного домохозяйства, нужен преобразователь площадью не менее 40—50 квадратных метров. А для того, чтобы заменить солнечной энергией источники ископаемого топлива, нужно построить вдоль всей сухопутной части экватора сплошную полосу солнечных батарей шириной 50—60 километров. Совершенно очевидно, что подобный проект в обозримом будущем не может быть реализован ни по техническим, ни по финансовым, ни по политическим причинам. Противоположный пример — топливные элементы, где происходит прямое превращение химической энергии окисления водорода в электроэнергию. Здесь плотность энергии велика, высока и эффективность такого преобразования, достигающая 70 и более процентов. Зато крайне мала скорость ее передачи, ограниченная очень низкой скоростью диффузии ионов в электролитах. В результате плотность потока энергии оказывается примерно такой же, как и для солнечной энергии. Петр Капица писал: На практике плотность потока энергии очень мала, и с квадратного метра электрода можно снимать только 200 Вт. Для 100 мегаватт мощности рабочая площадь электродов достигает квадратного километра, и нет надежды, что капитальные затраты на построение такой электростанции оправдаются генерируемой ею энергией». Значит, топливные элементы можно использовать только там, где не нужны большие мощности. Но для макроэнергетики они бесполезны. Так, последовательно оценивая ветровую энергетику, геотермальную энергетику, волновую энергетику, гидроэнергетику, Капица доказывал, что все эти, на взгляд дилетанта вполне перспективные, источники никогда не смогут составить серьезную конкуренцию ископаемому топливу: низка плотность ветровой энергии и энергии морских волн; низкая теплопроводность пород ограничивает скромными масштабами геотермальные станции; всем хороша гидроэнергетика, однако для того, чтобы она была эффективной, либо нужны горные реки — когда уровень воды можно поднять на большую высоту и обеспечить тем самым высокую плотность гравитационной энергии воды, — но их мало, либо необходимо обеспечивать огромные площади водохранилищ и губить плодородные земли. Мирный атом не торопится В своем докладе Петр Леонидович Капица особо коснулся атомной энергетики и отметил три главные проблемы на пути ее становления в качестве главного источника энергии для человечества: проблему захоронения радиоактивных отходов, критическую опасность катастроф на атомных станциях и проблему неконтролируемого распространения плутония и ядерных технологий. Через десять лет, в Чернобыле, мир смог убедиться, что страховые компании и академик Капица были более чем правы в оценке опасности ядерной энергетики. Так что пока речи о переводе мировой энергетики на ядерное топливо нет, хотя можно ожидать увеличения ее доли в промышленном производстве электроэнергии. Наибольшие надежды Петр Капица связывал с термоядерной энергетикой. Однако за прошедшие тридцать с лишним лет, несмотря на гигантские усилия ученых разных стран, проблема управляемого термояда не только не была решена, но со временем понимание сложности проблемы, скорее, только выросло. В ноябре 2006 года Россия, Евросоюз, Китай, Индия, Япония, Южная Корея и США договорились начать строительство экспериментального термоядерного реактора ИТЭР, основанного на принципе магнитного удержания высокотемпературной плазмы, который должен обеспечить 500 мегаватт тепловой мощностьи в течение 400 секунд. Чтобы оценить темпы развития, могу сказать, что в 1977—1978 гг. автор принимал участие в анализе возможности «подпитки» ИТЭР с помощью выстрела в плазму твердоводородной таблетки. Не в лучшем состоянии находится и идея лазерного термояда, основанного на быстром сжатии водородной мишени с помощью лазерного излучения. Очень дорогая фантастика… А как же водородная энергетика и пресловутое биотопливо, которые сегодня пропагандируются наиболее активно? Почему Капица не обращал на них внимания вообще? Ведь биотопливо в виде дров человечество использует уже веками, а водородная энергетика сегодня кажется настолько перспективной, что едва ли не каждый день приходят сообщения о том, что крупнейшие автомобильные компании демонстрируют концепт-кары на водородном топливе! Неужели академик был настолько недальновиден? Увы… Никакой водородной и даже биоэнергетики в буквальном смысле слова не может существовать. Что касается водородной энергетики, то, поскольку природные месторождения водорода на Земле отсутствуют, ее адепты пытаются изобрести вечный двигатель планетарного масштаба, не более и не менее того. Есть два способа получить водород в промышленных масштабах: либо путем электролиза разложить воду на водород и кислород, но это требует энергии, заведомо превосходящей ту, что потом выделится при сжигании водорода и превращении его опять в воду, либо… из природного газа с помощью катализаторов и опять-таки затрат энергии — которую нужно получить… опять-таки сжигая природные горючие ископаемые! Правда, в последнем случае это все-таки не «вечный двигатель»: некоторая дополнительная энергия при сжигании водорода, полученного таким путем, все же образуется. Но она будет гораздо меньше той, что была бы получена при непосредственном сжигании природного газа, минуя его конверсию в водород. Значит, «электролитический водород» — это вообще не топливо, это просто «аккумулятор» энергии, полученной из другого источника… которого как раз и нет. Использование же водорода, полученного из природного газа, возможно, и сократит несколько выбросы углекислого газа в атмосферу, так как эти выбросы будут связаны только с генерацией энергии, необходимой для получения водорода. Но зато в результате процесса общее потребление невозобновляемых горючих ископаемых только вырастет! Ничуть не лучше обстоят дела и с «биоэнергетикой». В этом случае речь идет либо о реанимации старинной идеи использования растительных и животных жиров для питания двигателей внутреннего сгорания (первый «дизель» Дизеля работал на арахисовом масле), либо об использовании этилового спирта, полученного путем брожения натуральных — зерна, кукурузы, риса, тростника и т.д. — или подвергнутых гидролизу (то есть разложению клетчатки на сахара) — агропродуктов. Что касается производства масел, то это крайне низкоэффективное, по «критериям Капицы», производство. Так, например, урожайность арахиса составляет в лучшем случае 50 ц/га. Даже при трех урожаях в год выход орехов едва ли превысит 2 кг в год с квадратного метра. Из этого количества орехов получится в лучшем случае 1 кг масла: выход энергии получается чуть больше 1 ватта с квадратного метра — то есть на два порядка меньше, чем солнечная энергия, доступная с того же квадратного метра. При этом мы не учли того, что получение таких урожаев требует интенсивного применения энергоемких удобрений, затрат энергии на обработку почвы и полив. То есть, чтобы покрыть сегодняшние потребности человечества, пришлось бы полностью засеять арахисом пару-тройку земных шаров. Проведя аналогичный расчет для «спиртовой» энергетики, нетрудно убедиться, что ее эффективность еще ниже, чем у «дизельного» агро-цикла. …Но очень выгодная для экономики «мыльного пузыря» Что же, американские ученые не знают этих цифр и перспектив? Разумеется, знают. Ричард Хейнберг в своей нашумевшей книге PowerDown: Options And Actions For A Post-Carbon World (наиболее точный по смыслу перевод — «Конец света: Возможности и действия в пост-углеродном мире») самым детальным образом повторяет анализ Капицы и показывает, что никакая биоэнергетика мир не спасет. Так что происходит? А вот что: только очень наивный человек полагает, что экономика сегодня, как и 150 лет назад, работает по марксистскому принципу: «деньги — товар — деньги». Новая формула «деньги — деньги» короче и эффективнее. Хлопотное звено в виде производства реальных товаров, обладающих для людей реальной полезностью в привычном смысле этого слова, стремительно вытесняется из «большой экономики». Связь между ценой и полезностью в материальном смысле — полезность вещи как пищи, одежды, жилья, средства передвижения или услуги как средства удовлетворения какой-то реальной потребности, — уходит в небытие точно так же, как некогда ушла в небытие связь между номиналом монеты и массой заключенного в ней драгоценного металла. Точно так же «вещи» нового века очищаются от всякой полезности. Единственная потребительная способность этих «вещей», единственная их «полезность», которая сохраняет смысл в экономике нового времени, — это их способность быть проданными, а главным «производством», приносящим прибыль, становится надувание «пузырей». Всеобщая вера в возможность продать воздух в виде акций, опционов, фьючерсов и многочисленных других «финансовых инструментов» становится главной движущей силой экономики и основным источником капитала для ксендзов этой веры. После того, как последовательно лопнули пузыри «доткомов» и недвижимости, а «нанотехнология», рисующая сказочные перспективы, по большей части так и продолжает их рисовать без заметной материализации, американские финансисты, похоже, всерьез обратили внимание на альтернативные источники энергии. Вкладывая деньги в «зеленые проекты» и оплачивая наукообразную рекламу, они вполне могут рассчитывать на то, что многочисленные буратины прекрасно удобрят своими золотыми финансовую ниву чудес.
Украинские ученые ищут пути экон. Сша приняли энергетическую прогр. Проект. Системы и приборы автоматизации идиспетчеризации теплоснабжения. Глобальные проблемы. Главная -> Экология 
|