Цивилизация – на путях идеальной энергетики будущего

Во-первых, это возможность “ловить” кинетическую энергию ветра с максимальной площади. Во-вторых, еще важнее добиться равномерности, постоянства ветрового потока. Вторая проблема пока решается с трудом. Существуют интересные разработки по созданию принципиально новых механизмов для преобразования энергии ветра в электрическую. Одна из таких установок порождает искусственный сверхураган внутри себя при скорости ветра в 5 м/с.  
Следует заметить, что использование источников альтернативных, возобновляемых видов энергии может достаточно эффективно снизить процент выбросов в атмосферу вредных веществ, то есть в какой-то степени решить одну из важных экологических проблем. Энергия моря может с полным основанием быть причислена к таким источникам.  
Энергия малых рек также в ряде случаев может стать источником электроэнергии. Возможно, для использования этого источника необходимы специфические условия (например, речки с сильным течением), но в ряде мест, где обычное электроснабжение невыгодно, установка мини-ГЭС могла бы решить множество локальных проблем. Бесплотинные ГЭС для речек и речушек уже существуют. В комплекте с аккумулятором она обеспечит энергией крестьянское хозяйство или геологическую экспедицию, отгонное пастбище или небольшую мастерскую.    

Роторная  установка диаметром 300 мм и весом  всего 60 кг выводится на стремнину, притапливается на придонную “лыжу” и тросами закрепляется с двух берегов. Остальное — дело техники: мультипликатор вращает автомобильный генератор постоянного тока напряжением 14В, и энергия аккумулируется.  
Бесплотинная мини-ГЭС успешно зарекомендовала себя на речках и доработана до уровня опытного образца.    

Одним из наиболее необычных видов использования  отходов человеческой деятельности является получение электроэнергии из мусора. Проблема городских свалок стала одной из наиболее актуальных проблем современных мегаполисов. Но, оказывается, их можно еще использовать для производства электроэнергии. Когда построенная для сжигания мусора и одновременной выработки электроэнергии для 15.000 домов печь стала получать недостаточно топлива, было решено восполнить его мусором с уже закрытых свалок. При этом объем закрытых свалок сокращается на 78%.  
Разлагаясь на свалках, мусор выделяет газ, 50-55% которого приходится на метан, а 45-50% — на углекислый газ и около одного процента — на другие соединения. Если раньше выделяемый газ просто отравлял воздух, то теперь его начинают использовать в качестве горючего в двигателях внутреннего сгорания с целью выработки электроэнергии. Станция мощностью 12 МВт способна удовлетворить потребность в электроэнергии жителей 20 тысяч домов. Поэтому стоит задуматься над проблемой вторичного использования мусора. При наличии эффективной технологии можно сократить количество мусорных “курганов”, а заодно значительно пополнить и восполнить запасы энергии.    

Казалось  бы, что может быть неприятнее навоза? С загрязнением водоемов отходами звероводческих хозяйств связано много проблем. Большие количества органического  вещества, попадающие в водоемы, способствуют их старению.    

Известно, что теплоцентрали — активные загрязнители окружающей среды, свинофермы и коровники — тоже. В то же время разработана технология переработки  навоза свиней в электроэнергию. Отходы идут по трубопроводу на электростанцию, где в специальном реакторе подвергаются биологической переработке. Образующийся газ используется для получения электроэнергии, а переработанные бактериями отходы — для удобрения. Перерабатывая ежедневно 70 тонн навоза, можно получить 40 кВт энергии.  
Кроме замены традиционных источников энергии альтернативными, существуют проекты по созданию экологически чистых и сбалансированных городов и деревень будущего. Основой для их создания будет служить применение экономичных материалов, а также оптимальный режим использования энергии, который смогут поддерживать с помощью компьютерных программ.  
Тепловые насосы и узел нагрева воды вмонтированы в дом на заводе-изготовителе. Принцип экономного вторичного обогрева таков: из использованного воздуха ванной комнаты, кухни и подсобок тепловая энергия возвращается в систему отопления традиционного типа и утилизируется водогрейным котлом. Дополнительные калории от внешних источников газа или жидкого топлива отбираются для этих целей лишь по мере необходимости. Особые клапаны в наружных стенах, снабженные противопылевым фильтром и входящие в комплект установки, обеспечивают подвод чистого воздуха и равномерную безвытяжную смену его в доме. Это достижение компьютерной теплотехники предназначено, прежде всего, для односемейных домов, например, для загородных коттеджей, и наполовину сокращает обычный расход энергии.         Чтобы оптимально использовать солнечный  свет, “умные” дома сами станут регулировать внутреннюю температуру. Это позволяет  как новая технология, так и сами материалы — каркас из алюминия и поликарбоната с огромными застекленными поверхностями, где циркулирует прозрачная жидкость. Получится своеобразный щит, впускающий солнечный свет, но удерживающий тепло. Температура зимой и летом будет одинаковая — 20°-22°. Избыток энергии поступит в термический теплонакопитель. Электроэнергию станут вырабатывать также ветряные мельницы и солнечные батареи, избыток ее, опять же, сберегут огромные аккумуляторы. Биоочистная установка превратит органические отходы — мусор и сточные воды — в метан, преобразуемый затем в электричество. Структура здания гарантирует сохранность свыше 85% энергии. На гигантской биоферме можно выращивать продукты сельского хозяйства.  
Однако такие проекты пока невозможно реализовать в значительных масштабах. До серийного производства “умных” экологически чистых домов еще далеко, но уже сейчас реализация некоторых проектов (постройка мини-ГЭС, солнечных, ветровых, мусорных электростанций) вполне реальна. Ведь очень важно, будут ли использоваться традиционные ресурсы в таком объеме, как сейчас, или люди перейдут на источники, возобновляемые самой природой.  

     Давление экологических, политических и экономических проблем на использование ископаемых топлив стимулирует поиск альтернативных источников энергии. Многие специалисты в области энергетического планирования высказываются за развитие ядерной энергетики, на долю которой в настоящее время приходится 17070 мирового производства электроэнергии. Главным доводом в пользу этой альтернативы является отсутствие выбросов диоксида углерода и других веществ, вызывающих кислотные дожди. Однако строительство и эксплуатация ядерных реакторов на легкой воде (преобладающий тип в настоящее время) становятся все более дорогими. Во Франции около 70070 электроэнергии вырабатывается на ядерных станциях. Аварии на ядерных станциях в Тримайл-Айленде в США и в Чернобыле в СССР существенно подорвали общественное доверие к ядерной энергетике, которая ранее считалась относительно безопасной. Многие люди сомневаются в существовании или возможности разработки надежных способов

управления радиоактивным распадом, а также в том, что имеется какая-либо возможность предотвратить распространение ядерных материалов, пригодных для изготовления ядерного оружия. Вследствие указанных причин и ввиду привлекательности других источников энергии, энергетические компании США с 1978 г. прекратили давать заказы на разработку и строительство новых ядерных электростанций. Репутация ядерной энергетики может быть восстановлена, если появятся конструкции новых более совершенных реакторов. Так, можно построить «пассивно устойчивые» реакторы, т. е. такие, в которых развитие цепной реакции деления предотвращается без вмешательства внешней регулирующей системы. Стандартизация конструкций реакторов поможет снизить стоимость строительства, устранить лицензионные сложности и сократить время простоев. Склонить общественное мнение в пользу ядерной энергетики, возможно, удастся путем демонстрации способов, обеспечивающих надежное избавление от радиоактивных отходов. Возможность обуздания термоядерной энергии (синтеза легких ядер) пока еще остается светлой мечтой будущих поколений. Термоядерный синтез, достоинствами которого являются возможность использования неисчерпаемых запасов топлива (дейтерия) и образование менее вредных радиоактивных отходов, обещает устранить многие недостатки и ограничения, присущие реакторам с ядерным делением. Однако опытное и

промышленное производство термоядерной энергии потребует миллиардных капиталовложений и, вероятно, будет реализовано лишь через несколько десятилетий. Масштаб предстоящих работ в этом направлении

таков, что потребует не только огромных правительственных капиталовложений, но и тесного международного сотрудничества. Тем не менее едва ли какие-либо другие технологии могут сулить более привлекательные прибыли с капиталовложений. Масштабы использования солнечной энергии продолжают расти и в отличие от ядерной стоимость энергии, производимой на солнечных установках, постоянно снижается. Фотогальванические элементы, превращающие солнечный свет непосредственно в электричество, в настоящее время вырабатывают электроэнергию, себестоимость которой обходится в 30 центов за киловатт-час. Современные солнечные батареи могут служить до 30 лет, и они стали

предпочтительными источниками питания калькуляторов, часов и искусственных спутников. Эти «мелкомасштабные» применения фотогальванических элементов помогают поддерживать их производство, пока идет совершенствование технологии, однако в большинстве других случаев фотогальванические элементы все еще дороже традиционных генераторов электричества. Можно надеяться, что дальнейшие успехи в области микроэлектроники и полупроводниковой техники повысят эффективность и снизят стоимость фотогальванических элементов. Более интенсивно солнечная энергия используется на установках, преобразующих солнечный свет в тепловую энергию. В таких термических центральных системах солнечные лучи фокусируются линзами или зеркалами на приемнике с жидкостью, которая нагревается и затем отдает теплоэлектрогенератору. В начале текущего года в Калифорнии была сдана в эксплуатацию солнечная терм установка, которая, как предполагают, будет производить электроэнергию себестоимостью менее 8 центов за один киловатт-час. (При современных ценах на ископаемое топливо производство электроэнергии на тепловых электростанциях обходится примерно в 3 цента на один киловатт-час.) Создание технически более совершенных легких зеркал и применение жидкостей с повышенной теплопроводностью (например, расплавленных солей) могут улучшить эксплуатационные показатели солнечных установок. Технология, применяемая в солнечной энергетике, еще далека от совершенства, и потому солнечные установки не способны питать энергоемкие нагрузки, но могут быть использованы для снятия дневных пиков потребления электроэнергии в некоторых регионах, например на Юго-Западе США, где солнечное излучение обильно и устойчиво. Солнечные установки могут также использоваться в комплексе оборудования гидроаккумулирующих станций в качестве приводов насосов, закачивающих воду в резервуары, из которых затем вода направляется к гидроэлектрогенераторам. Солнечная энергия может также использоваться в качестве вспомогательной в других энергоаккумулирующих системах, в таких, в частности, как воздущные компрессоры, электробатареи и токоаккумулирующие сверхпроводящие обмотки. Гидроэнергетика, давно и хорошо освоенная технология, требует высоких капитальных затрат и экологических издержек. Строительство новых плотин часто приводит к изъятию из обращения пахотных земель и пастбищ и связано с переселением людей. Возможности строительства гидроэлектростанций в промышленно развитых странах ограничены из-за отсутствия свободных территорий, однако в развивающихся странах гидростанции небольшой мощности могут стать ценным источником энергии. Биомасса в виде отходов древесины и других органических веществ во многих странах мира используется как источник энергии. Преобразование биомассы в более полезные продукты, например в метановое и спиртовое транспортное топливо, повысит ценность этого источника энергии. С обострением проблемы ликвидации бытовых отходов в городах электростанции, использующие эти отходы в качестве топлива, могут стать хотя и незначительными, но экономически эффективными источниками энергии при условии, если будут разработаны способы отделения сгораемых отходов от несгораемых и усовершенствованы устройства контроля выбросов в атмосферу. Загрязнение атмосферы диоксидом углерода, вызванное сжиганием биомассы, можно нейтрализовать восстановлением естественных «поглотителей углерода» путем посадки новых деревьев и кустарников.

Некоторые специалисты в области энергетики большие надежды возлагают на использование в перспективе энергии ветра. В Швеции близка к практической реализации идея замены ядерных реакторов ветровыми турбинами, закрепленными с помощью якорей на морском дне. Однако, для того чтобы ветер стал надежным источником энергии, необходимо разработать систему, способную работать устойчиво при переменных скоростях ротора. В некоторых регионах значительные количества электроэнергии можно вырабатывать путем преобразования геотермальной энергии земных

недр, а также океанической тепловой энергии за счет использования разности температур между относительно теплыми поверхностными и более холодными глубокими слоями воды. Так, в северной Калифорнии работает геотермальная установка мощностью более 2000 МВт. В последующие несколько десятилетий на такие установки в некоторых районах может возникнуть значительный спрос для питания низкотемпературных обогревателей (используемых, например, в теплицах).

Цели экологически сбалансированной модели развития

     Проблема перехода к экологически сбалансированной модели развития не только очень сложна, но она требует неотложного решения. Хотя картина в общих чертах уже знакомая, напомним некоторые факты. На сегодняшний день планету населяют более 5 млрд. людей, которые ежегодно используют около 40070 органического материала, образующегося на суше в результате фотосинтеза; они потребляют топливо, в количестве, эквивалентном 2 т угля на человека, и производят в среднем 150 кг стали на каждого мужчину, женщину и ребенка. Народонаселение, благосостояние людей и степень их воздействия на природную среду варьируются в значительных пределах от одной страны к другой. С одной стороны, богатая часть населения (15%) потребляет более трети питательных веществ и более половины энергии, вырабатываемой на Земле. С другой стороны, по-видимому, четверть населения Земли по крайней мере в определенные сезоны года голодает. Более одной трети живет в странах, где детская смертность выше чем 1 из 10. В подавляющем большинстве стран доходы на душу населения меньше официального уровня бедности в США. Думая о будущем, следует отметить, что темпы прироста населения практически повсеместно снижаются. Однако, даже если эта тенденция сохранится, то уже в следующем веке, по-видимому, число людей, которые должны будут жить на Земле, вдвое увеличится. Почти весь прирост населения придется на страны, которые в настоящее время относятся к бедным. По данным WCED, на протяжении последующих 50 лет, чтобы удовлетворить основные потребности и чаяния будущего населения, необходимо будет интенсифицировать мировую экономику в 5-10 раз. Последствия такого резкого экономического роста для и так уже перегруженной окружающей среды планеты выглядят по меньшей мере проблематичными и потенциально катастрофичными. Поэтому усилия, направленные на сбалансированное развитие Земли, должны быть подчинены трем конкретным целям. Первая цель - распространение знаний и средств, необходимых для сдерживания роста населения. Вторая - создание условий для достаточно быстрого экономического роста и справедливого распределения его плодов, чтобы удовлетворить основные потребности как нашего, так и последующих поколений. Третья цель - разработка такой стратегии этого развития, чтобы его огромное потенциальное воздействие на окружающую среду оставалось в допустимых пределах, которые еще только предстоит определить.