Солнечный асфальт: путь в будущее или дорога в никуда?

20 Января 2018 в 10:00, Илья Хель 9 834 просмотра 60

По некоторым подсчетам, порядка 0,2–0,5 процента поверхности мировой суши покрыто дорогами. И это отношение должно увеличиться на 60% к 2050 году. Поразительно много места отведено дорогам, а ведь они служат по большей части только для транспорта. Что, если заставить их вырабатывать энергию? В Китае ведется строительство одной из первых в мире солнечных трасс. Могут ли шоссе, покрытые солнечными панелями, стать энергетическими станциями будущего?

Одним из преимуществ ископаемого топлива по отношению к возобновляемым источникам энергии является плотность энергии. Причина довольно проста: ископаемое топливо — это возобновляемая энергия, которая накапливается в течение миллионов лет. Нефть, уголь, природный газ — это все запасы энергии, которые были созданы из растений (и животных, которые эти растения ели) и накапливали солнечную энергию в течение тысячелетий с помощью фотосинтеза. Получается, ископаемые виды топлива более энергоемкие, чем использование солнечной энергии в реальном времени.

Проще говоря: ископаемое топливо требует намного меньше земли для производства энергии, чем солнечные батареи.

Одним из крупнейших препятствий на пути к использованию возобновляемых источников энергии является физическое пространство, необходимое для обслуживания этих источников. А наш постоянно растущий уровень потребления энергии превращает все это в проблему. Первичная энергия — общий объем энергии, потребляемой людьми, из всех источников — включает ископаемое топливо и возобновляемые источники. В 2016 году мы потребили 478 ТВт первичной энергии, и это число растет с каждым годом.

Например, если вы хотите обеспечить все наши потребности в энергии за счет кукурузного биоэтанола, который имеет плотность производства энергии порядка 0,2 Вт на квадратный метр (одну из худших среди биотоплива), нужно порядка 2 х 1015 квадратных метров земли, чтобы выращивать кукурузу. К сожалению, это более чем в четыре раза больше площади поверхности Земли.


Противники возобновляемых источников энергии используют этот пример, чтобы показать, что инфраструктура возобновляемой энергии просто невозможна. Но это преувеличение; плотность энергии для массивов солнечных батарей может достигать 20 Вт/м2 или даже больше, а на это поверхности Земли вполне хватит. Стоит также отметить, что энергия, производимая солнечными панелями, имеет форму высококачественного электричества.

Поскольку отказ от ископаемого топлива означает использование электроэнергии вместо сжигания топлива, что зачастую является более эффективным, мы бы потребляли меньше первичной энергии в мире без ископаемого топлива; электростанции на ископаемом топливе эффективны не на 100%, а некоторые теряют до 70% первичной энергии при преобразовании в электричество. Однако масштабы возобновляемых источников, которые могли бы заменить традиционные источники энергии, потребуют много земли.

Вполне естественно, что многие люди рассматривают дорожные сети в качестве варианта.

Учитывая то, что земля уже покрыта дорогами, ущерб экологии будет довольно низким. Такие электростанции не будут страдать от проблем удаленности, с которыми мы могли бы столкнуться в Сахаре; для ремонта и обслуживания будет достаточно добраться до них… по дороге. Добавьте светодиоды и появится разметка, дорожные знаки, освещение и границы. Можно даже помечтать, что однажды автомобили будут получать энергию беспроводным путем, просто путешествуя по таким дорогам.

Казалось бы, это совершенно невыполнимо. Но нет, у солнечных дорог есть много поддержки от правительств и компаний.

В Китае вот решили заключить 2 километра солнечных панелей в сэндвич между прозрачным асфальтом и слоем изоляторам. И это самая последняя попытка что-то сделать. Solar Roadways, стартап из Айдахо, уже привлек 2 миллиона долларов на разработку на Indiegogo. Скотт Брюсов, основатель компании, представил прототип дороги, созданный на заднем дворе, который мог бы обеспечить половину энергетических потребностей США. К сожалению, Solar Roadways придется привлечь больше инвестиций и преодолеть скептический барьер. Дэвид Бьелло отметил в статье в Scientific American, что «стекло для таких дорог должно быть закаленным, самоочищающимся и способным передавать свет батареям даже в жутких погодных условиях — такого стекла просто не существует».

Китайский метод задействует новый прозрачный асфальт вместо стекла и решает проблема материаловедов, поскольку выдерживает в 10 раз больше давления, чем обычный асфальт. Строительство солнечных дорог — это не дело для одного человека или одной страны; прототипы создавались в Нидерландах — велосипедная дорожка SolaRoad, и во Франции — вроде как даже первую солнечную дорогу построили. Такие проекты уже генерируют энергию на протяжении нескольких лет, поэтому идея в принципе реализуема. К сожалению, между «в принципе реализуемым» и «практичным» лежит огромная пропасть.

Например, цена. Есть оценивать Solar Roadways Скотта Брюсова, стоимость замены американских дорог солнечными составит 56 триллионов долларов, поэтому никакой краудфандинг не покроет затрат (если только каждый на планете не скинется на дело Брюсова). В любом правительстве существует консенсус относительно инвестиций в инфраструктуру, но едва ли солнечные дороги беспрепятственно получат финансирование. Китайская солнечная дорога стоит 458 долларов за квадратный метр, а Брюсова — 746 долларов. Лучше, но не сильно.

Очевидно, любое реальное решение нашего энергетического кризиса должно быть радикальным и массивным. Похожие радикальные схемы по превращению Сахары в гигантскую солнечную батарею или высасыванию диоксида углерода из атмосферы также будут оцениваться в триллионы долларов.

Но наряду с себестоимостью, есть еще очень важный вопрос о том, сработает ли это как решение для энергетического кризиса. Дороги не всегда строили в оптимальных местах для размещения солнечных панелей, и они могут быть не под идеальным углом для таковых. Если очистка солнечных панелей в Сахаре от пыли представляет проблему, то поддержание дорог функционирующими и чистыми одновременно может превратиться в кошмар техника. Трудно понять, почему размещение панелей параллельно с дорогой не будет дешевле и лучше.

А сами прототипы…

Прототип дороги в Нидерландах, как сообщили, работает «лучше, чем ожидалось», генерируя «70 киловатт-часов на квадратный метр в год». Но 70 кВт⋅ч это совсем немного. Если вы захотите зарядить на такой дороге свой автомобиль, 1 квадратный метр обеспечит вам пробег в 500 километров в год на вашей Tesla; однако среднестатистический автомобиль пробегает 15 000 километров в год, поэтому эти 500 километров будут каплей в море.

А что делать с проблемой плотности энергии? Масштабирование голландского прототипа приведет к плотности в 8 Вт на квадратный метр. Если вы потратите 56 триллионов на солнечные дороги, вы покроете около 7,5 х 1010 квадратных метров панелями и получите 600 ГВт электроэнергии. Неплохо — примерно столько энергии поглощают США за день. Но за 56 триллионов можно было бы придумать что-нибудь получше.

Стремление к созданию солнечной дороги в Китае по-своему символично. Страна ищет инновационные энергетические решения. Кто знает, возможно, однажды солнечные дороги станут достаточно дешевыми и эффективными, чтобы воплотиться в реальность. В худшем случае этот проект отвлечет нас от поиска лучших решений. В лучшем — дорога получит еще одно назначение.

Солнечный асфальт: путь в будущее или дорога в никуда?

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

60 комментариев

  1. karlsonx88

    Такие дороги приведут к тому, что их будут чаще чистить)) и это плюс (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • baralgin

      Главное, чтоб зубными щетками. Это будет мегаплюс.

    • amd212

      Для того чтобы чаще чистить надо эти дороги чаще перекрывать, т.е. по ним будут реже ездить и это тоже плюс - меньше машин на дороге больше света и следовательно больше производимого электричества.

  2. IQ

    Только нефтюшка родимайя, только ямы да колдобины духоскрепныйя..

  3. z0_0b

    Как бы такие дороги не начали красть (:

    • 0.5l

      в китае за это руки поотрубают, а у нас их украдут раньше, чем положат

      • ALX

        в Китае уже через 5 дней после пуска дорогу украли кусок дороги ;))) вчера в выпуске Лавай-каста говорили.

    • Elk

      +
      Но думаю в Китае проделать это сложновато, там и ночью, думаю движение - только успевай отпрыгивать.

  4. Abdula1

    Какие нах в России высокотехнологичные дороги, тут обычный асфальт не могут, вернее, не хотят положить, просто идет отжим бабла у населения. Электрички еще советские доедаем, люди даже в Московской области из за 50-100 рублей бегают от контролеров. Если отойти от воровской вертикали власти и зависимых и подкупных судов, то нужно стремиться развивать индивидуальный воздушный транспорт, дороги оставить только для фур и больших электроавтобусов. Хотя и возможно перейти к передвижению на скаковых лошадях, но это возможно только в здоровом и независимом обществе, когда хозяин своего времени, своей жизни сам человек, а не то русло, которое задают владельцы ТНК. Им нужны люди-батарейки. Иногда смотрю на голубей, как они живут и людей нашего передового и современного общества. Я не клоню к возврату к землянкам и каменных топоров, технологии нам нужны, нам не нужно рабство, которое сейчас существует в скрытом виде. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • prinzip

      В статье ни слова про Россию, а про Китай и Нидерланды.

      • Abdula1

        У меня душа за Россию болит. В статье затрагиваются расчеты глобального характера, речь идет о всем человечестве, о полезных ископаемых, о возобновляемых источниках информации. И концовочка у меня, как ты можешь видеть, касается глобального аспекта. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • Abdula1

          Информации*-энергии (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • prinzip

          Мне не понять патриотизма.

        • pupsikizada

          Всё, что вам надо знать про рассею:

          1. "Нежили богато и начинать не надо"
          2. "Оставь надежду всяк сюда входящий"

          Фсё, я кончил. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • IQ

          Все что нужно знать о россии это количество нулей на счетах роттенбергов и прочих дружбанов темнейшего, остальное население это просто массовка для имитации демократического процесса, чтобы его же пускали в приличные дома развитых стран, что видимо продлится теперь недолго, поэтому такое количество смердов вскоре не понадобится и положительная динамика нулей ускорится, возрадуемсо..

    • amd212

      За весь декабрь 2017-го года в Москве суммарно было 10 минут солнечной погоды

    • Elk

      Есть и более подходящие места для солнечных панелей, да и толку от них маловато в северных широтах.

  5. Zamza

    По-поводу возобновляемой энергии надо смотреть на очевидные вещи, а не "хвататься за голову" от "невероятной стоимости" того или иного решения.... Это сегодня такая стоимость. Если путь "очевиден", то решения найдут, стоимость понизят. Я всегда привожу пример стоимости автомобиля. 50 лет назад он стоил по цене дома или квартиры. Сейчас же это "бросовая" стоимость. И при том, что сегодня автомобили "на порядок" лучше тех... А тогдашние "эксперты" тоже наверно "чесали затылки", как это "при такой стоимости", люди смогут массово сесть на автомобили. Всё решилось, потому что это был "очевидный" путь развития. Сейчас таким очевидным путём является "вмонтировать" во все дороги добычу солнечной энергии, передачу энергии, интернет, связь и аккумулирование энергии. В неё же будет "вмонтировано" беспроводное питание всех движущихся автомобилей и подогрев полотна при минусовой температуре (ну в случае снега). Так как все дороги связаны между собой, то все проблемы "перетоков" энергии, интернета, связи всех городов, населённых пунктов, стран и даже континентов будет решаться автоматически и "органически". Так как дороги уже занимают место, и убрать их уже нельзя - это готовая площадка для всех этих функций. Так как дороги и так надо со временем переделывать, то постепенно их и переделают на такие "интегрированные дороги". Проблемы "прочности", "прозрачности", "токопроводности" и проч. и проч. - всё это решаемо. На это есть наука и техника, которая, как известно всё может... Почему так будет? Потому что это очевидный путь.. Остальное всё, типа "солнечные батареи на полянке или на крыше" - всё это будет просто "дополнением"....

    • baralgin

      >>>"Почему так будет? Потому что это очевидный путь.."
      Для кого очевидный? Для тебя? А для меня не очевидный. На чём основано это убеждение?
      Может для тебя очевидно, что через 20 лет все будут принимать пищу через задницу, ведь очевидно, что так будут меньше портиться зубы. Да и жевать не надо - лишний расход энергии = экономия продуктов.
      Правда в ресторанах и кафешках как то неловко будет. 😆😆😆

      • Olins

        Для меня тоже, смотри.
        Имеются проблемы
        1-дороги занимают много места
        2-мало электричества
        Решение-выработка электичества за счёт дорог. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • Olins

          Для меня тоже очевидно (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • Elk

          Гениально, ну и что что эти солнечные панели через пару лет окончательно навернутся, включим в стоимость электричества, у нас же еще одна проблема - у народа деньжищ немерянно.

          • Olins

            Зависит от материала, из графена они будут достаточно живучие и дешёвые для создания таких дорог. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • amd212

              Чтобы было сцепление между покрытием и колесом - должно быть трение. А трение предполагает износ.
              Можно конечно дорогу покрыть алмазной крошкой, но резину станете менять через каждые 5 тысяч км и всё равно микроструктура поверхности дороги будет забиваться частицами резины, пылью, грязью - надо будет постоянно мыть водой под давлением.

        • amd212

          Перефразирую
          1-обочины/крышизданий/пустыни/океаны/люди занимают много места
          2-мало электричества
          Решение - выработка электричества за счёт обочин/крышзданий/пустынь/океанов/людей

      • Zamza

        BARALGIN, твоё упоминание выражения - "через задницу", говорит о твоём "способе мышления".... Конечно оно у тебя другое.... Согласен...

    • IQ

      Стоимость и доступность автомобилей, также может являться индикатором пиковых значений, которые обычно свидетельствуют о грядущих изменениях в обществе. Следующим шагом может стать уход от индивидуальных транспортных средств. Учитывая развитие системы Убер и разработкой самоуправляемых авто это кажется очевидной ступенью в развитии. Далее с учетом появления ИИ глобально меняющего структуру рынка труда, и возможной трансформацией ритейла в сторону онлайн-продаж с изменением логистики - необходимость ехать куда то на частном авто вообще выглядит сомнительно, и может перейти в разряд развлечений подобно заездам на картингах. Вопросы переходят из вне к самому главному - зачем нужен человек, а те иллюзии собственной значимости, еще поддериваемые сегодня медиа накачкой потребительской модели, рискуют стать не состоятельны уже завтра..

  6. AlexTam

    У нас будут одни солнечные ямы и колдобены, хотя и их небудет, духоскрепно отожмут

  7. AMDRYZEN

    Почему отвлечет ? Разве солнечные дороги как то мешают другим проектам , не вижу проблемы если паралельно будут солнечные дороги ,солнечные и ветряные фермы и другие , в конце концов все равно добыча переместится в космос . (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  8. kirfoton

    Солнечная дорога скользкая наверное, хуже асфальта или бетона. . Это раз. А во вторых, если надо раскопать участок дороги, в связи с прорывом канализации ? Жалко будет курочить дорогие солнечные панели. Так что идея не удачная для глобального применения.

    • karlsonx88

      В городе проходит канализация, за городом ее нет. Да и не нужны эти панели в городе - дома заслоняют солнце же (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • Searcher

      Вы этот прозрачный асфальт видели? Я нет ещё. Вполне возможно он совместим с материалом шин лучше, чем гравий в смоле. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • prinzip

      Меня так умиляют некоторые, которые считают, что они умнее инженеров которые абсолютно ни о чём не подумали.

    • IQ

      *Раскопать* - это так мило).. Там милок *копать* будет уже нечего, все из композитов на замках между блоками соберут, да и доступ вероятно не потребуется в процессе эксплуатации. Это здесь один коллектор *раскапывают* четыре раза в год, заменяя порывы по 20см, что бы офшорные хозяева могли 99% оброка выводить из страны, не вкладывая ничего в инфраструктуру отжатых за три копейки активов..

  9. kirfoton

    А энергии всем странам надо всего - то 300 - 500 грамм в сутки . Это если по формуле Эйнштейна, связывающей энергию и массу. Вроде бы не так и много, а сколько мороки с этой энергией :-)

  10. RikasEpta

    Да это сказки, реально никто такие дороги массово делать не будет, куда профитнее поставить обычные солнечные панели которые дают 200в с квадрата тупо возле дороги. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • amd212

      +
      Плюс традиционные крыши по которым никто не ездит.

    • IQ

      Да-да), *сланец не выгоден*, каждый раз у духоскрепов одно и то же. Да сделают они все, просто через пять лет технологии уйдут вперед в развитых странах, но они получат опыт и используют в создании новых образцов, так по лесенке в верх. А здесь будет жиреть правящее ворье и деградировать инфраструктура до обрушения, потом духовненько смердов переведут на гужевой и дрова с углем..

  11. IvanPK

    Статья несколько скептично-нацелена... Тот же пример с 1м2 дающим заряд на 500км в год...ну так 30м2 четко обеспечивают 1 автомобиль - чем плохо? Или расчет исходя из сегодняшней цены стоимости замены всех дорог...ребят, вот это уже не профессионально вообще. Стоимость массового производства всегда на порядок, а то и больше дешевле, чем эксперементальные образцы, а с учетом, что наука и техника продолжают развиваться хорошими темпами технология вполне перспективна. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • baralgin

      Стоимость обслуживания, поддержания в рабочем состоянии таких дорог сведёт на нет и так сомнительные выгоды. Ну представь, скоростная трасса, такие сейчас делают по технологиям, чтобы как минимум лет 15 никаких ремонтов не производить (бетонная подложка и т.д - спроси у немцев про автобаны). А с этими панелями ремонт (замена вышедших из строя этих элементов) будет производится постоянно. Или думаешь, что по надёжности они будут как асфальт? Это неудобство, враз перекроет все преимущества скоростных магистралей. И там будут пробки как в городах. Нах это надо?
      Да и вообще, одно дело где то сделали в качестве прикола велосипедную дорожку с панельками, а другое дело, когда катаются трейлеры, тонн под 50. Как говорится "Почувствуйте разницу". Сие творение враз выйдет в расход.
      Не говоря уже про стоимость.

      • IQ

        Знакомые армяне за откат берут подряды, по завышенным в несколько раз сметам, имеют с чинками ярды каждую неделю, при никаком качестве, чтобы следом переделывать, через очередную отмывочную контору. Дороже чем здесь, дороги нельзя сделать даже из золота, и при этом начинаются рассуждения об эфективности внедрения новых технологий в сфере, о которой надо молчать опустив глаза. Между тем инвестиции в технологии это всегда шаг вперед, их невозможно оценить с точки зрения прямой коммерческой выгоды, через окупаемость. Поскольку они являются частью инфраструктуры, взаимодействующей с разными видами общественных коммуникаций в данном случае транспортом, который в целом находится в стадии трансформации и уже не будет прежним в ближайшем будущем..

  12. Doka

    Выгоднее солнечные крыши (черепица, панели) и панели на стены. Тепло и красиво для собственников дома + экологичная энергия. Не надо перекрывать движение для ремонта, чистки...

  13. ALX

    в Китае уже через 5 дней после пуска дорогу украли кусок дороги ;))) вчера в выпуске Лавай-каста говорили.

  14. Pauluser

    Лучше бы сделали дорогу, которая вырабатывает электричество от физ. воздействия проезжающей по ней машины ( что-то типа реакции при давлении на материал, некий аналог пьеза элемента только более эффективный )
    А вообще такие трассы непонятно чем покрывать, в смысле защитного слоя, чтоб не стёрлись до дыр за пол года. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • PROVOCATOR

      Есть и такие дороги, на пеьзо элементах. Когда я учился в универе, у нас такой эксперементальный кусок ставили. От него два фонаря работали)
      Не в курсе дальнейшей судьбы. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.