3 Альтернативные источники энергии.

Учитывая вышесказанное, необходимо найти принципиально новые источники энергии, поскольку:

o в недалеком будущем существует возможность исчерпания запасов углеводородного топлива, прежде всего природного газа и нефти;

o существует потребность в нефти, природном газе и каменном угле как ценнейшего сырья для химической промышленности;

o опасность загрязнения навколишноього среды выбросами углекислого газа и другими соединениями (преимущественно серными), повышение температуры поверхности планеты вследствие парникового эффекта и вторичного топлива. К 1999 Сожжены около 200 млрд.т топлива, содержание углекислого газа повысился на 15%, но запасов доступного топлива в 20 раз больше.

Для получения энергии можно использовать некоторые природные силы, действующие на планете.

Это энергия ветра, морей и океанов, внутреннего тепла Земли, Солнца.

Энергия ветра. Движение атмосферного воздуха - ветер - человечество применяет давно. Ветровая энергия очень неравномерна по времени и распределена по всей планете, поэтому возможно использование очень незначительной ее части. Возможности использования энергии ветра в разных местах Земли неодинаковы. Для нормальной работы ветроэлектрических двигателей скорость ветра в среднем в год должна быть не менее 4-5 м / сек .. В Украине к таким зонам относятся побережья Черного моря, Карпаты и южные степные районы.

Ветровые электростанции не загрязняют окружающую среду. Единственный негативный фактор - низкочастотный шум (гудение) при работе ВЭС и еще единичные случаи гибели птиц, которые попадают в лопасти ветродвигателей.

Энергия морей и океанов. Мировой океан содержит колоссальные запасы энергии. Во-первых, это энергия солнечного излучения, поглощенная океанской водой, которая проявляется в энергии морских течений, волн, прибоя, разности температур различных слоев воды. Во-вторых, это энергия притяжения Луны и Солнца, вызывает морские приливы и отливы. Используется этот экологически чистый потенциал еще очень мало.

Энергия внутреннего тепла Земли (геотермальная энергия). С глубиной повышается температура в земной коре. По оценкам геологов, до глубин 7-10 км общее количество теплоты в 5000 раз превышает теплоемкость всех видов минерального топлива на Земле. Пусть лучшие результаты достигаются в районах активной вулканической деятельности, где близко к поверхности есть термальные воды. Сквозь скважины горячая водяной пар поступает в турбины, вырабатывающие электроэнергию. Отработанная горячая вода идет на обогрев теплиц, жилья.

В случае потребления геотермальной энергии возникает проблема отработанных подземных вод. Они сильно минерализованные, их нельзя спускать в водостоки. Поэтому отработанные воды снова закачивают в подземные горизонты для повторного использования. С некоторых таких рассолов добывают йод, бром, литий и некоторые другие элементы. Экспериментальная геотермальная электростанция на Камчатке производит электроэнергию, стоимость которой в несколько раз ниже стоимости электроэнергии дизельных электростанций. В Исландии горячей подземной водой отапливают целые города и обширные территории теплиц.

Энергия Солнца. Солнце - мощный источник экологически чистой энергии, и человечество сосредоточить свои усилия на разработке методов ее утилизации. Основное препятствие заключается в рассеянности солнечной энергии. Утилизация солнечной энергии сдерживается также высокой себестоимостью электроэнергии.

Солнечную энергию можно применять для извлечения электроэнергии, бытового тепла, высокотемпературного тепла в промышленности, на транспорте.

Для добывания электроэнергии от Солнца применяется несколько методов, перспективный из которых заключается в непосредственном преобразовании солнечного излучения в электричество с помощью полупроводниковых фотоэлектрических генераторов (солнечных панелей). Их изготавливают из металлов, поскольку последние являются хорошими проводниками тепла. Чаще всего с этой целью используется медь. На нее наносят покрытие чоного металла, чтобы панель лучше поглощала солнечный свет. Солнечные панели обычно закрепляют на крышах домов и используют для обогрева жилья, приготовления пищи, опреснения воды и т.п..

За высокой стоимости солнечные батареи пока используются мало - на космических спутниках и станциях, в ретрансляторах, навигационных маяках, телефонных станциях в пустынных местностях и тому подобное.

Электроэнергию от Солнца добывают также с помощью паротурбинных генераторов.

СЭС не загрязняют окружающую среду. Правда, для будущих мощных СЭС на солнечных батареях понадобятся большие площади.

Еще один способ преобразования солнечной энергии -фотоелементы. Одна из возможностей их улучшения заключается в использовании склиних панелей, содержащих уран оксид и редкоземельный элемент Неодим, который усиливает поглощение света фотоэлементом.

Солнечная энергия может применяться и на транспорте - для энергопитания автомобилей небольших судов и даже самолетов. Солнечная энергия здесь используется для получения водорода из воды. Полученный водород можно превратить затем на другие виды топлива, например, метанол. Самым простым способом получения водорода из воды является электролиз. Перспективное прямое использование солнечной энергии для получения водорода из воды с помощью ее фотохимического разложения. Этот процесс называют фотолиз. Теперь изучают два подхода к решению этой проблемы - биологический и биохимический.

Биоэнергетические технологии. Жизнь и деятельность людей сопровождаются образованием большого количества органических отходов.

Есть и другая перспективная технология переработки отходов - с помощью метанобактерий. Эти микроорганизмы активно размножаются в любых органических остатках, продуцируя в результате своей жизнедеятельности ценную энергетическое сырье - биогаз. На заодах по получению биогаза сырьем служат отходы животного и растительного происхождения, которые перегнивают в генераторах биоганзу или автоклавах. В этих установках гниения происходит без доступа кислорода, т.е. в анаэробных условиях, при которых определенные разновидности бактерий разлагают отходы с образованием газообразного метана, его собирают, после чего используют непосредственно для отопления жилья, приготовления пищи или для получения электрической энергии с помощью электрогенератора.

Остатки после извлечения биогаза из зеленых отходов имеют высокое содержание азота и могут использоваться в качестве удобрения. На землях, непригодных дл выращивания зерновых культур, можно выращивать биомассу с целью последующего получения биогаза. Многие водных растений, которые засоряют каналы и водоемы, тоже могут использоваться для получения буогазу.

В последнее время все шире разрабатываются технологии добычи топлива для двигателей внутреннего сгорания из органических веществ, продуцируемых растениями. В этом направлении проводятся исследования масел, которые добываются из соевых бобов, подсолнечника, земляных орехов (арахиса), сурепки (рапса), эвкалипта, тыквы, а также пальмового, кокосового и касторового масел.

Для Украины особое значение имеет технология извлечения топлива из рапсового масла. Ее можно либо непосредственно заливать в баки дизелей, или из нее можно изготавливать специальное дизельное топливо, которое по всем параметрам вроде соляровым масла, но при этом экологически чище и дешевле; наконец это масло можно добавлять в соляровым масло (до 20%), не меняет ни энергетических, ни экологических показателей двигателей.

Водородная энергетика. К очень перспективных источников добывания тепловой и электрической энергии принадлежит водород, который имеет высокую теплотворную способность, может успешно заменять природный газ и при этом является экологически чистым топливом, поскольку в результате его сгорания образуется только водяной пар. Широкое использование водорода в качестве источника энергии до последнего времени сдерживалось его высокой стоимостью по сравнению с природным газом. Но недавно в некоторых странах разработаны технологии добычи водорода из глюкозы или глюкозовмисних веществ. Указанные технологии еще несовершенны и продолжаются интенсивные работы в этой области.