Перспективные источники энергии – реальность и фантазии. Альтернативные источники энергии

реальность и фантазии. Альтернативные источники энергии

Ни для кого не секрет, что используемые сегодня человечеством ресурсы конечны, более того, их дальнейшая добыча и использование может привести не только к энергетической, но и к экологической катастрофе. Традиционно используемые человечеством ресурсы — уголь, газ и нефть — закончатся уже спустя несколько десятилетий, и меры нужно принимать уже сейчас, в наше время. Конечно, можно надеяться, что мы вновь найдем какое-либо богатое месторождение, так же как было в первой половине прошлого века, однако ученые уверены, что таких крупных залежей уже нет. Но в любом случае даже открытие новых месторождений только отсрочит неизбежное, необходимо найти способы производства альтернативной энергии, и переходить на возобновляемые ресурсы, такие как ветер, солнце, геотермальная энергия, энергия водных потоков и другие, а наряду с этим нужно продолжать разработки энергосберегающих технологий.

В этой статье мы рассмотрим несколько самых перспективных, на взгляд современных ученых, идей, на которых будет строиться энергетика будущего.

Солнечные станции

Люди издавна задумывались над тем, возможно ли использование энергии солнца на земле. Под солнечными лучами нагревали воду, сушили одежду и глиняную посуду перед ее отправкой в печь, однако эти способы нельзя назвать эффективными. Первые технические средства, преобразующие солнечную энергию, появились еще в 18 веке. Французский ученый Ж. Бюффон показал опыт, в котором ему удалось с помощью большого вогнутого зеркала в ясную погоду воспламенить сухое дерево с расстояния около 70 метров. Его соотечественник, известный ученый А. Лавуазье, применял линзы, чтобы концентрировать энергию солнца, а в Англии создали двояковыпуклое стекло, которое, фокусируя солнечные лучи, расплавляло чугун всего за несколько минут.

Естествоиспытатели проводили множество опытов, которые доказывали, что использование энергии солнца на земле возможно. Однако солнечная батарея, которая превращала бы солнечную энергию в механическую, появилась сравнительно недавно, в 1953 году. Ее создали ученые из Национального аэрокосмического агентства США. Уже в 1959 году солнечную батарею впервые применили для оснащения космического спутника.

Возможно уже тогда, осознав, что в космосе такие батареи гораздо эффективнее, ученым пришла идея о создании космических солнечных станций, ведь за час солнце вырабатывать столько энергии, сколько все человечество не потребляет и за год, так почему же не использовать это? Какой будет солнечная энергетика будущего?

С одной стороны кажется, что использование солнечной энергии идеальный вариант. Однако себестоимость огромной космической солнечной станции очень высока, да и к тому же она будет дорога в эксплуатации. Со временем, когда будут введены новые технологии по доставке грузов в космос, а также новые материалы, реализация подобного проекта станет возможной, но пока мы можем пользоваться только относительно небольшими батареями на поверхности планеты. Многие скажут, что это тоже неплохо. Да, возможно в условиях частного дома, но для энергообеспечения больших городов, соответственно, необходимо либо множество солнечных батарей, либо технология, которая сделает их эффективнее.

Экономическая сторона вопроса здесь тоже присутствует: любой бюджет сильно пострадает, если на него будет возложена задача перевести целый город (или всю страну) на солнечные батареи. Казалось бы, можно обязать жителей городов выплачивать некоторые суммы на переоснащение, но в таком случае недовольны будут они, ведь если бы люди готовы были бы пойти на такие траты, они уже давно сделали бы это сами: возможность купить солнечную батарею есть у каждого.

Касательно солнечной энергии есть и еще один парадокс: затраты на производство. Перевод энергии солнца в электричество напрямую — не самая эффективная вещь. До сих пор еще не найдено способа лучше, чем использовать солнечные лучи для нагревания воды, которая, превращаясь в пар, в свою очередь вращает динамо-машину. В таком случае энергопотеря минимальна. Человечество хочет использовать «экологичные» солнечные панели и солнечные станции, чтобы сохранить ресурсы на земле, однако для подобного проекта потребуется огромное количество тех же ресурсов, и «неэкологичной» энергии. Например, во Франции недавно была построена солнечная электростанция, площадью около двух квадратных километров. Стоимость постройки составила около 110 миллионов евро, не считая затрат на эксплуатацию. При всем этом следует учитывать, что срок службы подобных механизмов составляет около 25 лет.

Ветер

Энергия ветра — также использовалась людьми еще с древности, самым простым примером можно назвать хождение под парусом и ветряные мельницы. Ветряки используются и сейчас, особенно они эффективны в областях с постоянными ветрами, например на побережье. Ученые постоянно выдвигают идеи, как модернизировать уже имеющиеся приспособления для преобразования ветряной энергии, одна из них — ветряки в виде парящих турбин. За счет постоянного вращения они могли бы «висеть» в воздухе на расстоянии нескольких сотен метров от земли, где ветер сильный и постоянный. Это помогло бы в электрификации сельской местности, где невозможно использование стандартных ветряков. К тому же такие парящие турбины могли бы быть оснащены интернет-модулями, с помощью которых осуществлялось бы обеспечение людей доступом в мировую паутину.

Приливы и волны

Бум на солнечную и ветряную энергетику постепенно проходит, и интерес исследователей привлекла другая природная энергия. Более перспективной считается использование приливов и отливов. Уже сейчас этим вопросом занимается около ста компаний по всему миру, существует и несколько проектов, доказавших эффективность данного способа добычи электричества. Преимущество перед солнечной энергетикой в том, что потери при переводе одной энергии в другую минимальны: приливная волна вращает огромную турбину, которая и вырабатывает электричество.

Проект «Устрица» — это идея установить на дне океана шарнирный клапан, который будет подавать воду на берег, тем самым вращая простую гидроэлектрическую турбину. Всего одна такая установка могла бы обеспечить электричеством небольшой микрорайон.

Уже сейчас в Австралии успешно применяют приливные волны: в городе Перте установлены опреснители, работающие на этом типе энергии. Их работа позволяет обеспечить пресной водой около полумиллиона человек. Природная энергетика и промышленность также могут сочетаться в этой отрасли производства энергии.

Использование энергии приливов и отливов несколько отличается от технологий, которые мы привыкли видеть в речных гидроэлектростанциях. Часто ГЭС наносят вред окружающей среде: затопляются прилегающие территории, разрушается экосистема, а вот станции, работающие на приливных волнах, в этом плане гораздо безопаснее.

Энергия человека

Одним из самых фантастических проектов в нашем списке можно назвать использование энергии живых людей. Звучит ошеломляюще и даже несколько ужасающе, но не все так страшно. Ученые лелеют мысль о том, как использовать механическую энергию движения. Речь в этих проектах идет о микроэлектронике и нанотехнологиях с низким энергопотреблением. Пока звучит как утопия, реальных разработок нет, но идея весьма интересная и не покидает умы ученых. Согласитесь, весьма удобны будут устройства, которые подобно часам с автоматической подзаводкой, будут заряжаться от того, что по сенсору проводят пальцем, или от того, что планшет или телефон просто болтается в сумке при ходьбе. Не говоря уж об одежде, которая, наполненная разными микроустройствами, могла бы преобразовывать в электричество энергию движения человека.

В Беркли, в лаборатории Лоуренса, например, ученые попытались воплотить в жизнь идею о том, чтобы использовать вирусы для преобразования энергии давления в электричество. Небольшие механизмы, работающие от движения, так же имеются, однако пока что на поток подобная технология не поставлена. Да, с глобальным энергетическим кризисом подобным образом не справиться: скольким же людям придется «крутить педали», чтобы заставить работать целый завод? Но как одна из мер, применяемых в комплексе, теория вполне жизнеспособна.

Особенно подобные технологии будут эффективны в труднодоступных местах, на полярных станциях, в горах и тайге, среди путешественников и туристов, у которых не всегда есть возможность зарядить свой гаджет, а вот оставаться на связи важно, особенно если группа попала в критическую ситуацию. Как много всего можно было бы предотвратить, если бы у людей всегда было надежное устройство связи, не зависящее «от розетки».

Топливные ячейки водорода

Пожалуй, у каждого владельца авто, глядящего на индикатор количества бензина, приближающийся к нулю, возникала мысль о том, как отлично было бы, если бы машина работала на воде. Но сейчас ее атомы попали в поле зрения ученых как настоящие объекты энергетики. Дело в том, что в частицах водорода — самого распространенного газа во вселенной — содержится громадное количество энергии. Более того, двигатель сжигает этот газ практически без побочных продуктов, то есть, мы получаем очень экологичное топливо.

Водородом заправляют некоторые модули МКС и шатлы, но на Земле он существует в основном в виде соединений, таких как вода. В восьмидесятых годах в России были разработки самолетов, использующих в качестве топлива водород, эти технологии даже применяли на практике, и экспериментальные модели доказали свою эффективность. Когда водород отделяется, он перемещается в специальную топливную ячейку, после чего возможна генерация электричества напрямую. Это не энергетика будущего, это уже реальность. Подобные автомобили уже производятся и довольно большими партиями. Компания Honda, дабы подчеркнуть универсальность источника энергии и авто в целом, провела эксперимент в результате которого машина была подключена к электрической домашней сети, однако не для того, чтобы получить подзарядку. Автомобиль может обеспечивать энергией частный дом в течение нескольких дней, или проехать без дозаправки почти пятьсот километров.

Единственный недостаток подобного источника энергии на данный момент — это относительно высокая стоимость таких экологичных машин, и, конечно, достаточно небольшое количество водородных заправок, однако во многих странах уже планируется их постройка. Например, в Германии уже стоит план об установке ста заправочных станций к 2017 году.

Тепло земли

Превращение тепловой энергии в электричество — это и есть сущность геотермальной энергетики. В некоторых странах, где затруднено использование других отраслей, она используется довольно широко. Например, на Филлипинах 27 % всего электричества приходится именно на геотермальные станции, а в Исландии этот показатель составляет около 30 %. Сущность этого способа добычи энергии довольно проста, механизм схож с простой паровой машиной. До предполагаемого «озера» магмы необходимо пробурить скважину, через которую подается вода. При контакте с раскаленной магмой вода мгновенно превращается в пар. Он поднимается, где крутит механическую турбину, тем самым вырабатывая электричество.

Будущее геотермальной энергетики состоит в том, чтобы найти большие «хранилища» магмы. Например, в вышеупомянутой Исландии это удалось: раскаленная магма за долю секунды превратила всю закачанную воду в пар температурой около 450 градусов по Цельсию, что является абсолютным рекордом. Подобный пар высокого давления способен повысить эффективность геотермальной станции в несколько раз, это может стать толчком к развитию геотермальной энергетики во всем мире, особенно в областях, насыщенных вулканами и термальными источниками.

Использование ядерных отходов

Атомная энергетика, в свое время, произвела настоящий фурор. Так было до тех пор, пока люди не осознали всю опасность этой отрасли энергетики. Аварии возможны, от подобных случаев никто не застрахован, но они весьма редки, а вот радиоактивные отходы появляются стабильно и до недавнего времени ученые не могли решить эту проблему. Дело в том, что стержни урана — традиционное «топливо» АЭС, может быть использовано только на 5 %. После выработки этой небольшой части, весь стержень отправляется на «свалку».

Ранее применялась технология, при которой стержни погружались в воду, которая замедляет нейтроны, поддерживая устойчивую реакцию. Сейчас вместо воды стали использовать жидкий натрий. Эта замена позволяет не только использовать весь объем урана, но и переработать десятки тысяч тонн радиоактивных отходов.

Избавить планету от отходов атомной энергетики важно, но в самой технологии есть одно «но». Уран относится к ресурсам, и его запасы на Земле конечны. В случае если всю планету перевести исключительно на энергию, получаемую от АЭС (к примеру, в США АЭС производят лишь 20% всего потребляемого электричества), запасы урана будут истощены довольно быстро, и это снова приведет человечество на порог энергетического кризиса, так что атомная энергетика, пусть и модернизированная, только временная мера.

Растительное топливо

Еще Генри Форд, создав свою «Модель Т», рассчитывал, что она уже будет работать на биотопливе. Однако в то время были открыты новые нефтяные месторождения, и нужда в альтернативных источниках энергии отпала еще на несколько десятков лет, но теперь снова возвращается.

За последние пятнадцать лет использование растительных видов топлива, таких как этанол и биодизель, возросло в несколько раз. Их используют как самостоятельные источники энергии, так и в качестве добавок к бензину. Некоторое время назад надежды возлагались на особую просяную культуру, получившую название «канола». Она совершенно непригодна в пищу ни для людей, ни для скота, однако обладает высокими показателями масличности. Из этого масла и стали производить «биодизель». Но эта культура займет слишком много места, если попытаться вырастить ее столько, чтобы обеспечить топливом хотя бы часть планеты.

Теперь ученые заговорили об использовании водорослей. Их масличность около 50 %, что позволит так же легко извлекать масло, а отходы можно превращать в удобрения, на основе которых будут выращиваться новые водоросли. Идея считается интересной, но свою жизнеспособность пока что не доказала: публикация об успешных экспериментах в этой области пока не опубликовано.

Термоядерный синтез

Будущая энергетика мира, по мнению современных ученых, невозможна без технологий термоядерного синтеза. Это, на данный момент, самая перспективная разработка, в которую уже вкладывают миллиарды долларов.

В атомных электростанциях используется энергия деления. Она опасна тем, что есть угроза возникновения неуправляемой реакции, которая уничтожит реактор, и приведет к выбросу огромного количества радиоактивных веществ: пожалуй, все помнят аварию на Чернобыльской АЭС.

В реакциях термоядерного синтеза, что следует из названия, используется энергия, выделяемая при слиянии атомов. В результате, в отличие от атомного деления, не образуется никаких радиоактивных отходов.

Главной проблемой является то, что в результате термоядерного синтеза образуется вещество, имеющее настолько высокую температуру, что может уничтожить весь реактор.

Эта энергетика будущего — реальность. И фантазии здесь неуместны, на данный момент на территории Франции уже началась постройка реактора. Несколько миллиардов долларов вложено в экспериментальный проект, который профинансирован многими странами, в число которых, помимо ЕС, входят Китай и Япония, США, Россия и другие. Изначально первые эксперименты планировалось запустить уже в 2016 году, однако расчеты показали, что бюджет слишком мал (вместо 5 миллиардов потребовалось 19), и запуск перенесли еще на 9 лет. Возможно, через несколько лет мы увидим, на что способна термоядерная энергетика.

Проблемы настоящего и возможности будущего

Не только ученые, но и писатели-фантасты, дают множество идей для воплощения технологии будущего в энергетике, однако все сходятся на том, что пока что ни один из предложенных вариантов не может произвести полное обеспечение всех потребностей нашей цивилизации. К примеру, если все автомобили в США будут ездить на биотопливе, полями канолы придется засадить территорию, равную половине всей страны, без учета того, что земель, пригодных для земледелия в Штатах не так уж много. Более того, пока что все способы производства альтернативной энергии — дороги. Пожалуй, каждый из простых городских жителей, согласен, что важно использовать экологически чистые, возобновляемые ресурсы, однако не в случае, когда им озвучивают стоимость такого перехода на данный момент. Ученым предстоит еще много работать в этой сфере. Новые открытия, новые материалы, новые идеи — все это поможет человечеству успешно справиться с назревающим ресурсным кризисом. Решить энергетическую проблему планеты можно только комплексными мерами. В некоторых областях удобнее применять добычу энергии с помощью ветра, где-то — солнечные батареи, и так далее. Но, возможно, главным фактором станет снижение энергопотребления в целом и создание энергосберегающих технологий. Каждый человек должен понимать, что несет ответственность за планету, и каждый должен задать себе вопрос: «Какую энергетику я выбираю для будущего?» Прежде чем перейти на другие ресурсы, каждый должен осознать, что это действительно необходимо. Только при комплексном подходе удастся решить проблему энергопотребления.

fb.ru

10 источников энергии будущего / Альтернативная энергетика

Представляем вам список из десяти самых многообещающих источников энергии будущего.

10. Космические солнечные станции

Каждый час земля получает столько солнечной энергии, больше, чем земляне ее используют за целый год. Один из способов использование этой энергии, создание гигантских солнечных ферм, которые будут собирать часть высокоинтенсивного и бесперебойного солнечного излучения.

Огромные зеркала будут отражать солнечные лучи на коллектора меньшего размера. Затем эта энергия будет передаваться на землю с помощью микроволновых или лазерных пучков.

Одна из причин, почему этот проект находится на стадии идеи – это его огромная стоимость. Тем не менее, он может стать реальностью не в столь отдаленное время из-за развития гелеотехнологий и уменьшения стоимости вывоза грузов в космос.

9. Энергия человека

У нас уже есть устройство заряжаемое человеком, но ученые работают над тем, как получить энергию от обычного движения. Речь идет о микроэлектронике, но потенциал велик, при целевой аудитории в миллиард людей. Сегодня разрабатывается электроника, потребляющая все меньше энергии и однажды возможно, ваш телефон будет заряжаться, болтаясь в сумке, в кармане или в ваших руках и при вождением пальцем по экрану.

В национальной лаборатории Лоуренса в Беркли ученые представили устройство, использующие вирусы для трансформации давления в электричество. Это звучит потрясающе, но пока объяснить, как это работает невозможно. Так же есть небольшие переносные системы пассивно производящие энергию во время вашего движения. Энергия человека не спасет от глобального потепления, но может спасти любая мелочь.

8. Энергия волн и приливов

Обуздание всей энергии движения океана могло зарядить весь мир несколько раз, поэтому более 100 компаний работают над этим. Из-за упора на энергию солнца и ветра, приливную энергетику вытеснили из первых рядов, но она становится более эффективной.

Например, проект «Устрица» — это шарнирный клапан на дне океана, мощностью 2,4 МВт, которые открывая и закрывая, качают воду на берег, где она приводит в движение стандартную гидроэлектрическую турбину. Одна такая установка могла бы обеспечить энергией целый микрорайон или пару больших многоэтажек, то есть, около 2500 семей.

Еще один пример, крыловидная турбина «Терминатор», которую создал инженер из военно-воздушной академии США. Она использует принцип подъемной силы, а не винтовое вращение, что теоретически позволяет ей собирать 99% энергии волн, в отличии от 50%-й эффективности нынешних приливных станций.

В городе Перт в Австралии, впервые установили опреснительные установки, которые работают от энергии волн. Они обеспечивают пресной водой 500 тыс. жителей.

7. Водород (топливные ячейки)

rodovid.me

Альтернативные источники энергии — 20 наиболее интересных и перспективных

• Новости
• Почитать
• Данные
• События
• Инструменты

• Почитать
• Полезное
• Интервью
• Обзоры

• Данные
• Компании
• Персоны
• Мероприятие

• Инструменты
• Карта

• Новости
• Почитать
  • Полезное
  • Интервью
  • Обзоры
• Данные
  • Компании
  • Персоны
  • Мероприятия
• События
• Инструменты
  • Карта

Войти

FontLoader

uaenergy.com.ua

10 лучших альтернативных источников энергии

Наша цивилизация нуждается в огромных количествах энергии — для любого вида производства, заправки транспорта, освещения домов… Но Земля, кажется, совершенно неистощима.



«Солнечные окна». Солнце — очевидный и надёжный источник энергии, но для солнечных батарей требуются чрезвычайно дорогие материалы. Технология SolarWindow использует прозрачные пластиковые стёкла, служащие одновременно панелями солнечных батарей. Их можно устанавливать в качестве обычных окон, и цена производства вполне приемлема.



Приливы. Мы начали присматриваться к приливам в качестве источников энергии совсем недавно. Наиболее перспективный волновой генератор — Oyster — был разработан лишь в 2009 году. Название переводится как «устрица», так как именно её он внешне напоминает. Двух установок, запущенных в Шотландии, хватает для обеспечения энергией 80 жилых домов.



Генератор микроволн — амбициозный проект британского инженера Роберта Шоера, предлагающий полностью отказаться от привычного топлива космических аппаратов. Резонирующие микроволны гипотетически должны создавать мощную реактивную тягу, при этом попутно опровергая третий закон Ньютона. Работает система или является шарлатанством, пока неясно.



Вирусы. Учёные из Национальной лаборатории им. Лоуренса в Беркли пару лет назад обнаружили вирус, способный создавать электроэнергию за счёт деформации модифицированных материалов. Такие свойства проявили безвредные вирусы-бактериофаги M13. Сейчас эта технология используется для подпитки экранов ноутбуков и смартфонов.



Один из самых известных и широко распространённых альтернативных источников энергии — геотермальная. Она берётся из жара самой Земли и потому не тратит её ресурсов. Одна тепловая электростанция, «сидящая» на вулкане, обеспечивает током около 11500 жилых домов.



Существует ещё одна солнечная батарея нового типа, правда, делающая упор не на дешевизну, а на эффективность. Betaray представляет из себя наполненную особой жидкостью сферу, обтянутую улавливающими тепло панелями. Устройство вырабатывает в четыре раза больше энергии, чем обычные солнечные батареи.



Биотопливо — весьма перспективный источник энергии, буквально выращиваемый на полях. Его добывают из растительных масел — например, сои или кукурузы. Но самыми перспективными являются… водоросли, отдающие стократно больше ресурсов, чем наземные растения. И даже отходы от них можно использовать в качестве удобрения.



Радиоактивный торий весьма напоминает уран, но отдаёт в 90 раз больше энергии! Правда, для этого учёным приходится изрядно попотеть, и в основном торий играет второстепенную роль в ядерных реакторах. Его запасы в земной коре превышают запасы урана в 3−4 раза, так что потенциально торий способен обеспечить человечество энергией на сотни лет.



Надувная турбина по сути является следующим уровнем развития ветряных электростанций. Турбина, наполненная гелием, поднимается на высоту до 600 метров, где ветер дует постоянно и с огромной силой. Кроме окупаемости по энергии, устройство также весьма устойчиво к любой непогоде и дешево.



Международный экспериментальный термоядерный реактор. Несмотря на все опасности, связанные с атомными станциями, они всё равно остаются мощнейшими источниками энергии, изобретёнными человеком. ITER — проект международного термоядерного реактора, в котором участвуют: страны ЕС, Россия, США, Китай, Корея, Япония и Казахстан. Конец строительства реактора запланирован на 2020 год.

Основные источники энергии — например, уголь или нефть, имеют обыкновение кончаться, и к тому же загрязняют окружающую среду. Им противопоставляются возобновляемые ресурсы — такие как геотермальная энергия или солнечное излучение. Рассмотрим десять альтернативных источников энергии, которые уже показали себя в деле.

www.popmech.ru

1 Современные и перспективные источники электроэнергии

1.1 Энергоресурсы

Реки были первым источником энергии, и, вероятно, первой машиной, в которой человек использовал энергию воды, была примитивная водяная турбина. Свыше 2000 лет назад горцы на Ближнем Востоке уже пользовались водяным колесом в виде вала с лопатками (рис. 1.1). Почти полторы тысячи лет после распада Римской империи водяные колеса служили основным источником энергии для всевозможных производственных процессов в Европе, заменяя физический труд человека.

Турбина – энергетически очень выгодная машина, потому что вода легко и просто меняет поступательное движение на вращательное. Тот же принцип часто используют и в машинах, которые внешне совсем не похожи на водяное колесо (если на лопатки воздействует пар, то речь идет о паровой турбине).

Преимущества гидроэлектростанций очевидны: постоянно возобновляемый самой природой запас энергии, простота эксплуатации, отсутствие загрязнения окружающей среды.

Уголь. Мировые геологические запасы угля, выраженные в условном топливе, оцениваются в 12000 млрд т, из которых 6000 млрд т относятся к достоверным. Наглядное представление о мировых запасах угля и перспективах их использования дает рис. 1.2. Наибольшими достоверными запасами располагают Россия и США. Значительные достоверные запасы имеются в ФРГ, Англии, КНР и ряде других стран. Современная техника и технология позволяют экономически оправданно добывать лишь 50 % от всех достоверных запасов угля.



Рисунок 1.1 — Схема простого водяного колеса с вертикальным валом



Рисунок 1.2 — Оценки мировых запасов угля:

а– на различных континентах;б– перспектива использования

Запасы угля мирового масштаба находятся в Восточной и Западной Сибири. Среди подсчитанных общих геологических запасов углей в России более 90 % составляют энергетические угли и менее 10 % дефицитные коксующиеся угли, необходимые для металлургии. Энергетические угли большой массы (202 млрд т) имеются на площадях, пригодных для открытой разработки. Это, например, Канско-Ачинский бассейн в Восточной Сибири, где имеются запасы бурых углей в мощных (от 20 до 40 м) пластах, залегающих на глубине менее 200 м от поверхности, и многие другие.

Атомная энергия.При исследовании распада атомных ядер оказалось, что каждое ядро весит меньше, чем сумма масс его протонов и нейтронов. Это объясняется тем, что при объединении протонов и нейтронов в ядро выделяется много энергии. Убыль массы ядер на 1 грамм эквивалентна количеству тепловойэнергии, получаемой при сжигании300вагонов каменного угля.

Нейтрон – электрически нейтральная частица, поэтому легко может проникнуть в атомное ядро. Под действием одного нейтрона наступает деление (расщепление) ядра. Например ядро урана-235 распадается на два приблизительно одинаковых осколка, например на ядра криптона и бария. Эти осколки с огромными скоростями разлетаются в разных направлениях. Но главное в этом процессе, что при распаде одного ядра урана возникают два-три новых свободных нейтрона. Каждый из новых нейтронов может сделать то же, что сделал первый, когда расщепил одно ядро. Так происходит цепная реакция, и, если ею не управлять, она приобретает лавинный характер и заканчивается мощнейшим взрывом.

Энергия, выделяющаяся при термоядерной реакции на единицу топлива, превосходит энергию, получаемую при расщеплении (делении) тяжелых ядер урана или плутония. Количество энергии, выделяемой газообразным дейтерием массой 1 кг в результате реакции синтеза, соответствует энергии, выделяемой при сжигании 10 тыс. т угля.

Одним из перспективных источников получения электричества является освоение термоядерной энергии, т. е. энергии трития и дейтерия, содержащейся в неисчерпаемых количествах в воде океанов.

Ветровая энергия.По оценкам различных исследований, общий ветроэнергетический потенциал Землиприблизительно равен 175219 тыс. ТВтч в год. Однако с пользой может быть использовано только 5 %.

Возможности применения этого вида энергии в различных районах Земли неодинаковы. Среднегодовая скорость ветра на высоте 20–30 м над поверхностью Земли должна быть достаточно большой, чтобы мощность воздушного потока, проходящего через надлежащим образом ориентированное вертикальное сечение, достигала значения, приемлемого для преобразования. Ветроэнергетическая установка, расположенная на площадке, где среднегодовая удельная мощность воздушного потока составляет около 500 Вт/м2(скорость воздушного потока при этом равна 7 м/с), может преобразовать в электроэнергию около 175 из этих 500 Вт/м².

Геотермальная энергия.Энергетика земли – геотермальная энергетика, базируется на использовании природной теплоты Земли. Под геотермальной энергией понимают физическое тепло флюидов (сухих горячих паров и воды) и сухих горных парод, расположенных на различных глубинах и имеющих температуры, превышающие температуру воздуха на поверхности.

Верхняя часть земной коры имеет термический градиент, равный 20–30°С в расчете на 1 км глубины. По данным Уайта (1965 г.), количество теплоты, содержащейся в земной коре до глубины 10 км (без учета температуры поверхности), равно приблизительно 12,6·10²⁶Дж. Эти ресурсы эквивалентны теплосодержанию 4,6·10¹⁶т угля (принимая среднюю теплоту сгорания угля равной 27,6·10⁹Дж/т), что более чем в 70 тыс. раз превышает теплосодержание всех мировых ресурсов угля, которые можно извлечь с техническо-экономической точки зрения.

Наибольший интерес представляют гидротермальные источники, при которых подземное тепло выносится на поверхность через скважину потоком горячей термальной воды. Вода, поступающая на поверхность, находится под давлением и в большинстве случаев перегрета. При сбросе давления эта вода вскипает и превращается в пар, который может быть использован в паровой турбине.

В настоящее время термальные воды широко применяются для отопления и горячего водоснабжения в ряде стран. Так, столица Исландии Рейкьявик почти полностью обогревается теплотой подземных источников. Вбольших масштабах термальные воды для теплоснабжения используют в Австралии, Новой Зеландии, Италии.

Эксплуатация первой геотермальной электростанции была начата в Италии в 1904 г. Интерес к таким станциям возрос в последние годы в связи с резким увеличением цен на ископаемое топливо на мировом рынке.

Энергия мирового океана.Запасы энергии в Мировом океане колоссальны, ведь две трети земной поверхности (361 млн км²) занимают моря и океаны. АкваторияТихого океана составляет 180 млн км², Атлантического– 93 млн км², Индийского – 75 млн км².Тепловая (внутренняя) энергия, соответствующая перегреву поверхностных вод океана по сравнению с донными, скажем, на 20 градусов, имеет величину в 10²⁶Дж. Кинетическая энергия океанских течений оценивается величиной в 10¹⁸Дж.

Тепловая энергия океана. Последнее десятилетие характеризуется определенными успехами в использовании тепловой энергии океана. Созданы установки мини-ОТЕС и ОТЕС-1 (ОТЕС – ОсеаnТhеrmalEnergyConversion, т.e. преобразование тепловой энергии). В августе 1979 г. вблизи Гавайских островов начала работать теплоэнергетическая установка мини-ОТЕС. Пробная эксплуатация установки в течение трех с половиной месяцев показала ее достаточную надежность.

При непрерывной круглосуточной работе не было срывов, если не считать мелких технических неполадок, обычно возникающих при испытаниях любых новых установок. Ее полная мощность составляла в среднем 48,7 кВт, максимальная – 53 кВт; из которых 12 кВт (максимум 15) установка отдавала во внешнюю сеть на полезную нагрузку, точнее – на зарядку аккумуляторов. Остальная вырабатываемая мощность расходовалась на собственные нужды установки, в число которых входят затраты энергии на работу трех насосов, потери в двух теплообменниках, турбине и генераторе электрической энергии.

Энергия приливов и отливов. Прилив – ритмичное движение морских вод, которое вызывают силы притяжения Луны и Солнца.

Самые высокие и сильные приливные волны возникают в мелких и узких заливах или устьях рек, впадающих в моря и океаны. В течение лунных суток, т. е. за 24 ч 50 мин, дважды наблюдается повышение и понижение уровня воды в морях и океанах. Амплитуда колебаний уровня воды в различных точках земного шара зависит от широты и характера берега континента. Ее величина может быть значительной. Так, около Магелланова пролива зарегистрирована амплитуда колебаний уровня воды 18 м, а около берегов Америки 21 м. Приливная волна Индийского океана катится против течения Ганга на расстояние 250 км от его устья. Приливная волна Атлантического океана распространяется на 900 км вверх по Амазонке. В закрытых морях, например Черном или Средиземном, возникают малые приливные волны высотой 5070 см. Максимального уровня приливная волна достигает в тех случаях, когда Земля, Луна и Солнце находятся на одной прямой (рис. 1.3).



Рисунок 1.3 — Положения Солнца, Луны и Земли, влияющие на приливы

С 1967 г. в устье реки Ранс во Франции на приливах высотой до 13 метров работает ПЭС мощностью 240 тыс. кВт с годовой отдачей 540 тыс. кВтч. Советскийинженер Н.А. Бернштейн разработал удобный способ постройки блоков ПЭС, буксируемых на плаву в нужные места, и рассчитал рентабельную процедуру включения ПЭС в энергосети в часы их максимальной нагрузки потребителями. По проекту Бернштейна в 1968 году была построена ПЭС в Кислой Губе около Мурманска.

Энергия морских течений. Важнейшее и самое известное морское течение – Гольфстрим. Его основная часть проходит через Флоридский пролив между полуостровом Флорида и Багамскими островами. Ширина течения составляет 60 км, глубина до 800 м, а поперечное сечение 28 км². Активную энергию, которую несет такой поток воды со скоростью 0,9 м/с, можно рассчитать по формуле (Вт):

гдеm– масса воды (кг),р– плотность воды (кг/м³),А– сечение (м²),– скорость (м/с).

Энергия морского течения Гольфстрим составляет 50000 МВт.

Если бы мы смогли полностью использовать эту энергию, она была бы эквивалентна суммарной энергии от 50 крупных электростанций по 1000 МВт. Но эта цифра чисто теоретическая, а практически можно рассчитывать на использование лишь около 10 % энергии течения.

Энергия волн. В настоящее время в ряде стран, и в первую очередь в Англии, ведутся интенсивные работы по использованию энергии морских волн. Британские острова имеют очень длинную береговую линию, и во многих местах море остается бурным в течение длительного времени. По оценкам ученых, за счет энергии морских волн в английских территориальных водах можно было бы получить мощность до 120 ГВт, что вдвое превысило бы мощность всех электростанций, принадлежащих Британскому Центральному электроэнергетическому управлению.

Один из проектов использования морских волн основан на принципе колеблющегося водяного столба. В гигантских «коробах» без дна и с отверстиями вверху под влиянием волн уровень воды то поднимается, то опускается. Столб воды в коробе действует наподобие поршня: засасывает воздух и нагнетает его в лопатки турбин. Главную трудность здесь составляет согласование инерции рабочих колес турбин с количеством воздуха в коробах так, чтобы за счет инерции сохранялась постоянной скорость вращения турбинных валов в широком диапазоне условий на поверхности моря.

Энергия солнца.Почти все источники энергии, о которых мы говорили, так или иначе используют энергию Солнца: уголь, нефть, природный газ суть не что иное, как «законсервированная» солнечная энергия.

Лучистая энергия Солнца, поступающая на Землю, представляет собой самый значительный источник энергии, которым располагает человечество. Поток солнечной энергии на земную поверхность эквивалентен условному топливу массой 1,210¹⁴т.

Вся энергия, испускаемая Солнцем, больше той ее части, которую получает Земля, в 5000000000 раз. Но даже такая «ничтожная» величина в 1600 раз больше энергии, которую дают все остальные источники, вместе взятые. Солнечная энергия, падающая на поверхность одного озера, эквивалентна мощности крупной электростанции.

Энергия биомассы.Понятие «биомасса» относят к веществам растительного или животного происхождения, а также отходам, получаемым в результате их переработки. В энергетических целях энергию биомассы используют двояко: путем непосредственного сжигания или путем переработки в топливо (спирт или биогаз).

Одно из наиболее перспективных направлений энергетического использования биомассы – производство из неё биогаза, состоящего на 5080 % из метана и на 2050 % из углекислоты. Его теплотворная способность 56 тыс. ккал/м³ .

Наиболее эффективно производство биогаза из навоза. Из одной тонны его можно получить 1012 м³метана.

Биогаз можно конвертировать в тепловую и электрическую энергию, использовать в двигателях внутреннего сгорания для получения синтезгаза и искусственного бензина.

Производство биогаза из органических отходов дает возможность решать одновременно три задачи: энергетическую, агрохимическую (получение удобрений типа нитрофоски) и экологическую.

Предполагается, что топливо на энергетических плантациях будет производиться по ценам примерно 25 долл/т, что ниже современных мировых цен на нефть.

Для получения тепловой мощности, равной 100 МВт, потребуется примерно 50 м²площади энергетических плантаций.

Химическая энергия водорода.Химическая энергия водорода приобретает в последнее время большое значение. Запасы водорода неистощимы и не связаны с каким-то регионом планеты, так как он имеется везде и может быть использован повторно неограниченное число раз. Водород в связанном состоянии содержится в молекулах воды.

Нефть и газ. Оценка мировых запасов нефти в настоящее время представляет особый интерес. Это вызвано быстрым ростом ее потребления и тем, что во многих странах (Японии, Швеции и др.) нефть при производстве электроэнергии вытеснила уголь (в последнее время этот процесс приостановился). На транспорте за счет нефти в настоящее время удовлетворяется свыше 90 % мирового потребления энергии.

Мировые геологические запасы газа оцениваются в 140170 трлн м³.

Нефть и газ нужны не столько как энергетическое сырье, сколько как сырье для химической промышленности. В настоящее время известно более 5000 синтетических полезных продуктов, получаемых из нефти и газа, и число их ежегодно увеличивается. Однако пока только 35 % от добытых запасов перерабатывается как химическое сырье.

studfile.net

Топ-10 источников энергии будущего

Об отказе от добычи полезных ископаемых заговорили несколько десятилетий назад. Доступных запасов нефти, газа и угля землянам хватит ненадолго, поэтому надо повышать энергоэффективность. Еще одна причина — экологические проблемы, которые ощущают все жители планеты. Но для того, чтобы отказаться от классических источников энергии, необходимо найти им замену — если не более выгодную, то хотя бы сопоставимую по эффективности. Что предлагают ученые взамен газа, нефти и угля?

1. Космические солнечные станции собирают больше энергии светила, чем наземные

Экономически выгодное производство солнечной энергии — штука сложная,  так как из-за атмосферы Земли интенсивность солнечного освещения недостаточна. Один из вариантов решения проблемы — построить космические «солнечные фермы», которые будут собирать излучение Солнца «в чистом виде» и передавать накопленную энергию на Землю при помощи лазерных лучей или микроволн. Проблема в цене — она превышает разумную. Но в будущем солнечные батареи будут эффективнее, цена вывода кораблей и грузов на орбиту уменьшится, и  «космические солнечные фермы» вполне смогут доставлять нам энергию. 



_{Схема, показывающая разницу в количестве лучей, попадающих на земную солнечную станцию (слева) и на космическую (справа).}

_{Источник: Chabacano, лицензия GFDL.}




_{Концепт станции, которая собирала бы энергию Солнца, авторства НАСА}

2. Энергия человека заряжает гаджеты 

Системы, которые можно зарядить с помощью силы мышц, уже существуют. Но человек производит огромное количество движений, которые — теоретически — можно было бы трансформировать в энергию. Условно говоря, сейчас вы водите пальцем по экрану смартфона «впустую» — а могли бы в процессе заряжать смартфон. Если девайс может посчитать количество шагов и реагировать на движение, почему его нельзя зарядить от движения пальцев? Ученые исследуют этот вопрос, но результатов или прототипов самозаряжающихся устройств пока нет.

3. Приливы — еще один источник энергии

В приливной энергетике работает сотня компаний, а энергия волн в некоторых регионах используют в практических целях. Так, в Австралии часть опреснительных установок полностью обеспечивают энергией за счет приливов и отливов.

4. Водород — дёшево и экологически чисто

Раньше шаттлы NASA заправлялись именно этим видом топлива. Проблема в том, что водород хоть самый распространенный элемент в космосе, на Земле есть только в виде соединений. А значит, для получения чистого элемента нужно потратить энергию. Зато после его можно «упаковать» в топливные ячейки и использовать по назначению. Honda, например, производит автомобили, которые передвигаются на энергии из таких «водородных ячеек». Водородные заправки строят в Калифорнии (США), Южной Корее и Германии.

5. Геотермальная энергетика — энергия лавы

Благодаря лаве получают 27% энергии на Филиппинах и 30% энергии в Исландии. В Исландии же недавно открыли крутой источник геотермальной энергии — подземное магматическое озеро, и эффективность производства геотермальной энергии выросла в 10 раз.

Это выгодная система, но она слишком зависит от геологических особенностей территории. Магму, в отличие от газа или нефти, по трубопроводу не перекачаешь.

6. Ядерные отходы — старые урановые стержни можно использовать заново 

В конструкции «классической» атомной электростанции урановые стержни погружены в воду, а к концу срока их службы использованными оказываются только 5% атомов урана — остальные 95% отправляются в утиль с маркировкой «ядерные отходы». Новая технология предполагает погружать стержни в жидкий натрий и позволит поменять соотношение использованных и неиспользованных ресурсов — 5% урана уйдет в отходы, а 95% превратятся в энергию. Причем в таких реакторах можно повторно использовать стержни, списанные с атомных электростанций предыдущего поколения. Компания Hitachi уже построила новые «быстрые реакторы» и продаёт их, но построить такую станцию очень дорого. К тому же мир все еще с опаской относится к атомным электростанциям — все помнят о нескольких крупных авариях, включая и катастрофу на Чернобыльской АЭС.

7. Прозрачные (оконные) солнечные батареи

Германия, где климат не слишком отличается от украинского, занимается производством солнечной энергии. Стоимость производства батарей падает, а эффективность и популярность растут. Тем более что ученые из Лос-Анжелеса придумали прозрачные солнечные батареи, которые монтируются прямо на оконное стекло. Технология дорогая, но в ближайшие 2-3 года подешевеет достаточно, чтобы предложение было экономически выгодным.

8. Биотопливо из водорослей

За 11 лет — с 2002 по 2013 год — производство биотоплива выросло примерно на 500%. Причина — потребность в этаноле (спирте) и биодизеле, которые добавляют к топливу. По задумке Генри Форда, изобретателя современного автомобиля, двигатель и должен был работать на этаноле. Но тогда как раз открыли много новых месторождений нефти, и она была очень дешёвой. Сейчас это не самый выгодный вид топлива, и этанол возвращается. Проблема «классического» биотоплива — этанола — в том, что для его производства используют то же сырье и те же земли, что и для выращивания пищевых культур. То есть энергетическая отрасль начинает конкурировать с пищевой.

Решить эту проблемы можно с помощью водорослей. Неприхотливые, быстрорастущие, позволяющие легко добывать необходимые компоненты, а «сухой остаток» пускать в переработку и использовать для выращивания нового урожая водорослей.

9. Летающие ветряки — перерождение старой технологии

Использование энергии ветра — классическая технология. Но её эффективность можно существенно увеличить, а энергию добывать по всему миру, а не только в регионах с благоприятным рельефом. Для того, чтобы «ветряные мельницы» были эффективными, нужна значительная сила ветра. А решается проблема просто: достаточно поднять ветряную турбину на 300-600 метров над уровнем моря, где потоки воздуха сильнее и стабильнее. Первые «летающие ветряки» установят на Аляске. Конструктивно это дирижабль со смонтированной турбиной. При слишком сильном ветре такой ветряк самостоятельно «паркуется» на земле. А автоматика позволит ей выбирать оптимальное положение в пространстве.

10. Термоядерный синтез — источник почти бесконечной энергии

Ядерный синтез безопасен, так как, в отличие от ядерного реактора, он соединят атомы, а не расщепляет их. Существует международный проект по разработке термоядерного реактора — ITER, к которому подключились страны ЕС (официально заявленные как единое целое в рамках данного проекта), а также Китай, Индия, Россия, Республика Корея, США, Казахстан и Япония. Проект существует уже 25 лет, инженерная разработка технической конструкции реактора давно завершена. В 2013 году его начали строить во Франции. К 2020 ученые планируют начать первые эксперименты с плазмой.

Параллельно некоторые коммерческие организации ведут собственные исследования в том же направлении. В случае успеха мир будет обеспечен дешевой и практически бесконечной энергией.

via

businessviews.com.ua

10 альтернативных источников энергии, о которых вы ничего не знали

Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.



Джоули из турникетов

Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.

Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.

В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.



Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.



«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу. 

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.



Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.



Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа – во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.



Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов, работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Такой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.



Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.



Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства. 

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.



Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод, загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала – не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.



«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало – его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

Смотреть далее: 10 самых красивых ветряных электростанций мира

recyclemag.ru

No related posts.