Альтернативный источник энергии

Источники энергии — встречающиеся в природе вещества и процессы, которые позволяют человеку получить необходимую для существования энергию.

 Альтернативный источник энергии — заменяет собой традиционные источники энергии, функционирующие на нефти, добываемом природном газе и угле. Цель поиска альтернативных источников энергии — потребность получать её из энергии возобновляемых или практически неисчерпаемых природных ресурсов и явлений. Во внимание может браться также экологичность и экономичность.

Альтернативная энергетика — совокупность перспективных способов получения энергии, которые распространены, не так широко, как традиционные, однако представляют интерес из-за выгодности их использования и, как правило, низком риске причинения вреда окружающей среде.

Топливный элемент

Топливный элемент — электрохимическое устройство, подобное гальваническому элементу, но отличающееся от него тем, что вещества для электрохимической реакции подаются в него извне — в отличие от ограниченного количества энергии, запасенного в гальваническом элементе или аккумуляторе.

Топливные элементы осуществляют превращение химической энергии топлива в электричество, минуя малоэффективные, идущие с большими потерями, процессы горения. Это электрохимическое устройство в результате высокоэффективного «холодного» горения топлива непосредственно вырабатывает электроэнергию.

Естественным топливным элементом является митохондрия живой клетки. Митохондрии перерабатывают органическое «горючее» — пируваты и жирные кислоты, синтезируя АТФ — универсальный источник энергии для всех биохимических процессов в живых организмах, одновременно создавая разность электрических потенциалов на своей внешней мембране. Однако копирование этого процесса для получения электроэнергии в промышленных масштабах лишено смысла, т.к. на долю электрической разности потенциалов приходятся ничтожная доля химической энергии исходных веществ: почти вся энергия передаётся молекулам АТФ.

Основной источник производимой людьми энергии - минеральное сырье, главным образом, уголь и нефть. Разработка способов превращения химической энергии топлива (нефти, газа, угля, сланцев, торфа, древесины) в другие виды энергии, удобные для непосредственного использования в машинах и механизмах (это прежде всего электрическая энергия) - проблема, давно волнующая человечество.

В настоящее время до 60% электроэнергии производится на тепловых электростанциях, где процесс преобразования химической энергии в электрическую осуществляется по схеме:

химическая энергия



тепловая энергия



механическая энергия



электрическая энергия

При химической реакции горения (окисления) топлива выделяется тепловая энергия. Благодаря ей в котле расширяется пар, приводящий в действие лопасти паровой турбины, - появляется энергия механическая. Последняя приводит в работу электрический генератор. Несмотря на огромный технический прогресс в повышении эффективности сжигания топлива, этот способ преобразования химической энергии остается наименее экономичным и не удовлетворяет требованиям современной техники по ряду причин:

• низкий коэффициент полезного действия (кпд), теоретическая величина которого не может превышать 60-70%. Фактический кпд тепловых электростанций составляет 30-40%, а транспортных установок в городских условиях - 10-40%. Следовательно, 60-90% химической энергии топлива, являющегося ценным химическим сырьем (запасы которого неуклонно истощаются), бесполезно рассеивается в окружающее пространство;

• тепловые электростанции и двигатели внутреннего сгорания дают большое число вредных выбросов и в значительной степени ответственны за загрязнение окружающей среды.

В связи с этим значительно перспективнее прямое преобразование химической энергии в электрическую по схеме:

ЭНЕРГИЯ ХИМИЧЕСКАЯ  ЭНЕРГИЯ ЭЛЕКТРИЧЕСКАЯ

В таблице сравнивается эффективность преобразования различных видов энергии.

Эффективность преобразования энергии из одних форм в другие

Преобразуемые формы энергии	Преобразователь	КПД преобразователя, %
механическая  электрическая	электрогенератор	98
химическая  электрическая	сухая батарея	90
	автомобильный аккумулятор	74
	топливный элемент	70
химическая тепловая	нефтяная форсунка	65
	дизельный двигатель	38
	тепловая электростанция	41
	автомобильный двигатель	25
ядерная тепловая	атомная электростанция	30
световая  электрическая	солнечная батарея	10