26 октября 2009
В следующие несколько десятилетий нам необходимо будет преодолеть зависимость от ископаемого топлива и существенно сократить выбросы парниковых газов. Сегодняшние технологии доходят только до определенного уровня, и нам нужно совершить очень серьезный прорыв.
The Wall Street Journal в своей статье перечисляет пять технологий, которые в случае успешной разработки и внедрения смогут радикально изменить мировой энергетический ландшафт. Но успех не гарантирован.
Практическая реализация некоторых из них потребует значительных научных достижений в сфере синтетических материалов или генетически модифицированных растений. Инновации будут также означать необходимость больших капиталовложений, что не будет способствовать удешевлению энергии. Но если все сложится, ситуация может коренным образом измениться.
Космическая солнечная энергетика
Вот уже более трех десятилетий визионеры думают о том, как можно улавливать солнечную энергию в космосе — там, где солнце «светит» постоянно. Если мы могли бы вывести гигантские солнечные панели на околоземную орбиту и переправлять на Землю хотя бы частично пучок аккумулируемой ими энергии, можно было бы обеспечить беспрерывную подачу электричества в любом месте на планете.
Как работает такая система
Солнечный свет отражается от гигантских обращающихся по орбите зеркал и направляется на систему фотогальванических элементов; свет преобразуется в электричество и затем в высокочастотные микроволны, которые направляются в сторону Земли. Наземные антенны улавливают волновую энергию и обратно преобразуют ее в электричество, которое затем подается в электросети.
Эта может показаться научной фантастикой, но идея проста: солнечные панели на орбите на расстоянии примерно 22 тысяч миль аккумулируют энергию и в форме высокочастотных волн направляют ее лучом на землю, где ее преобразуют в электричество и подают в распределительные сети. (Лучи невысокой мощности считаются безопасными). Наземная принимающая станция диаметром в милю может обеспечивать на выходе мощность до 1000 мегаватт, чего достаточно для энергоснабжения в среднем примерно 1 млн американских домохозяйств.
Главная сложность — высокая стоимость отправки в космос солнечных аккумуляторов, поэтому необходимо разработать достаточно легкую систему, чтобы потребовалось всего несколько запусков. Ряд стран и компаний нацеливаются поставлять энергию из космоса уже через десять лет.
Усовершенствованные автомобильные аккумуляторы
Оснащение автомобилей электрическими двигателями позволит сократить потребление бензина, что способствовало бы очистке воздуха (если электроэнергетика перейдет на более экологичные источники, такие как ветровые и ядерные). Между тем для этого потребуются более совершенные аккумуляторы.
Для оснащения гибридных автомобилей следующего поколения выбраны литиево-ионные аккумуляторы, применяемые в лэптопах. Они более мощные, чем другие автомобильные аккумуляторы, однако они дорогие и довольно быстро разряжаются. Автомобиль Chevy Volt, который будет выпущен в следующем году, только на аккумуляторе может пройти около 40 миль. В идеале электромобили будут приближаться к показателю 400 миль. Улучшения возможны, но потенциал литиево-ионных устройств ограничен.
Одна из альтернатив — воздушно-литиевый аккумулятор, который может по своим показателям в десять раз превосходить литиево-ионные батареи и позволяет получать такое же количество энергии, как при использовании бензинового двигателя. В воздушно-литиевой батарее используется кислород воздуха, поэтому устройство может быть более легким и маленьким. Над этой технологией работают несколько лабораторий, но ученые считают, что если не будет настоящего прорыва, ее коммерческое использование начнется лишь через несколько десятилетий.
Энергетические хранилища
Всех интересует энергия солнца и ветра. Но эти ресурсы либо используются сразу, либо теряются. Чтобы было по-другому, нужно совершенствовать технологии хранения.
Ученые пытаются решать эту проблему с нескольких сторон. Один из вариантов предполагает использование энергии, генерируемой, когда есть ветер, для сжатия воздуха в подземных хранилищах, поток воздух подается на газовые турбины, чтобы они работали более эффективно. Одна из сложностей состоит в том, чтобы найти большие и функциональные подземные помещения.
Наиболее перспективной для хранения энергии в электросетях может быть литиево-ионная технология, ведь это направление использования не накладывает стольких ограничений, как в случае с автомобилями. С повышением их эффективности и по мере снижения издержек энергетические компании смогут устанавливать маленькие мощные литиево-ионные аккумуляторы по периферии электросети, то есть ближе к потребителям. Там можно будет хранить избыточную энергию из возобновляемых источников и сглаживать небольшие перепады напряжения, что в результате позволит повысить эффективность сети и сократить потребность в ископаемых видах топлива.
Блоки аккумуляторов, устанавливаемые вблизи от потребителя, могут сохранять электричество из возобновляемых источников (солнечных или ветровых) и обеспечивать питание сети, когда нет солнца или ветра. Энергия аккумулируется в хранилище и может поставляться по необходимости напрямую в дома или предприятия либо в сеть.
Улавливание и хранение продуктов сгорания
Дальнейшее применение угля в качестве источника энергии предполагает сокращение количества выбросов углекислого газа при его использовании. Это может означать, что необходимы новые, более эффективные электростанции. Но уже улавливание углекислого газа на существующих электростанциях — а это около 2 млрд тонн в год — очень сильно изменило бы ситуацию.
Углекислый газ можно улавливать и сжимать, а затем закачивать под землю и аккумулировать в пористой породе.
Технологии для улавливания углекислого газа в умеренных масштабах имеются, но их применение приведет к сокращению выработки электростанций на треть и при этом вдвое увеличит издержки. Поэтому ученые рассматривают экспериментальные технологии, которые позволят сократить выбросы на 90% и при этом ограничить рост издержек.
Почти все из них еще на начальной стадии разработки, и пока слишком рано утверждать, какой из методов приведет к успеху. Один из вариантов предполагает использовать при сжигании угля вместо обычного воздуха очищенный кислород (в форме оксида металла). При такой технологии будет легче улавливать поток углекислого газа при незначительных потерях в эффективности станции. Технология была продемонстрирована на примере малых пилотных моделей, в следующем году она будет протестирована на станции мощностью 1 МВт. Но к коммерческому использованию она будет готова не раньше 2020 года.
Биотопливо следующего поколения
Один из способов уйти от нефти — найти новые возобновляемые источники энергии для транспорта. Это может означать необходимость создания биотоплива нового поколения из непродовольственных культур.
Ученые ищут способы, как можно использовать древесные и растительные отходы, мусор и непродовольственные культуры для получения дешевого топлива. Но самое перспективное биотопливо следующего поколения — топливо, получаемое из водорослей.
Водоросли быстро растут, поглощают углекислый газ. Они вырабатывают масла, которые можно извлекать и использовать на уже существующих перерабатывающих заводах по изготовлению заменителей дизеля и бензина.
Из этого сырья можно было бы производить биотопливо в объеме более 5000 галлонов на акр, по сравнению с 350 галлонов в год для этанола на основе кукурузы. Топливо из водорослей можно использовать в качестве сырья в существующих системы переработки. Теоретически США могут производить достаточное количество этого топлива, чтобы обеспечить в полном объеме потребности транспортной отрасли.
Десятки компаний начали пилотные проекты и наладили производство в малых масштабах. Но выработка водорослевого биотоплива предполагает, что нужно найти надежные источники недорогих питательных веществ и воды, и бороться с патогенными организмами, которые могут снижать эффективность культивирования, а также разработать и культивировать самые продуктивные виды водорослей.
Наталья Бокарева
(C) Источник
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией
При копировании ссылка обязательна Нашли ошибку: выделить и нажать Ctrl+Enter
The Wall Street Journal в своей статье перечисляет пять технологий, которые в случае успешной разработки и внедрения смогут радикально изменить мировой энергетический ландшафт. Но успех не гарантирован.
Практическая реализация некоторых из них потребует значительных научных достижений в сфере синтетических материалов или генетически модифицированных растений. Инновации будут также означать необходимость больших капиталовложений, что не будет способствовать удешевлению энергии. Но если все сложится, ситуация может коренным образом измениться.
Космическая солнечная энергетика
Вот уже более трех десятилетий визионеры думают о том, как можно улавливать солнечную энергию в космосе — там, где солнце «светит» постоянно. Если мы могли бы вывести гигантские солнечные панели на околоземную орбиту и переправлять на Землю хотя бы частично пучок аккумулируемой ими энергии, можно было бы обеспечить беспрерывную подачу электричества в любом месте на планете.
Как работает такая система
Солнечный свет отражается от гигантских обращающихся по орбите зеркал и направляется на систему фотогальванических элементов; свет преобразуется в электричество и затем в высокочастотные микроволны, которые направляются в сторону Земли. Наземные антенны улавливают волновую энергию и обратно преобразуют ее в электричество, которое затем подается в электросети.
Эта может показаться научной фантастикой, но идея проста: солнечные панели на орбите на расстоянии примерно 22 тысяч миль аккумулируют энергию и в форме высокочастотных волн направляют ее лучом на землю, где ее преобразуют в электричество и подают в распределительные сети. (Лучи невысокой мощности считаются безопасными). Наземная принимающая станция диаметром в милю может обеспечивать на выходе мощность до 1000 мегаватт, чего достаточно для энергоснабжения в среднем примерно 1 млн американских домохозяйств.
Главная сложность — высокая стоимость отправки в космос солнечных аккумуляторов, поэтому необходимо разработать достаточно легкую систему, чтобы потребовалось всего несколько запусков. Ряд стран и компаний нацеливаются поставлять энергию из космоса уже через десять лет.
Усовершенствованные автомобильные аккумуляторы
Оснащение автомобилей электрическими двигателями позволит сократить потребление бензина, что способствовало бы очистке воздуха (если электроэнергетика перейдет на более экологичные источники, такие как ветровые и ядерные). Между тем для этого потребуются более совершенные аккумуляторы.
Для оснащения гибридных автомобилей следующего поколения выбраны литиево-ионные аккумуляторы, применяемые в лэптопах. Они более мощные, чем другие автомобильные аккумуляторы, однако они дорогие и довольно быстро разряжаются. Автомобиль Chevy Volt, который будет выпущен в следующем году, только на аккумуляторе может пройти около 40 миль. В идеале электромобили будут приближаться к показателю 400 миль. Улучшения возможны, но потенциал литиево-ионных устройств ограничен.
Одна из альтернатив — воздушно-литиевый аккумулятор, который может по своим показателям в десять раз превосходить литиево-ионные батареи и позволяет получать такое же количество энергии, как при использовании бензинового двигателя. В воздушно-литиевой батарее используется кислород воздуха, поэтому устройство может быть более легким и маленьким. Над этой технологией работают несколько лабораторий, но ученые считают, что если не будет настоящего прорыва, ее коммерческое использование начнется лишь через несколько десятилетий.
Энергетические хранилища
Всех интересует энергия солнца и ветра. Но эти ресурсы либо используются сразу, либо теряются. Чтобы было по-другому, нужно совершенствовать технологии хранения.
Ученые пытаются решать эту проблему с нескольких сторон. Один из вариантов предполагает использование энергии, генерируемой, когда есть ветер, для сжатия воздуха в подземных хранилищах, поток воздух подается на газовые турбины, чтобы они работали более эффективно. Одна из сложностей состоит в том, чтобы найти большие и функциональные подземные помещения.
Наиболее перспективной для хранения энергии в электросетях может быть литиево-ионная технология, ведь это направление использования не накладывает стольких ограничений, как в случае с автомобилями. С повышением их эффективности и по мере снижения издержек энергетические компании смогут устанавливать маленькие мощные литиево-ионные аккумуляторы по периферии электросети, то есть ближе к потребителям. Там можно будет хранить избыточную энергию из возобновляемых источников и сглаживать небольшие перепады напряжения, что в результате позволит повысить эффективность сети и сократить потребность в ископаемых видах топлива.
Блоки аккумуляторов, устанавливаемые вблизи от потребителя, могут сохранять электричество из возобновляемых источников (солнечных или ветровых) и обеспечивать питание сети, когда нет солнца или ветра. Энергия аккумулируется в хранилище и может поставляться по необходимости напрямую в дома или предприятия либо в сеть.
Улавливание и хранение продуктов сгорания
Дальнейшее применение угля в качестве источника энергии предполагает сокращение количества выбросов углекислого газа при его использовании. Это может означать, что необходимы новые, более эффективные электростанции. Но уже улавливание углекислого газа на существующих электростанциях — а это около 2 млрд тонн в год — очень сильно изменило бы ситуацию.
Углекислый газ можно улавливать и сжимать, а затем закачивать под землю и аккумулировать в пористой породе.
Технологии для улавливания углекислого газа в умеренных масштабах имеются, но их применение приведет к сокращению выработки электростанций на треть и при этом вдвое увеличит издержки. Поэтому ученые рассматривают экспериментальные технологии, которые позволят сократить выбросы на 90% и при этом ограничить рост издержек.
Почти все из них еще на начальной стадии разработки, и пока слишком рано утверждать, какой из методов приведет к успеху. Один из вариантов предполагает использовать при сжигании угля вместо обычного воздуха очищенный кислород (в форме оксида металла). При такой технологии будет легче улавливать поток углекислого газа при незначительных потерях в эффективности станции. Технология была продемонстрирована на примере малых пилотных моделей, в следующем году она будет протестирована на станции мощностью 1 МВт. Но к коммерческому использованию она будет готова не раньше 2020 года.
Биотопливо следующего поколения
Один из способов уйти от нефти — найти новые возобновляемые источники энергии для транспорта. Это может означать необходимость создания биотоплива нового поколения из непродовольственных культур.
Ученые ищут способы, как можно использовать древесные и растительные отходы, мусор и непродовольственные культуры для получения дешевого топлива. Но самое перспективное биотопливо следующего поколения — топливо, получаемое из водорослей.
Водоросли быстро растут, поглощают углекислый газ. Они вырабатывают масла, которые можно извлекать и использовать на уже существующих перерабатывающих заводах по изготовлению заменителей дизеля и бензина.
Из этого сырья можно было бы производить биотопливо в объеме более 5000 галлонов на акр, по сравнению с 350 галлонов в год для этанола на основе кукурузы. Топливо из водорослей можно использовать в качестве сырья в существующих системы переработки. Теоретически США могут производить достаточное количество этого топлива, чтобы обеспечить в полном объеме потребности транспортной отрасли.
Десятки компаний начали пилотные проекты и наладили производство в малых масштабах. Но выработка водорослевого биотоплива предполагает, что нужно найти надежные источники недорогих питательных веществ и воды, и бороться с патогенными организмами, которые могут снижать эффективность культивирования, а также разработать и культивировать самые продуктивные виды водорослей.
Наталья Бокарева
(C) Источник
Не является индивидуальной инвестиционной рекомендацией
При копировании ссылка обязательна Нашли ошибку: выделить и нажать Ctrl+Enter