От животного жира до газогидратов

Ученые испокон века бьются над разработкой альтернативных видов топлива и энергии. "Огонек" присмотрелся к самым перспективным проектам

Водород, да не тот

Сегодня помимо военных и космических технологий водород используют и во вполне земных условиях: на нем работает целое семейство автомобильных двигателей. Так как сжигать чистый водород дорого и взрывоопасно, распространение получили водородные топливные элементы. Они вырабатывают электроэнергию, которая может накапливаться, превращая автомобиль в безопасную и экологичную батарейку. КПД таких двигателей около 45% (есть варианты до 57%), в то время как у классических двигателей не выше 35%. Увы, эти топливные элементы недешевы, что и тормозит их распространение.

На жидком морозе

Паровоз на жидком азоте придумали еще в 1902 году. Принцип: жидкий азот при комнатной температуре нагревается, расширяется и под огромным давлением поступает из теплообменника в двигатель. Чисто, нешумно, красиво. Беда в том, что сжижение азота — дорогой и энергозатратный процесс, а низкая температура (-195,75°С) требует герметичности, иначе у оператора отмерзнут руки. Вдобавок низкая температура ведет к конденсированию кислорода, а в жидком виде он реагирует с тем же бензином. Тем не менее несколько рабочих групп в мире пытаются обуздать жидкий мороз.

Со стола — в мотор

Чтобы избавиться от нефти с колоссальным загрязняющим потенциалом, ученые предложили перерабатывать в топливо привычные продукты: растительное масло, животные жиры, простые спирты. Сейчас биотопливо чаще смешивают с привычным дизелем и заправляют в дизельные автомобили. Топливо первого поколения делали из сельхозкультур типа рапса, сои и пальмового масла. Потом добрались до жиросодержащих продуктов: оказалось, что для заправки авто годится старое масло из придорожной закусочной. Новый тренд — микроводоросли. Но если с экологией все отлично, КПД таких двигателей по-прежнему оставляет желать лучшего.

На животной тяге

Автомобили на метане появились еще в 1930-е годы из-за нехватки обычного топлива. Тем не менее в наши дни метановая индустрия вышла на новый уровень. Вообще, метан крайне распространенный газ, его много в земных недрах, но еще больше выделяют животные в качестве побочного продукта пищеварения. Также он выделяется из гниющего навоза и растительных остатков, на таком топливе многие фермы достигли энергонезависимости. Отходы от свиней и коров отправляют на длительное гниение в огромные чаны, а когда заканчивается процесс дегазации, сухой остаток идет на удобрение полей. Такой вот круг жизни.

Солнечный дар

Солнечная энергия — идея заманчивая, особенно для тропических стран, где солнце с равной интенсивностью светит весь год. Перспективна она и в космосе. В целом же на Земле доля солнца в общей выработке энергии не более 1%, что в 100 раз больше, чем еще 10 лет назад: рынок растет вслед за ростом мощности электростанций. По прогнозам, к 2050-му эта энергетика обеспечит 25% потребностей человечества. Кстати, у экологов к ней отношение смешанное: с одной стороны, не сжигаются углеводороды, с другой — производство панелей связано с использованием ядовитых металлов.

Приливная энергия

Водяные мельницы, гидравлические насосы, ГЭС — вода рек и озер работает на нас давно и исправно. При этом морские приливы хранят куда большую мощь: повинуясь лунным суткам, морские воды то наступают на сушу, то отступают, и потенциал этой энергии колоссален. Самая мощная приливная электростанция (ПЭС) сегодня в Южной Корее (254 МВт). В РФ есть экспериментальные ПЭС (не более 12 МВт). ПЭС безопасны для окружающей среды, но эксперты опасаются, что они могут замедлить вращение Земли. Хотя для видимого эффекта их суммарная мощность должна превысить 1000 ГВт.

Невольные волны

Если ПЭС строятся на берегу, то для ловли волн сооружения нужны в море. Потенциал волновой энергетики — свыше 2 млн МВт. Привлекательные районы — западное побережье Европы, Тихоокеанское побережье обеих Америк, Австралии. ВЭС могут быть и волногасителями, защищать пирсы и шельфовые сооружения от разрушительного действия вод. Кинетическая энергия волн на порядок выше, чем энергия ветра, который их вызывает, а это делает волновую энергетику выгоднее ветряной. Оборотная сторона: ВЭС могут замедлить вращение Земли и вытеснить из гаваней рыбаков, не говоря уже о серферах.

Ветряное чудо

Ветроэлектростанции, как ни странно, весьма древнее изобретение. Первая из них заработала в Дании в 1890 году, к 1908-му их было уже 72. Ветровая энергетика постепенно развивалась вплоть до 1940-х годов, когда была почти забыта как низкоэффективная. Второе рождение она пережила в начале 1970-х и с тех пор набирает популярность. Существенным недостатком ветряных ферм считают собственно источник энергии — ветер слишком переменчив и непостоянен. Еще ветряки занимают много пространства и помимо электричества генерируют очень много шума.

Разница греет

Соединение солнечной и гидроэнергетики привело к рождению энергетики температурного градиента морской воды. Суть: вода на поверхности моря гораздо теплее, чем та, что ниже, особенно в тропических регионах. По расчетам, за счет внутренних движений водных масс можно получить около 10 тысяч ГВт. Пока что градиентная энергетика не получила распространения. Несмотря на расчеты, наибольшая полученная мощность составляет всего 120 кВт — рекорд установлен японской станцией в Науру, пущенной в 1981 году, 75% энергии идет на нужды самой станции, остальное питает школу и другие объекты в Науру.

Газ в шубе

Газогидраты — это молекулы природного газа, не замурованные в горной породе, а окруженные молекулами воды, которые плотно их держат. Внешне это грязноватые хлопья, которые испаряются на поверхности: для образования газогидратов нужно специфическое соотношение температуры и давления, которые встречаются только на дне морей и океанов. В 2013-м Япония начала разработку такого месторождение, по расчетам, запасов газа там лет на 10. При горении они выделяют огромное количество энергии. Проблемой является сохранение стабильности газогидратов, но это, похоже, лишь дело техники.

Подготовила Мария Сотскова