Энергию, источник которой отличается от тех, что мы привыкли использовать (уголь, газ, ядерное топливо, нефть и т.п.) принято называть альтернативной. Чаще всего это понятие используется в контексте ограниченности ископаемых источников топлива и наличия у таковых выбросов вредных парниковых газов в атмосферу.
Альтернативная энергия — относительно новая отрасль (поскольку не было необходимости искать что-то менее эффективное, но более чистое, чем уголь, например) не находит широкого числа сторонников, но переход к ней неизбежен. Когда мы найдем способы добычи большого количества электроэнергии (скорее, ее хранения), использования водорода и других элементов, эффективной солнечной или термоядерной энергии на замену привычным источникам, мир изменится до неузнаваемости.
Знаете ли вы, что древесина — это не только отличное топливо и строительный материал, но и потенциальный источник электричества? В 2021 году швейцарские ученые нашли способ превращать древесину в источник энергии, причем для этого не понадобились даже провода и солнечные панели. Они просто слегка изменили структуру дерева и буквально «заставили» его генерировать электрическую энергию. Работает это достаточно просто, чтобы мы смогли объяснить процесс простыми словами.
Технологии термоядерного синтеза, который не так давно считался вообще невозможным на Земле, в последнее время развиваются семимильными шагами. Совсем недавно мы рассказывали о том, что корейский термоядерный реактор установил рекорд по сохранению горячей плазмы. Теперь же рекорд установлен, причем с большим отрывом, китайским термоядерным реактором, известным, как “искусственное солнце”. По мнению ученых, это еще больше приблизило человечество к неограниченной энергии, аналогичной той, которую генерируют звезды.
Несмотря на возросшую популярность солнечных и ветровых электростанций, современная зеленая энергетика далека от идеала. В том числе, кремниевые солнечные панели имеют ряд недостатков. Однако, по мнению ученых, мир возможно, находится на пороге новой эры в производстве солнечной энергии. Все благодаря тому, что на смену традиционным панелям могут прийти батареи, в которых энергию будут генерировать бактерии, способные преобразовывать солнечный свет в электричество. Их использование позволит не только повысить экологичность и эффективность энергосистем, но также помочь в борьбе с изменением климата.
Китай в последнее время поражает своими амбициозными проектами. Гигантская солнечная панель, которую ученые из Поднебесной хотят разместить в космосе, является ярким тому примером. Согласно задумке, этот проект изменит подход к добыче энергии на Земле. Огромная станция, размером в 1 километр будет находиться в геостационарной орбите на высоте 36 000 километров и передавать собранную энергию на Землю с помощью микроволнового излучения. Этот проект сравнивают с крупнейшей гидроэлектростанцией мира — китайской плотиной «Три ущелья», которая генерирует 100 миллиардов киловатт-часов электроэнергии ежегодно.
Во Франции завершено строительство самого большого и самого мощного в мире термоядерного реактора. ИТЭР (международный проект по термоядерной энергии) стал результатом сотрудничества 35 стран, среди которых все государства ЕС, а также США, Россия, Китай и Индия. Изначально планировалось начать испытания этого токмака еще в 2020 году, однако строительство затянулось до 2024 года. Но самое печальное, что запуск реактора отложен как минимум до 2039 года. Вполне возможно, что это произойдет еще позже.
Термоядерная энергетика все еще далека от использования в промышленных масштабах, однако похоже, что время, когда это случится, уже не за горами. За последние несколько лет удалось установить несколько важных рекордов. Один из них совсем недавно был поставлен корейским реактором Кorea Superconducting Tokamak Advanced Research (KSTAR). В настоящее время он является одним из самых передовых реакторов в мире, несмотря на компактные размеры. В ходе последних испытаний, он обеспечивал устойчивую температуру термоядерного синтеза в течение почти минуты, а также показал способность удерживать чрезвычайно горячую плазму в течение более 100 секунд.
Китай является безусловным чемпионом мира в области строительства плотин и гидроэлектростанций. Мало того, что их много, так еще среди них есть самая мощная конструкция в плане вырабатываемой электроэнергии. Речь идет о гидроэлектростанции «Три ущелья», расположенной на самой длинной в Евразии реке Янцзы. В 2014 году эта конструкция смогла выработать такое количество энергии, что ее хватило для обеспечения энергией нескольких миллионов домов. В периоды обильных дождей, гидроэлектростанция способна выработать еще больше электричества. Недавно стало известно, что скоро в Китае появится еще более мощная гидроэлектростанция, способная побить все предыдущие рекорды. Будущая плотина сможет обеспечить энергией огромное количество людей и сократить выбросы парниковых газов, которые плохо влияют на природу, провоцируя глобальное потепление. Но строительство все равно подвергается сильной критике.
Совсем недавно мы рассказывали о том что в последнее время ученым удалось добиться немало успехов в области термоядерного синтеза. Например, в конце 2022 года впервые удалось получить чистую энергию, что долгое время считалось невозможным. Теперь же сотрудники Joint European Torus (JET) заявили о завершении заключительных испытаний термоядерного реактора. Во время этих испытаний был установлен мировой рекорд по количеству полученной общей энергии (но не чистой). По мнению исследователей, подобные испытания приближают человечество к использованию термоядерного синтеза в качестве источника энергии.
В настоящее время основными способам получения чистого водорода является электролиз воды и конверсия кокса и метана. Это достаточно дорогостоящий и сложный процесс. Однако еще в конце XIX веке ученые стали обсуждать возможность существования практически чистого водорода в недрах нашей планеты. В конце 80-х годов была обнаружена первая водородная скважина. Кроме того, ученые обнаружили ряд признаков существования в недрах Земли большого количества водорода. Причем этот газ является, скорее всего, возобновляемым источником энергии, так как образуется в результате некоторых процессов, происходящих глубоко под поверхностью планеты. Теперь же ученые обнаружили огромный резервуар с водородом под старой шахтой в Албании, который подтверждает предыдущие предположения.
Ученые впервые в истории человечества собираются пробурить отверстие на склоне вулкана. Чтобы понять, что это предельно сложная и опасная задача, не нужно быть экспертом по вулканологии — в процессе работы техника будет взаимодействовать с очень высокими температурами, и может произойти все, что угодно. Однако, этот риск вполне оправдан, потому что в случае успеха научное сообщество узнает много чего интересного о свойствах вулканической магмы, а также сможет раскрыть причины возникновения извержений. О своих планах компания, которая взяла на себя эту сложнейшую миссию, рассказывает уже не первый год. Несколько лет назад начало работ было запланировано на 2024 год, но недавно дата была перенесена на еще на пару лет.
В последнее время, в связи с активным развитием технологий возобновляемой энергии, возникла необходимость в системах хранения электричества (ESS), которые смогут его накапливать, хранить и поставлять по мере необходимости. Как известно, возобновляемые источники энергии очень нестабильны. Например, солнечные панели могут вырабатывать энергию только в дневное время, а ветрогенераторы работают только при наличии ветра. Для накопления энергии используют литий-ионные батарея, однако они имеют ряд недостатков. Помимо того, что аккумуляторы дорогие, они еще обладают свойством воспламеняться и даже взрываться (вспомним пресловутый Galaxy Note 7). Поэтому нет сомнений в том, что в настоящее время существует необходимость в более доступных и безопасных аккумуляторах. Такую альтернативу предложили корейские ученые, усовершенствовав уже существующую технологию водных цинк-ионных аккумуляторов.
Каждый год от загрязненного воздуха в Европе умирает по 500 000 человек — такой тревожной новостью в 2017 году поделились европейские эксперты. Вполне логично предполагать, что в мире количество смертей по этой же причине еще больше. На чистоту воздуха негативно влияют преимущественно автомобили, а также тепловые электростанции. Поэтому человечество пытается пересесть на экологически чистый транспорт с электрическими двигателями и перейти на «зеленую» энергию — для выработки электричества часто используются солнечные панели и ветрогенераторы. Недавно в Китае заработала самая большая ветряная турбина в мире высотой 152 метра и лопастями массой 54 тонн. Считается, что она может обеспечивать энергией тысячи людей и выдерживать даже самые мощные ураганы.
Ученые Массачусетского университета в Амхерсте разработали технологию, которая позволяет добывать электричество из воздуха в прямом смысле этого слова. Разумеется, никакого нарушения закона сохранения энергии в этой технологии нет. В воздухе на самом деле содержится большое количество энергии, поэтому задача состоит лишь в том, чтобы извлечь ее и направить в провода или, к примеру, аккумуляторы. Свое новое открытие, которое именно эту функцию и выполняет, ученые назвали “общим эффектом Air-gen”. Прибор, построенный на этом принципе, уже успешно генерирует электричество и показывает большие перспективы.
В последнее время водород считается одним из наиболее перспективных источников энергии, так как способен питать не только автомобили, но и целые промышленные отрасли. В то же время при его использовании в окружающую среду не выделяется углекислый газ, который стал причиной глобального потепления климата. Но если водород имеет столько преимуществ, почему бы не перейти на его использование прямо сейчас? На это есть несколько причин. Одна из них заключается в том, что массовое производство этого газа может усугубить проблему нехватки пресной воды, количество которой во многих странах ежегодно сокращается с катастрофической скоростью. Однако ученые предложили другое решение — использовать для производства морскую воду, и даже объяснили как преодолеть имеющиеся технические сложности.
Давно известно, что бактерии Mycobacterium smegmatis обладают одной интересной особенностью — они способны преобразовывать водород, который содержится в воздухе, в электрическую энергию. Благодаря этому микроб может выживать в самых суровых условиях, где нет других источников энергии. В частности, эта бактерия обитает в антарктической почве, вулканических кратерах, глубоких океанах и пр. Такая способность M. smegmatisбыла известна ученым давно, но теперь удалось обнаружить фермент, который отвечает за преобразование водорода в электроэнергию, и понять принцип его работы. Этот фермент можно использовать для получения электричества из воздуха в прямом смысле этого слова.
В последнее время обнаружено ряд признаков того, что в недрах Земли может содержаться большое количество водорода. Причем речь идет не просто о предположениях ученых. Ранее мы рассказывали, что в разных точках мира уже имеются несколько работающих скважин, из которых добывается водород. В ближайшее время их наверняка станет больше, так как десятки стартапов, многие из которых находятся в Австралии, борются за права на разведку этого газа. В прошлом году Американская ассоциация геологов-нефтяников сформировала свой первый комитет по природному водороду, а Геологическая служба США начала свою первую работу по выявлению перспективных зон его добычи. Даже нефтегазовые компании, такие как бразильская GEO4U, все больше начинают заниматься водородом. Но откуда вообще берется этот газ в недрах нашей планеты и действительно ли он является возобновляемым?
В 1987 году в деревне Буракебугу, которая находится в Мали, произошел один странный случай. Бурильщики выполнили скважину глубиной 108 метров, чтобы добывать воду. Однако вместо воды из скважины, как отмечают очевидцы, начал “дуть ветер”. Когда один бурильщик, куря сигарету, заглянул в скважину, из нее вспыхнул факел, в результате чего человек чуть не погиб. При этом пламя не удавалось погасить в течение нескольких недель. Когда его погасили, скважину замуровали на несколько десятилетий. В 2012 году об этой скважине вспомнили, и стали ее изучать. Как выяснилось, вырвавшийся из нее газ на 98% состоит из водорода. Но как это возможно, ведь ранее считалось, что водород вообще не существует в недрах Земли? Кроме того, во время разработки нефтяных скважин ранее никогда не удавалось обнаружить водород.
Нынешний энергетический кризис показал, что человечество не готово отказываться от ядерной энергетики, так как она гораздо более эффективна возобновляемых источников энергии. Однако она имеет ряд недостатков, которые всем прекрасно известны. Поэтому ученые с середины прошлого века работают над освоением альтернативного источника энергии — термоядерного синтеза. Он во всех отношениях превосходит технология получения энергии путем расщепления атомного ядра, так как более эффективен, при этом менее опасен и в целом экологичен. Выработка электроэнергии данным способом осуществляется без выбросов углекислого газа в атмосферу. Но в чем суть этой технологии, насколько она перспективна и как близко ученым удалось подойти к ее реализации?
Как бы кто не относился к альтернативным источникам энергии, именно они в настоящее время являются наиболее перспективными. Нет сомнений в том, что рано или поздно они смогут стать полноценной альтернативой традиционной энергетике. К примеру, еще 10 лет назад возобновляемая энергия была крайне дорогой, однако сейчас ее стоимость снизилась более чем на 80%. Тем не менее еще существуют проблемы, которые по сей день не решены. Одна из них — потребность в больших открытых площадей земли для установки солнечных панелей и ветряных турбин. Причем они должны отвечать определенным требованиям, к примеру, быть достаточно ветряными. Таких площадей не так много, как может показаться на первый взгляд, к тому же установка солнечных панелей и ветряков вредит биоразнообразию. Но как насчет океана с обильными ветрами, который занимает более 70% нашей планеты? Установить ветровой генератор в море не так просто, как на земле, но все же возможно.
Из-за напряженной обстановки в мире, некоторые страны мира перестали получать от России газ. Летом это не доставляет особых проблем кроме, разве что, значительного повышения счетов. Но в зимнее время жителям лишенных российского газа придется очень нелегко — во многих домах попросту может исчезнуть отопление и людям будет холодно. Власти стран пытаются решить эту проблему при помощи возобновляемых источников энергии вроде солнечных панелей и ветрогенераторов. Но вот проблема — солнечные дни бывают не всегда, да и ветра дуют далеко не каждый день. Энергия, которая уже выработана, может храниться в изготовленных из лития аккумуляторах, но они стоят очень дорого и занимают много места. Недавно финская компания Polar Night Energy показала очень дешевую, но весьма эффективную технологию хранения выработанной энергии. Она представляет собой огромную батарею, заполненную грязным строительным песком. Звучит интригующе, не так ли?