Корреспондент: Прощавай, нафто. Викопному паливу приходять на зміну нові джерела енергії

Як би не протестували енергетичні компанії, ера викопного палива наближається до кінця. На зміну нафті, газу і вугіллю приходять не тільки вітер і сонце, але й магній, повітря і навіть бактерії, пише Олексій Бондарев у №41 журналу Корреспондент від 19 жовтня 2012 року.

Нафта – пережиток науково-технічного прогресу XIX століття, каже британський економіст Стенлі Хітч, і навіть незважаючи на те, що XX століття завдало по цьому пережитку два важких залпи (загроза глобального потепління і поява альтернативних видів палива), людство все ще сидить на нафтовій голці.

Злазити з неї розвинені країни не поспішають, навіть незважаючи на часто обговорювану загрозу виснаження запасів нафти. За словами Хітча, сперечатися про те, хто винен у цьому – багате нафтове лобі в урядах, елементарна недалекоглядність або недостатня швидкість, з якою вчені працюють над альтернативними джерелами енергії, – можна довго.

Однак, на думку експерта, навіть з урахуванням того що американський уряд зволікає з енергетичною реформою, а європейська влада більше втілює її на словах, ніж у реальності, дні нафти полічені.

Кожні півтора року кількість електроенергії, що виробляється у світі за допомогою сонячних батарей, зростає вдвічі. Продажі автомобілів з гібридними силовими установками зростають у геометричній прогресії. Зростає попит на біопаливо, а технології його виробництва прогресують – сьогодні в хід йдуть вже не тільки сільськогосподарські культури, але й відходи сільгоспвиробництва, наприклад банальна солома.

Викопні види палива скоро стануть історією, і це визнають не тільки затяті зелені, але й люди, які ще недавно перебували начебто на іншій лінії фронту

Викопні види палива скоро стануть історією, і це визнають не тільки затяті зелені, але й люди, які ще недавно перебували начебто на іншій лінії фронту.

"Я витратив 35 років свого життя на розробку різних видів засобів пересування, а тепер працюю над тим, щоб у моїх дітей було ще більше можливостей", – казав Роберт Стемпл, в минулому голова ради директорів General Motors, який потім очолив компанію ECD, що займалася розробкою альтернативних джерел енергії.

Стемпл вважав, що основних проривів варто чекати в галузі водневого палива і сонячної енергетики. Але сьогодні все частіше звучать припущення про те, що цвях в кришку труни дорогої й екологічно небезпечної нафти заб'ють інші види палива.

Корреспондент проаналізував публікації про новітні дослідження в цій галузі і пропонує своїм читачам огляд найбільш перспективних технологій у сфері створення альтернативного палива.

Бактерії

Численні публікації про перевагу біопалива заочно поховали бензин ще кілька десятиліть тому, проте, незважаючи на зростання популярності гібридних автомобілів, попит на машини з бензиновими і дизельними двигунами не поспішає падати.

Нещодавній звіт Управління енергетичної інформації США наочно пояснює, чому це так. Найпопулярніше на цей момент біопаливо – етанол – виробляється з кукурудзи і досі його виробництво було економічно невигідним. На додачу вплив на навколишнє середовище під час його спалювання має сумнівні переваги в порівнянні з традиційним бензином.

Для США ця ситуація приховує у собі суттєву загрозу, оскільки в країні майже 600 млн автомобілів і зашморг іноземної нафти затягується все тугіше. Та й в цілому для світової енергетики ця проблема стає з кожним роком все більш помітною, зазначає Арун Маюмдар, директор Агентства з досліджень у галузі альтернативної енергетики США (ARPA).

Саме тому Маюмдар вважає надзвичайно важливою розробку нового виду біопалива, яку в останній рік фінансує його агентство.

Поки що цей вид пального умовно називають "електропаливом". Ідея полягає ось у чому. Створюється розчин з мікроорганізмами, що живляться аміаком і водневими сульфідами. В умовній "камері згоряння" двигуна через цей розчин пропускається електричний струм, який змушує бактерії переробляти вуглекислий газ на горючу суміш, що дає ефект, схожий на той, що приводить у рух нинішні двигуни внутрішнього згоряння. Жодного енергоефективного джерела на зразок бензину, сонячного світла або біомаси бактеріям не потрібно.

Агентство фінансує розробки в галузі "електропалива" в 15 лабораторіях в різних університетах США. За словами Маюмдара, коефіцієнт корисної дії такого двигуна наближається до 100%

Агентство фінансує розробки в галузі "електропалива" в 15 лабораторіях в різних університетах США. За словами Маюмдара, коефіцієнт корисної дії такого двигуна наближається до 100%. Це може зробити їзду на автомобілях мало не безкоштовною.

Про аналогічний проект заявила недавно і американська компанія OPX Biotechnologies, яка стверджує, що розробила поновлюване біологічне паливо, шкідливі викиди якого на 75% нижчі, ніж у випадку з бензином.

Повітря

Автомобілі, а отже, і двигуни внутрішнього згоряння є одним з ключових чинників на енергетичному ринку. А що якщо автотранспорт перестане споживати пальне з викопного палива у величезних кількостях? Адже це змінить енергетичну картину світу.

На думку деяких учених, для того щоб домогтися цього, необов'язково винаходити нові види палива. Можливо, ідеальне пальне є у нас під носом, причому в необмежених кількостях, просто ми не вміємо його використати.

Перші патенти на застосування стисненого повітря як рушійної сили для механічних візків були видані у Великобританії ще на початку XIX століття. Перші двигуни такого типу використовувалися на англійських залізницях, проте після появи ефективних двигунів внутрішнього згоряння про ідею забули.

Сьогодні інженери деяких компаній незалежно один від одного воскрешають ідею, здатну зламати ситуацію на ринку автомобілів.

Принцип роботи сучасного двигуна внутрішнього згоряння простий: в камері згоряння відбувається детонація горючої суміші, таким чином створюється тиск, який штовхає поршні, а їхня енергія за допомогою інших механізмів передається на колеса.

Приводити в рух поршні можна і за допомогою стиснутого повітря, міркують інженери компанії General Motors, які створили тестовий автомобіль Cadillac Aera. ККД такого двигуна складає фантастичні 90%, що істотно більше, ніж у традиційних бензинових (до 30%) і дизельних (до 50%) двигунів.

Найскладнішими елементами є бак зі стисненим повітрям (на заправках використовуватимуться електричні компресори, які закачуватимуть повітря в баки під тиском), компресори, які передають порції повітря з бака в робочу зону, і турбіна – основна робоча частина двигуна.

Головним плюсом використання стисненого повітря як палива є екологічність – шкідливі викиди просто відсутні як клас. Додатковою перевагою стане спрощення конструкції двигуна – відсутність складної системи запалювання, бака для горючої
рідини

Головним плюсом використання стисненого повітря як палива є екологічність – шкідливі викиди просто відсутні як клас. Додатковою перевагою стане спрощення конструкції двигуна – відсутність складної системи запалювання, бака для горючої рідини. А вже про вартість "палива" тут можна взагалі не згадувати, кажуть експерти.

Для того щоб довести технологію до досконалості, залишилося розібратися з деякими технічними проблемами. Так, необхідно створити технологію, яка дозволить підвищити ступінь стиснення повітря в баках, оскільки нинішні методи не дозволяють за звичайних умов нагнітати повітря більше ніж до 300 бар (в такому випадку енергетичний потенціал не перевищує 1% від високооктанового бензину).

Саме через низьку компресію максимальна потужність пневматичного двигуна досі не перевищує 75 к. с.

З іншого боку, велика потужність у багатьох випадках і не потрібна. Пневмоавтомобілі вже сьогодні застосовуються як службові в деяких аеропортах Франції. Ще одна французька розробка, OneCat, пропонується як міське таксі (місткість – чотири людини, максимальна швидкість – 110 км / год).

У міському парку Мельбурна пневмодвигунами устатковані всі транспортні засоби. Влада одного з найбільш забруднених мегаполісів світу, Мехіко, мають намір перевести на пневматику весь муніципальний таксопарк.

Магній

На Землі є запаси магнію, достатні для того, щоб забезпечити енергетичні потреби людства на найближчі 300 тис. років, переконаний професор Такасі Ябе з Токійського технологічного інституту.

Як і багато інших вчених, він вважає, що магній має величезний потенціал, настільки великий, що в найбільш перспективних на сьогоднішній день паливних елементах магнієм варто було б замінити водень.

Магній здатен акумулювати в десять разів більше енергії, ніж водень. Запаси його в солоній морській воді величезні, практично невичерпні, зазначають учені.
Залишилося розробити методику вилучення магнію з води, яка зробить використання його як палива економічно обґрунтованим

Магній здатен акумулювати в десять разів більше енергії, ніж водень. Запаси його в солоній морській воді величезні, практично невичерпні, зазначають учені. Залишилося розробити методику вилучення магнію з води, яка зробить використання його як палива економічно обґрунтованим.

Розмови про застосування магнію піднімалися в науковому середовищі і раніше, однак відсутність бюджетних методів його видобутку незмінно ставила на них хрест, а водень вважався більш практичним.

Однак завдяки розробці професора Ябе світ може опинитися на порозі магнієвої революції. За методом Ябе окис магнію, отриманий з морської води, спалюється лазером за температури 3.700 ºС. При цьому створений японцями лазер живиться від сонячних батарей. Перший двигун, що використовує магній як паливо, вже був побудований інженерами японської компанії Mitsubishi.

Дослідники вважають, що їхня технологія може позбавити світ нафтової голки. "Магній врятує світ", – переконаний Ябе.

Водень

Поки найбільш передові фахівці шукають радикальні засоби вирішення енергетичних проблем людства, багато вчених вважають, що краще синиця в руках, ніж журавель у небі.

Такий синицею найчастіше прийнято вважати водень як найбільш дешевий і екологічно чистий вид не викопного палива. На поточний момент найчастіше розглядають два види використання пального в автомобільних двигунах.

Перший – як паливо у двигунах внутрішнього згоряння. Але ця ідея менше подобається прихильникам боротьби за зниження шкідливих викидів. Справа в тому, що під час спалювання водню відбуваються попутні реакції з компонентами повітря, внаслідок чого все одно утворюються токсичні вихлопи. Крім того, енергетичний потенціал водню під час спалювання менший, ніж у бензину чи дизпалива, у зв'язку з чим знижується потужність двигуна і зростає витрата водню.

Значно більш перспективним багато експертів вважають застосування водню для живлення паливних елементів. Ця технологія завжди була мрією фантастів. Адже в
цих елементах енергія палива перетворюється на електрику безпосередньо, минаючи стадію горіння

Значно більш перспективним багато експертів вважають другий варіант – застосування водню для живлення паливних елементів. Ця технологія завжди була мрією фантастів. Адже в цих елементах енергія палива перетворюється на електрику безпосередньо, минаючи стадію горіння.

У природі існує ідеальний приклад паливного елементу – мітохондрія, здатна перетворювати енергію білків і вуглеводів на вуглекислий газ і воду, використовуючи різницю потенціалів на своїх мембранах.

У паливних елементів на водні дуже високий ККД, значно вищий, ніж у бензинових двигунів, у яких істотна частина енергії палива витрачається даремно під час горіння.

Водень також абсолютно екологічний, адже єдине, що може виділятися під час його використання, – це нешкідливий водяний пар. На додачу паливні елементи виробляють менше шуму, менше нагріваються і взагалі за всіма показниками перевершують традиційні двигуни внутрішнього згоряння.

Деякі експерти вважають, що тема водневих паливних елементів настільки добре вивчена, що тепер усе впирається в одвічну проблему "яйце – курка". Навіть у найбільш розвинених країнах світу відсутня воднева інфраструктура, і ніхто не поспішає будувати спеціальні заправки, поки виробники не почали випускати транспортні засоби, що працюють на водні. А ті, у свою чергу, не поспішають випускати такі автомобілі, оскільки для них немає інфраструктури.

Водночас інші експерти вказують на те, що у водню як палива є проблеми серйозніші. Наприклад, той факт, що його собівартість не така вже й мала і безпосередньо залежить від викопного палива

Водночас інші експерти вказують на те, що у водню як палива є проблеми серйозніші. Наприклад, той факт, що його собівартість не така вже й мала і безпосередньо залежить від викопного палива, оскільки видобування водню з природного газу досі є найпоширенішим способом.

Проте кількість наявних моделей транспортних засобів, що працюють на водні, обчислюється десятками. Так, Honda ще у 2008 році почала продаж моделі FCX із силовою установкою на водневих елементах. Заправка автомобіля здійснюється водієм самостійно за допомогою домашньої енергетичної станції, яка виробляє водень з побутового природного газу.

Компанія Ford розробила модель Focus FCV з двигуном на водні, а Daimler налагодив виробництво приміських автобусів Mercedes-Benz Citaro на водневих паливних елементах. Прокотитися на таких автобусах сьогодні можна в Амстердамі, Барселоні, Гамбурзі, Стокгольмі, Штутгарті і багатьох інших містах Європи.

Приєдналися до водневого "братства" і багато інших автомобільних гігантів, включаючи Nissan, Toyota, General Motors, Hyindai.

Мистецтво спалювати

Достатньо вичерпавши природні ресурси планети з використанням примітивних технологій тисячолітньої давності, людство поступово переходить на альтернативні джерела енергії

Дані Discovery

***

Цей матеріал опубліковано в № 41 журналу Корреспондент від 19 жовтня 2012 року. Передрук публікацій журналу Корреспондент в повному обсязі заборонений. З правилами використання матеріалів журналу Корреспондент, опублікованих на сайті Корреспондент.net, можна ознайомитися тут.