Альтернативная энергетика XXI века

Дожив до века, названного в честь рождения одного из представителей Богов на Земле, двадцать первым, человечество столкнулось с предчувствием энергетического голода. Население постоянно растет, потребности на одну душу также увеличиваются, а запасы традиционного топлива быстро истощаются. Торф уже практически сожжен, запасов нефти едва хватит до конца века, с каменным углем много возни, а запасы газа не беспредельны. Гидроэлектростанции построены уже практически на всех реках, где это возможно. Энергия ветра, солнечного света, тепла Земли, приливов и отливов  многого дать не может. Атомные электростанции на уране опасны и дороги. Термоядерной энергетики, на основе которой должна была быть построена экономика коммунизма в СССР, несмотря на многочисленные обещания, создать не удалось. В добавок к энергетическому кризису человечество столкнулось ещё и с экологической проблемой, связанной с сжиганием большого количества топлива - загрязнением природы и изменением климата.

Учитывая всё это, весь мир принялся за поиски альтернативной энергетики. Ей посвятил основную часть своей речи перед учеными 27 апреля 2009 года президент США Обама. Он заявил: «Нация, которая в XXI веке будет мировым лидером в использовании чистой энергии, будет и мировым экономическим лидером». Обама поставил задачу отказаться от ископаемого топлива к 2050 году. На создание новых источников энергии из бюджета США в ближайшие 10 лет намечается выделить 150 млрд. долл., а также дать налоговые льготы их разработчикам.

На что же рассчитывают энергетики? Во-первых, это биотопливо. В отличие от ископаемого, неживого, биологическое топливо получается от  живых животных или растений. Это животный жир и растительное масло, сами растения, водоросли, получаемый из них спирт. Биотопливо непрерывно возобновляется и поэтому его запасы неограниченны. В США биологическое топливо считается одной из основных альтернатив ископаемому и средством обеспечения энергетической безопасности страны. Ещё в 2008 году там был принят план по разработке и внедрению биотоплива, по которому на исследования и эксперименты выделено 400 млн. долл. Сообщалось, что в Германии уже запущена установка на биотопливе (водоросли) мощностью 500 кВт. В России существует Российская национальная биотопливная ассоциация (РНБА). Несколько птицефабрик уже обеспечивают себя теплом и светом за счет своего куриного помёта. Предлагалось аналогично обеспечивать и людей, перерабатывая мусор и канализационные стоки. Однако биоэнергетика не может удовлетворить всех потребностей человека, да и решить проблем экологии и изменений климата.

Уже давно обсуждаются перспективы и ведутся работы в области водородной энергетики. Действительно, по теплотворной способности водород в 3 - 5 раз превосходит лучшие углеводородные топлива, а при сжигании выделяет только водяной пар. Однако в природе он в чистом виде практически не существует. Одним из лучших способов получения водорода является каталитическая конверсия метана в парах воды высокой температуры: СН4 + Н2О → СО + 3Н2. Однако при этом выделяется ядовитый угарный газ. Более экологичен синтез Н2 электролизом воды (обычно в растворе КОН):  2Н2О → 2Н2 + О2. В том и другом случае требуются значительные энергозатраты – в первом случае нужен природный газ, который проще сжечь, а во втором - электричество. При электролизе расход электроэнергии на 1 м3 водорода составляет около 5 кВт.ч. При обратной реакции сжигания получается существенно меньше. Следовательно, получение водорода для последующего сжигания энергетически невыгодно и может использоваться только в исключительных случаях: для выравнивания суточного потребления электричества, при получении Н2 за счет солнечного света, при его наличии как побочного продукта при каких-то процессах и т.п. Если дополнительно учесть проблему хранения взрывоопасного газа, то становится очевидным, что и водородная энергетика не может устранить или отодвинуть энергетический кризис.

Писатели-фантасты часто обращаются к получению энергии за счет  антиматерии, применяя её в фотонных двигателях своих звездолетов. Действительно, антиматерия теоретически является самым энергоемким видом топлива. Если взять m килограммов антиматерии, то при её аннигиляции с таким же количеством материи выделится 2mc2 = 1,8m.1016 Джоулей или 5m.109 кВт.ч энергии (здесь с = 3.108 м/c – скорость света). Однако антиматерии в природе не существует, а для её искусственного получения на ускорителях  нужно затратить энергии куда больше, чем получишь. Поэтому рассчитывать на антиматерию в энергетике бессмысленно. А нельзя ли её использовать для аккумуляции энергии? В США Институт перспективных концепций NASA финансировал разработку космического корабля для полетов на Марс за 45 – 90 дней. Его разработчик – фирма «Positronics Research» в г. Санта-Фе. Так как аннигиляция ядер атомов дает очень жесткое и проникающее гамма-излучение, то в качестве топлива выбрали антиэлектроны, т.е. позитроны. Для полёта на Марс и обратно требуется всего 10 мг позитронов, стоимость наработки которых составляет всего около 250 млн. долл. Поэтому первый полёт звездолета на антиматерии казался не за горами. Однако, как было показано нами (ТМ, март 2007, с. 3), такой корабль не может взлететь, так как 10 мг позитронов обладают положительным зарядом в 2.106 Кл, а Земля при их производстве приобретает такой же отрицательный заряд. Между кораблем и Землей действовала бы сила кулоновского притяжения, равная 1023 Н. Это вес 10 млн. Эверестов! Никакой двигатель её преодолеть не может. Да и загрузить позитроны в корабль невозможно – они прорвут любую емкость. Если же загружать вместе с электронами, то аннигиляция произойдет ещё на Земле.       

По мнению слепых поклонников А. Эйнштейна – релятивистов гигантскую энергию можно получать и без антиматерии, прямо из массы. Для них ведь масса (мера инерции) и энергия (мера движения) эквивалентны. Б. Болотовский учит наших школьников в журнале РАН «Квант» (1995, № 2, с. 11 – 14 и 2005, № 6, с. 3 – 7),  что говорить, что соотношение Е = mc2 между массой и энергией не означает их тождественности, это всё равно, что сказать – равенство 2 = 2 не тождество, так как справа стоит правая двойка, а слева – левая. Поэтому можно взять любой булыжник, без дела валяющийся у дороги, и в течение года освещать и обогревать им целый город. Конечно, релятивисты – это теоретики и конкретных технических решений не предлагают, но мошенники пользуются их теориями. В 1991 году Правительство России во главе с Президентом Б.Н. Ельциным на бредовую программу получения энергии из камня выделило 120 млн. рублей. Результат неизвестен.

Лет 10 – 20 назад, когда появились полимерные пьезоэлектрики на основе поливинилиденфторида, заговорили о пьезоэнергетике. Плёночные пьезоэлементы большой площади сначала предполагалось укладывать в море недалеко от берега. Тогда под действием давления волн они вырабатывали бы электричество. В США даже проводились соответствующие опыты, но положительных результатов не дали. Однако идею не забыли. Сейчас в одной из воинских частей США есть электрогенерирующая танцплощадка, под плитки пола которой уложены пьезоэлементы. Хочешь света – спляши! Ставят пьезоэлементы и в каблуки обуви, в результате при ходьбе горит лампочка. Обзор такого рода работ дан в книге «Energy Harvesting Technologies», Editors Shashakk Priya, D.J. Inman Springer, 2009. Не  отстают от американцев и французы: их фирма CEA – Leti создала систему, преобразующую энергию дождевых капель в электрический ток. Система может выдавать мощность от нескольких микроватт до 10 мВт. В России Ю.М. Гольдберг из ОАО «Звезда-энергетика» хочет реализовать идею А. Райкина – брать энергию от балерин, чтобы зря не вертелись. Для этого танцовщица исполняет свой номер на площадке, лежащей на шарикоподшипниках, на пол под которыми уложены пьезоэлементы. Тогда при вращении подшипники покатятся по пьезоэлементам, которые и вырабатывают ток. В часы пиковой нагрузки, естественно,  привлекаются танцоры-мужчины.  Куда более мощные установки создает один профессор Южного федерального университета. Он предлагает замуровывать пьезоэлементы в асфальт шоссе. Обещает снимать 5 МВт с каждых 10 км дороги. Конечно, для этого по шоссе придется гонять туда и обратно колонны автомашин, груженных тяжелыми бетонными блоками. Но такой пустяк автора не смущает.

Разработчики пьезоэнергетических систем не учитывают, что пьезоэлемент выдает электрический ток только тогда, когда его деформируют. Для деформации нужно совершить работу А = Fx, где F – приложенная сила, х - деформация. При этом вырабатываемая электроэнергия W = k2A, где k – коэффициент электромеханической связи. Для лучших пьезоматериалов k = 0,5. Поэтому в электричество преобразуется только 25 % затраченной энергии. И это без учета неизбежных механических и электрических потерь. Следовательно, использование пьезоэлементов в энергетике не выгодно, и балеринам куда лучше ставить не пьезоэлемент, а динамо, как и предлагал Аркадий Райкин.

Таким образом, ни один из рассмотренных видов альтернативной энергетики пока не может заменить традиционной. Необходимы новые разработки. Для их поощрения Президентом В.В. Путиным в 2003 году была учреждена премия «Глобальная энергия» в 1,1 млн. долл., т.е. больше самой престижной Нобелевской премии. Однако Президент доверил распределение премии Академии наук, и академики делят её ежегодно между собой, без учета вклада каждого в энергетику. Когда все члены жюри и их друзья получат свои миллионы, придется искать истинных ученых, добившихся выдающихся результатов в области энергетики. К счастью, кандидатов на премию у нас уже сейчас очень много.

Альтернативной энергетикой в России занимаются академики, ученые, инженеры, простые рабочие и крестьяне. В газеты, журналы, на радио и телевидение, в патентное ведомство, Президенту и Председателю правительства идёт непрерывный поток предложений решения энергетической проблемы. Часто авторы утверждают даже, что проблема ими уже решена и созданы устройства, ничего материального не потребляющие, ничего не выделяющие, но дающие бесплатную неограниченную и экологически чистую энергию. Так как многие изобретатели грамотные, то говорят, что их разработка не является вечным двигателем, perpetuum mobile, невозможность работы которого доказал ещё Леонардо да Винчи, а Парижская академия наук ввиду бесполезности отказалась принимать на рассмотрение в 1775 году. Их аппарат якобы что-то потребляет: пространство, время, мировой эфир, воду, воздух, песок, электрическое, магнитное или гравитационное поля и т.п. А раз предлагается не «вечняк», а нечто реальное и работоспособное, то оно требует выделения средств для скорейшего внедрения. Такого рода изобретения мы рассмотрим в следующих публикациях. 
                                                                               



Приходько Валентин Иванович , Copyright © 2010 - 2018 г. E-mail: adm-site-val@rambler.ru , Украина .
Перепечатка материалов с обязательной ссылкой на авторство и сайт - ПРИВЕТСТВУЕТСЯ !.
Все материалы на сайте предоставлены исключительно в ознакомительных и образовательных целях,
администрация сайта не претендует на их авторство и не несёт ответственности за их содержание.