Солнечная энергия

Ученые  предупреждают о  возможном исчерпании известных и доступных  для использования  запасов нефти  и газа, об истощении  других важнейших  ресурсов: железной и медной руды, никеля, марганца, алюминия, хрома и т.д. За 40 лет после второй мировой войны  было использовано столько  минерального сырья, сколько за всю  предыдущую историю  человечества. Конечно, о полном (или абсолютном) исчерпании ресурсов говорить еще рано (по мере расширения поисковых  работ достоверные  запасы отдельных  ресурсов даже возросли), но это слабое утешение.

Сегодня энергетика мира базируется на невозобновляемых источниках энергии. В качестве главных энергоносителей выступают нефть, газ и уголь. Ближайшие перспективы развития энергетики связаны с поисками лучшего соотношения энергоносителей и, прежде всего с тем, чтобы попытаться уменьшить долю жидкого топлива. Но можно сказать, что человечество уже сегодня вступило в переходный период - от энергетики, базирующейся на органических природных ресурсах, которые ограничены к энергетике на практически неисчерпаемой основе.

Большие надежды в мире возлагаются на так  называемые альтернативные источники энергии, преимущество которых  заключается в  их возобновимости и в том, что это экологически чистые источники энергии.

Истощение ресурсов заставляет вырабатывать ресурсосберегающую политику, широко использовать вторичное сырье. Во многих странах  прилагаются огромные усилия для экономии энергии и сырья. Сегодня уже около 1/3 всей массы используемых в мире металлов - алюминия, меди, цинка, свинца и олова - добывается из отходов и вторичного сырья. В ряде стран  приняты государственные  программы экономии энергии.

Энергетическая  и сырьевая проблемы становятся все более  острыми в России, хотя ее доля в мировой  добыче нефти, газа, в производстве металлов, минеральных удобрений  значительна. Это  объясняется, в частности, тем, что наша страна в расчете на единицу  национального дохода расходует слишком  много топлива, электроэнергии, металла. Металла, например, расходуется в 2,4 раза больше, чем  в США. На выплавку 1т. меди расходуется  в 3 раза больше энергии, чем в ФРГ. А  из вторичных ресурсов производится примерно 1/3 черных и цветных  металлов. Тогда как  в ФРГ соответствующая  доля равна 60%.

Для решения этих проблем  требуются усилия всех стран. Пустовалова  Л.М. Общая химия. - Ростов-на-Дону, 2005. - С. 16-17

1. Альтернативные источники  энергии

Все большую популярность в мире приобретают  альтернативные источники  энергии. Их преимущество заключается в  возобновимости энергетических ресурсов. К таким источникам можно отнести:

энергию солнца,

энергию ветра,

энергию приливов,

глубинное тепло Земли,

топливо из биомассы.

Уже построены гелиостанции в США (Калифорнии). Они имеют экономические показатели, не уступающие станциям других типов. В ряде стран созданы геотермальные станции - в США (станция Гейзерс в США имеет мощность 1 млн. кВт), России, на Филиппинах и в Италии; приливные - во Франции, Канаде, России и КНР; ветровые - в США и Дании. Пустовалова Л.М. Общая химия. - Ростов - на - Дону, 2005. - С. 16-17

Созданием топлива из биомасс  активно занимаются практически во всем мире и даже есть страны, которые уже  перешли на этот вид  топлива в определенной мере (в Финляндии  потребности в  горючем уже на 20% удовлетворяются  за счет биотоплива, а лидирует в ЕС по использованию биомассы в качестве источника энергии Германия). Конечно, надо понимать, что на то, чтобы полностью заменить ту же нефть (применение) биотопливом должен пройти определенный срок. А пока необходимо проводить дальнейшие исследования в этой области. Но уже сейчас можно увидеть основные преимущества биодизельного топлива:

в выхлопе гораздо  меньше токсичных  отходов, сажи (на 50%) и выбросов СО и  СО₂;

оно дешевле нефтепродуктов;

может использоваться как  в чистом виде, так  и в смеси с  привычным топливом;

в смеси пригодно для  любого дизельного двигателя  практически без  переделки;

само  по себе значительно  безопаснее для окружающей среды, чем обычное  топливо (менее токсично, чем обычная поваренная соль);

легко разлагается микроорганизмами (на 90% за 3 недели);

продлевает  жизнь двигателя (не образуется нагар  в цилиндрах);

не  имеет неприятного  запаха. Пустовалова  Л.М. Общая химия. - Россов - на -Дону, 2005. - С. 16-17

Кроме того, к альтернативным источникам энергии  многие люди также  относят и атомную  энергетику. Атомная  энергетика (как и  биотопливо) является наиболее передовым видом энергии. Например, Западная Европа лидирует по его развитию.

Известно, что работа АЭС  почти не вредит природе - их выбросы нулевые (в  противовес ТЭС отравляют  атмосферу миллионами тонн ядовитых выбросов). Но с этим видом  энергии еще неизвестно пока.

Дело  в том, что вероятны возможности аварий и до сих пор  не решена проблема захоронения отходов  атомных электростанций. Хлопоты вокруг выборов //Экология и жизнь. - 2006. - 2(51). - С.49

Отныне  наше будущее в  наших руках и  от нас зависит, сможем ли мы изменить сложившуюся  ситуацию в лучшую сторону.

2. Солнечная энергия

Часто говорят, что новое - хорошо забытое старое. Как ни странно, к  солнечной тепловой энергии эти слова  тоже относятся. Раскопки археологов показали, что в стенах бань и некоторых других построек Древнего Рима были проложены каналы, по которым проходил теплый воздух от нагреваемой  солнечным излучением части зданий и  создавал комфортную температуру во всех помещениях. Байерс Т. 20 конструкций с солнечными элементами. - М.,1988. - С.6

Хотя  многие из нас этого  и не подозревают, способ получения  электроэнергии из солнечного света известен более  ста лет. Явление  фотоэлектричества  впервые наблюдал Эдмон Беккерель  в 1839г. Проводя серию  экспериментов по электричеству, он погрузил 2 металлических электрода  в проводящий раствор  и подвергал установку  воздействию солнечного света. Между электродами  возникло небольшое  электрическое напряжение. Появление в начале 50-х  годов солнечных  элементов, разработанных  в лаборатории  Белла, произвело  революцию в электронной  промышленности. Космическая  индустрия была бы без них практически  беспомощна. Легкие солнечные генераторы энергии позволили  совершенно по-иному  подойти к проблеме создания искусственных  спутников Земли. Кроме того, солнечная  энергия может  использоваться в  солнечных домах. . Там же. - С.134

Солнечные установки могут  быть предназначены  для отопления  и горячего водоснабжения  жилых домов. Солнечные  энергетические установки  способны сэкономить дорогостоящее минеральное  топливо, благодаря  разумному использованию  энергии солнечного излучения.

Представление о солнечном доме (доме, в котором теплохладоснабжение и горячее водоснабжение, осуществляемое при помощи солнечной энергии) стало широко известно. Наверное, самым идеальным примером такого дома является традиционный японский дом. Что летом, что зимой там всегда вполне приемлемая температура для проживания. Но настоящих солнечных домов, где полностью отработана система отопления и охлаждения, еще сравнительно немного, и сделать их экономически оправданными совсем

не  просто. Однако очевиден тот факт, что природных  запасов нефти  и угля на земном шаре не хватит на длительный срок и дальнейшая техническая программа  неразрывно связана  с необходимостью экономии энергии. Сюнроку Танака Жилые дома с автономным теплохладоснабжением. - М., 1989. -С.3-4

В конце 80-х годов  наиболее распространенными  предметами личного  обихода, в которых  использовалась солнечная  энергия, были "солнечные  кухни". Даже существовали специальные портативные  солнечные кухни, которые можно  было брать с собой  в морское путешествие  или в экскурсию  в горы (производили  Франция, Швейцария). В это же время  в Японии были созданы  электрические панели, солнечные фотоаппараты, радиоприемники, портативные  солнечные батареи, "солнечные  светильники

Этот  вид энергии имеет  большие преимущества перед другими  видами, поскольку  он относительно дешевый  и практически  безвреден для  окружающей среды. Естественно, что это не могло  остаться незамеченным и многие страны уже  активно занимаются исследованиями в  этой области:

Кипр.

В связи с непрерывным  ростом цен на нефть, на Кипре все активнее обсуждалась возможность  использования в  качестве альтернативы нефти биодизельное или другие разновидности топлива, получаемые из биомассы. Уже к концу 2005г. был подготовлен план поставок такого топлива и частичный перевод на него автомобилей с дизельным двигателем. Его станут получать из кукурузы, сои, хлопка, жмыха, остающегося после отжима масла из оливок. Кроме того, в стране разрабатывается программа, направленная на внедрение электромобилей и "гибридов". Одной из мер должно стать предоставление значительных субсидий (1700 евро->2000$) всем гражданам, желающим приобрести такой автомобиль. Хлопоты вокруг выхлопов // Экология и жизнь. - 2006. - 2 (51). - С. 49

Япония.

В Токийском технологическом  институте недавно  запатентован метод  преобразования растительного  масла в биодизельное топливо с использованием катализаторов, в десятки раз гораздо более дешевых, чем применяемые ныне. Любое растительное масло может служить автомобильным топливом, но для этого входящие в его состав жирные кислоты надо превратить в эфиры. До сих пор необходимые для этого катализаторы оставались очень дорогими.

Японские  ученые получили пригодный  для много кратного использования катализатор - твердую кислоту  из обычного сахара. Теперь, по мнению авторов  открытия, наладив  промышленный выпуск катализатора, можно  будет приступать к массовому производству дизельного топлива  из возобновляемого  сырья.

США.

На  конкурсе экологически чистых транспортных средств "Солнечный  тур", прошедший  летом 2005г. В штате  Нью-Джерси, среди  машин на альтернативном топливе победил  автомобиль "Вегетарианец", работающий на отходах  школьной столовой. Этот автомобиль создали  студенты Центральной  школы из городка  Трентон (штат Нью-Джерси). Точнее они переоборудовали старенький "Фольксваген Гольф" 1985г. Выпуска, приспособив его двигатель к работе на биодизельном топливе собственного рецепта и изготовления. Как выяснилось, технология производства биотоплива, разработанная студентами, безопасна для окружающей среды и безотходна. Даже для перемешивания использованного кукурузного масла из студенческой столовой со щелочью, метанолом и этанолом они приспособили смеситель из солнечной энергии. А из выделенного в процессе производства топлива глицерина получали мыло, которое нашло применение тут же, в студенческом гараже. Как уверяют разработчики, на создание альтернативного авто они затратили меньше 1000 $, включая покупку старого "Гольфа". "Аппетит" же у "Вегетарианца" скромный - около 5,5л. на 100км., что помимо вполне безобидного выхлопа позволяет рассчитывать и на быструю окупаемость затрат.

Все больше американцев  предпочитают следовать  примеру этих студентов. Небольшие компании уже продают примерно за 800 $ конверсионные  комплекты, позволяющие  автомобили с дизельным  двигателем заправлять обычным растительным маслом. Многие американцы договариваются с  расположенными поблизости кафе или ресторанами  и забирают у них  использованное масло. Во многих ресторанах использованное масло  охотно отдают бесплатно, считая этот "симбиоз" весьма выгодным (иначе  пришлось бы платить  примерно 50 $ в месяц  на утилизацию). Правда необходимо лишь изредка  заправляться стандартным  дизтопливом (оно  нужно для запуска  холодного двигателя  и первых нескольких километров пробега).

С 2005г. В стране стремительно формируется рынок  альтернативного  автомобильного топлива, и в США уже  появились компании, которые оптом  скупают в ресторанах отработанное масло  и продают его  автомобилистам, по цене 20-25 центов за литр, что, впрочем, в два  с лишним раза дешевле  обычного топлива. Хлопоты  вокруг выхлопов // Экология и жизнь. - 2006. - С.50-51.

Россия.

В Белгородской области  весной 2005г. прошли первые испытания тепловоза  с дизельным двигателем, адаптированным и  работающем на рапсовом масле. Уже в 2006г., все тепловозы, приписанные к местной железной дороге, рассчитывают перевести на топливо из рапса. Поедем на биотопливе // Экология и жизнь. - 2006. - С. 63.

Большие надежды за рубежом  возлагают на получение  энергии из биомассы, содержащей различные  сахара, путем ее сбраживания с  получением спирта (этанола). В Бразилии разработана  национальная программа  использования этанола, полученного из сахарного  тростника, для замены почти четверти потребляемого  в стране бензина. Уже сегодня около 10% продаваемого там  бензина содержит 10% -ную добавку этанола, что заметно снижает содержание вредных веществ в выхлопных газах.

Масштабная  программа замены бензина этанолом, получаемым при переработке  излишков кукурузы и  других зерновых культур, осуществляется и  в США. На долю так  называемого газохола (смеси бензина с этанолом) уже приходится около 10% топливного рынка страны. Причем, как заключили американские эксперты, если спирта в бензин добавлять не больше 8%, то нет нужды даже в перенастройке карбюраторов или инжекторов.