Экологичный способ получения энергии

10 альтернативных источников энергии, о которых вы ничего не знали

Для решения проблемы ограниченности ископаемых видов топлива исследователи во всем мире работают над созданием и внедрением в эксплуатацию альтернативных источников энергии. И речь идет не только о всем известных ветряках и солнечных батареях. На смену газу и нефти может прийти энергия от водорослей, вулканов и человеческих шагов. Recycle выбрал десять самых интересных и экологически чистых энерго-источников будущего.

Джоули из турникетов

Тысячи людей каждый день проходят через турникеты при входе на железнодорожные станции. Сразу в нескольких исследовательских центрах мира появилась идея использовать поток людей в качестве инновационного генератора энергии. Японская компания East Japan Railway Company решила оснастить каждый турникет на железнодорожных станциях генераторами. Установка работает на вокзале в токийском районе Сибуя: в пол под турникетами встроены пьезоэлементы, которые производят электричество от давления и вибрации, которую они получают, когда люди наступают на них.

Другая технология «энерго-турникетов» уже используется в Китае и в Нидерландах. В этих странах инженеры решили использовать не эффект нажатия на пьезоэлементы, а эффект толкания ручек турникета или дверей-турникетов. Концепция голландской компании Boon Edam предполагает замену стандартных дверец при входе в торговые центры (которые обычно работают по системе фотоэлемента и сами начинают крутиться) на двери, которые посетитель должен толкать и таким образом производить электроэнергию.

В голландском центре Natuurcafe La Port такие двери-генераторы уже появились. Каждая из них производит около 4600 киловатт-час энергии в год, что на первый взгляд может показаться незначительным, но служит неплохим примером альтернативной технологии по выработке электричества.

Водоросли отапливают дома

Водоросли стали рассматриваться в качестве альтернативного источника энергии относительно недавно, но технология, по мнению экспертов, очень перспективна. Достаточно сказать, что с 1 гектара площади водной поверхности, занятой водорослями, в год можно получать 150 тысяч кубометров биогаза. Это приблизительно равно объёму газа, который выдает небольшая скважина, и достаточно для жизнедеятельности небольшого поселка.

Зеленые водоросли просты в содержании, быстро растут и представлены множеством видов, использующих энергию солнечного света для осуществления фотосинтеза. Всю биомассу, будь то сахара или жиры, можно превратить в биотопливо, чаще всего в биоэтанол и биодизельное топливо. Водоросли — идеальное эко-топливо, потому что растут в водной среде и не требуют земельных ресурсов, обладают высокой продуктивностью и не наносят ущерба окружающей среде.

По оценкам экономистов, к 2018 году глобальный оборот от переработки биомассы морских микроводорослей может составить около 100 млрд долларов. Уже существуют реализованные проекты на «водорослевом» топливе — например, 15-квартирный дом в немецком Гамбурге. Фасады дома покрыты 129 аквариумами с водорослями, служащими единственным источником энергии для отопления и кондиционирования здания, получившего название Bio Intelligent Quotient (BIQ) House.

«Лежачие полицейские» освещают улицы

Концепцию выработки электроэнергии при помощи так называемых «лежачих полицейских» начали реализовывать сначала в Великобритании, затем в Бахрейне, а скоро технология дойдет и до России. Все началось с того, что британский изобретатель Питер Хьюс создал «Генерирующую дорожную рампу» (Electro-Kinetic Road Ramp) для автомобильных дорог. Рампа представляет собой две металлические пластины, немного поднимающиеся над дорогой. Под пластинами заложен электрический генератор, который вырабатывает ток всякий раз, когда автомобиль проезжает через рампу.

В зависимости от веса машины рампа может вырабатывать от 5 до 50 киловатт в течение времени, пока автомобиль проезжает рампу. Такие рампы в качестве аккумуляторов способны питать электричеством светофоры и подсвечиваемые дорожные знаки. В Великобритании технология работает уже в нескольких городах. Способ начал распространяться и на другие страны — например, на маленький Бахрейн.

Самое удивительное, что нечто подобное можно будет увидеть и в России. Студент из Тюмени Альберт Бранд предложил такое же решение по уличному освещению на форуме «ВУЗПромЭкспо». По подсчетам разработчика, в день по «лежачим полицейским» в его городе проезжает от 1000 до 1500 машин. За один «наезд» автомобиля по оборудованному электрогенеретором «лежачему полицейскому» будет вырабатываться около 20 ватт электроэнергии, не наносящей вред окружающей среде.

Больше, чем просто футбол

Разработанный группой выпускников Гарварда, основателей компании Uncharted Play, мяч Soccket может за полчаса игры в футбол сгенерировать электроэнергию, которой будет достаточно, чтобы несколько часов подпитывать LED-лампу. Soccket называют экологически чистой альтернативой небезопасным источникам энергии, которые нередко используются жителями малоразвитых стран.

Принцип аккумулирования энергии мячом Soccket довольно прост: кинетическая энергия, образуемая от удара по мячу, передается крошечному механизму, похожему на маятник, который приводит в движение генератор. Генератор производит электроэнергию, которая накапливается в аккумуляторе. Сохраненная энергия может быть использована для питания любого небольшого электроприбора — например, настольной лампы со светодиодом.

Выходная мощность Soccket составляет шесть ватт. Генерирующий энергию мяч уже завоевал признание мирового сообщества: получил множество наград, был высоко оценен организацией Clinton Global Initiative, а также получил хвалебные отзывы на известной конференции TED.

Скрытая энергия вулканов

Одна из главных разработок в освоении вулканической энергии принадлежит американским исследователям из компаний-инициаторов AltaRock Energy и Davenport Newberry Holdings. «Испытуемым» стал спящий вулкан в штате Орегон. Соленая вода закачивается глубоко в горные породы, температура которых благодаря распаду имеющихся в коре планеты радиоактивных элементов и самой горячей мантии Земли очень высока. При нагреве вода превращается в пар, который подается в турбину, вырабатывающую электроэнергию.

На данный момент существуют лишь две небольшие действующие электростанции подобного типа – во Франции и в Германии. Если американская технология заработает, то, по оценке Геологической службы США, геотермальная энергия потенциально способна обеспечить 50% необходимого стране электричества (сегодня ее вклад составляет лишь 0,3%).

Другой способ использования вулканов для получения энергии предложили в 2009 году исландские исследователи. Рядом с вулканическими недрами они обнаружили подземный резервуар воды с аномально высокой температурой. Супер-горячая вода находится где-то на границе между жидкостью и газом и существует только при определенных температуре и давлении.

Ученые могли генерировать нечто подобное в лаборатории, но оказалось, что такая вода встречается и в природе — в недрах земли. Считается, что из воды «критической температуры» можно извлечь в десять раз больше энергии, чем из воды, доведенной до кипения классическим образом.

Энергия из тепла человека

Принцип термоэлектрических генераторов, работающих на разнице температур, известен давно. Но лишь несколько лет назад технологии стали позволять использовать в качестве источника энергии тепло человеческого тела. Группа исследователей из Корейского ведущего научно-технического института (KAIST) разработала генератор, встроенный в гибкую стеклянную пластинку.

Т акой гаджет позволит фитнес-браслетам подзаряжаться от тепла человеческой руки — например, в процессе бега, когда тело сильно нагревается и контрастирует с температурой окружающей среды. Корейский генератор размером 10 на 10 сантиметров может производить около 40 милливат энергии при температуре кожи в 31 градус Цельсия.

Похожую технологию взяла за основу молодая Энн Макосински, придумавшая фонарик, заряжающийся от разницы температур воздуха и человеческого тела. Эффект объясняется использованием четырех элементов Пельтье: их особенностью является способность вырабатывать электричество при нагреве с одной стороны и охлаждении с другой стороны.

В итоге фонарик Энн производит довольно яркий свет, но не требует батарей-акуумуляторов. Для его работы необходима лишь температурная разница всего в пять градусов между степенью нагрева ладони человека и температурой в комнате.

Шаги по «умной» тротуарной плитке

На любую точку одной из оживленных улиц приходится до 50000 шагов в день. Идея использовать пешеходный поток для полезного преобразования шагов в энергию была реализована в продукте, разработанном Лоуренсом Кемболл-Куком, директором британской Pavegen Systems Ltd. Инженер создал тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию из кинетической энергии гуляющих пешеходов.

Устройство в инновационной плитке сделано из гибкого водонепроницаемого материала, который при нажатии прогибается примерно на пять миллиметров. Это, в свою очередь, создаёт энергию, которую механизм преобразует в электричество. Накопленные ватты либо сохраняются в литиевом полимерном аккумуляторе, либо сразу идут на освещение автобусных остановок, витрин магазинов и вывесок.

Сама плитка Pavegen считается абсолютно экологически чистой: ее корпус изготовлен из нержавеющей стали специального сорта и переработанного полимера с низким содержанием углерода. Верхняя поверхность изготовлена из использованных шин, благодаря этому плитка обладает прочностью и высокой устойчивостью к истиранию.

Во время проведения летней Олимпиады в Лондоне в 2012 году плитку установили на многих туристических улицах. За две недели удалось получить 20 миллионов джоулей энергии. Этого с избытком хватило для работы уличного освещения британской столицы.

Велосипед, заряжающий смартфоны

Чтобы подзарядить плеер, телефон или планшет, необязательно иметь под рукой розетку. Иногда достаточно лишь покрутить педали. Так, американская компания Cycle Atom выпустила в свет устройство, позволяющее заряжать внешний аккумулятор во время езды на велосипеде и впоследствии подзаряжать мобильные устройства.

Продукт, названный Siva Cycle Atom, представляет собой легкий велосипедный генератор с литиевым аккумулятором, предназначенным для питания практически любых мобильных устройств, имеющих порт USB. Такой мини-генератор может быть установлен на большинстве обычных велосипедных рам в течение считанных минут. Сам аккумулятор легко снимается для последующей подзарядки гаджетов. Пользователь занимается спортом и крутит педали — а спустя пару часов его смартфон уже заряжен на 100 поцентов.

Компания Nokia в свою очередь тоже представила широкой публике гаджет, присоединяемый к велосипеду и позволяющий переводить кручение педалей в способ получегия экологически безопасной энергии. Комплект Nokia Bicycle Charger Kit имеет динамо-машину, небольшой электрический генератор, который использует энергию от вращения колес велосипеда и подзаряжает ей телефон через стандартный двухмиллиметровый разъем, распространенный в большинстве телефонов Nokia.

Польза от сточных вод

Любой крупный город ежедневно сбрасывает в открытые водоемы гигантское количество сточных вод, загрязняющих экосистему. Казалось бы, отравленная нечистотами вода уже никому не может пригодиться, но это не так — ученые открыли способ создавать на ее основе топливные элементы.

Одним из пионеров идеи стал профессор Университета штата Пенсильвания Брюс Логан. Общая концепция весьма сложная для понмания неспециалиста и построена на двух столпах — применении бактериальных топливных ячеек и установке так называемого обратного электродиализа. Бактерии окисляют органическое вещество в сточных водах и производят в данном процессе электроны, создавая электрический ток.

Для производства электричества может использоваться почти любой тип органического отходного материала – не только сточные воды, но и отходы животноводства, а также побочные продукты производств в виноделии, пивоварении и молочной промышленности. Что касается обратного электродиализа, то здесь работают электрогенераторы, разделенные мембранами на ячейки и извлекающие энергию из разницы в солености двух смешивающихся потоков жидкости.

«Бумажная» энергия

Японский производитель электроники Sony разработал и представил на Токийской выставке экологически чистых продуктов био-генератор, способный производить электроэнергию из мелко нарезанной бумаги. Суть процесса заключается в следующем: для выделения целлюлозы (это длинная цепь сахара глюкозы, которая находится в зеленых растениях) необходим гофрированный картон.

Цепь разрывается с помощью ферментов, а образовавшаяся от этого глюкоза подвергается обработке другой группой ферментов, с помощью которых высвобождаются ионы водорода и свободные электроны. Электроны направляются через внешнюю цепь для выработки электроэнергии. Предполагается, что подобная установка в ходе переработки одного листа бумаги размером 210 на 297 мм может выработать около 18 Вт в час (примерно столько же энергии вырабатывают 6 батареек AA).

Метод является экологически чистым: важным достоинством такой «батарейки» является отсутствие металлов и вредных химических соединений. Хотя на данный момент технология еще далека от коммерциализации: электричества вырабатывается достаточно мало – его хватает лишь на питание небольших портативных гаджетов.

Источник

Экологичный способ получения энергии

• 

Экологически чистые источники энергии

Ещё в прошлом веке учёные предвещали будущую проблему с экологией, и сейчас эта проблема становится всё более явной. Эти данные подтверждаются с увеличением уровня загрязнения углеродными технологиями. Было подсчитано, что если активно внедрять экологически чистые источники сырья в планетарных масштабах, можно достичь желаемой энергетической безопасности уже к 2050 году.

В последнее время рынок экологически чистых видов энергии растёт довольно быстро, однако это — лишь малая доля желаемого темпа развития, что решило бы проблемы глобального потепления.

К основным экологически чистым технологиям в первую очередь следует отнести энергию ветра и Солнца, энергию океана, приливов и отливов волн, геотермальную энергию, биомассу, что сейчас и рассмотрим.

Энергия ветра

Энергия ветра, как быстроразвивающийся источник электричества, производится благодаря ветротурбинам, что устанавливаются на высотах. Турбины используют ветер, чтобы получать электричество, что удобно и самое главное – экологически безопасно. Ветром вращаются лопасти, которые приводят в действие электрогенератор, что и вырабатывает необходимые киловатты. Использование энергии ветра осуществляется по средствам линий передача, также широко используется в отдалённых районах, где отсутствуют энергосистемы широкого использования. В последнее время ученых заинтересовали ветра, что проносятся достаточно высоко от земли, как источник более качественной энергии.

Солнечная энергия

Не менее популярным является использование Солнца в качестве получения энергии, ведь ежедневно на Землю поступает энергия от солнечных лучей, которой хватит на 6 млр населения планеты. Энергетика Солнца – это нетрадиционная энергетика, что берёт за основу солнечное излучение. Благодаря многочисленным работам солнечная энергия преобразовывается в электрическую и теплую. Впервые благодаря солнечной энергии электричество было получено ещё в 1957 году, когда при освоении Космоса на спутнике были установлены солнечные батареи и с лёгкостью вырабатывали электроэнергию. Однако это далеко не все возможности энергии Солнца. Солнечное излучение используется также для подогрева воды и отопления различных помещений с помощью специальных солнечных коллекторов.

В хозяйстве домов и ферм можно использовать солнечные панели, которые эффективно обеспечивают электроэнергией всё оборудование вплоть до комплексного энергоснабжения больших коттеджей и усадьб. Такие панели также могут обеспечить быстрый подогрев бассейнов и кондиционирование.

Энергия вакуума

Хотелось бы отметить ряд научных исследований, направленных на получение энергии благодаря физическому вакууму. Большой вклад в развитие вакуумной энергии внёс лауреат Нобелевской премии Р. Фейнман, который доказал энергетический потенциал вакуума. По его словам, вакуум, что заключен в объёме электрической лампочки, содержит такое количество энергии, что способно подогреть воды мирового океана. Основой вакуумного учения есть пространство как огромный физический вакуум, что является частью энергопреобразования.

Газовые электростанции

К экологически чистым способам получения энергии можно по праву отнести сверхэффективные газовые электростанции, что используют в своей работе усовершенствованные турбины. За счёт более высокого показателя КПД такие электростанции приводят к значительно меньшему выбросу различных парниковых газов. Однако более широкого использования данной технологии сдерживается проблемами с поставками газа и его высокая цена по сравнению с каменным углем, который пока месть имеет большую востребованность.

Обезуглероженный каменный уголь

Большая привязанность к использованию угля привела к новым технологиям и в этой сфере, — обезуглероженному каменному углю. Благодаря комплексному процессу газификации каменного угля возможно внедрение более экологически безопасных электростанций. После газификации угля значительно снижается выброс оксида серы, ртути и оксида азота в атмосферу. Кроме того, такой комбинированный цикл газификации значительно сокращает выбросы углекислого газа. Процесс обезуглероживания каменного угля осуществляется при помощи скрубберов, комбинированных циклов или связыванием углерода.

Энергия океана, приливов и отливов

Разумеется, следует отметить и актуальность энергии волн и океана. Данная энергия образовывается в волнах на поверхности океана и измеряется мощностью волновой энергии кВт на метр. Мощность такой энергии напрямую зависит от высоты волны и является значительно мощнее ветровой и солнечной энергии. Данный вид энергии – 100% возобновляем и является альтернативным видом экологически чистых источников энергии. Кроме того, достаточно мощной является энергия приливов и отливов, которая начала использоваться ещё в XI веке при работе мельниц и лесопилок. Работа приливных электростанций основывается на природной закономерности – гравитационные силы Солнца и Луны притягивают к себе водные массы, поэтому дважды в сутки уровень воды в океане поднимается и опускается, вызывая нужные колебания.

Биомассы

Энергию скрывают в себе не только воды и ветер, но даже энергоносители природного происхождения, которые получили название биомассы. Эта энергия образуется в процессе фотосинтеза и является абсолютно безопасной при условии газификации биомассы с последующей работой в газовых турбинах. Исследованиями, проведенными учеными из Принстона было доказано, что продукты газификации биомассы могут основательно конкурировать с привычными уже ядерными, гидравлическими и тепловыми энергоустановками. По словам специалистов Соединённых Штатов, синтетическое топливо может стать основополагающим источником энергии в XXI веке, ведь тот же метанол добывается из биомассы сахара тростника и может быть экологически чистым заменителем бензина.

Геотермальная энергия

В центре земли температура составляет около 6000 градусов по Цельсию – это достаточно горячо, чтобы с легкостью расплавить породы земной коры. Даже на несколько километров вглубь земли, температура может быть более 250 градусов по Цельсию, если слой земной коры является тонким. В целом, повышение температуры идет на один градус каждые 30 — 50 метров в зависимости от месторасположения.

В вулканических районах, расплавленные породы земной коры могут находиться очень близко к поверхности.

Слово «геотермальная» происходит от греческого слова geo (земля) и therme (тепловая энергия). Таким образом, геотермальная энергия – это тепло из-под Земли. Мы можем восстановить это тепло в виде пара или горячей воды и использовать ее для обогрева зданий и выработки электроэнергии. Геотермальная энергия используется на протяжении тысяч лет в некоторых странах для приготовления пищи и отопления.

Будущее экологически чистой энергии

Состояние экологии в наше время – достаточно актуальная тема! При воплощении всех задуманных планов относительно экологически чистых источников энергии вполне реально очистить атмосферу от загрязнений и снизить до минимума возможные катаклизмы на АЭС и другие катастрофы, что имеют место быть в наш прогрессивный век.

После аварий, произошедших в Японии, на Украине, в США, многие задумались о невероятной опасности, что несут собой АЭС и многие другие источники энергии, широко применяемые в наши дни. По статистическим данным на энергию, добываемую при помощи угля, приходится 26% от всей мировой энергии, на нефть – 36%, тогда как солнечная энергия занимает лишь 0,1% от мировой энергии.

Многие страны постепенно переходят на альтернативные источники энергии. Так, в Норвегии и Финляндии всё более признанными становятся солнечные электростанции, что позволяет повышать эффективность солнечных элементов и качество материалов. А геотермальная энергетика позволяет эффективно растапливать и обогревать дома, магазины и фабрики. Так, к концу 1988 года в Исландии, что является рекордсменом по использованию геотермальных ресурсов, мощность энергии достигла 39 МВт.

Ветровую энергию широко использует Дания, где насчитывается около 4 тыс. ветровых установок – 5% от всей вырабатываемой страной энергии. Кроме того, 1 Кв такой энергии значительно дешевле той же энергии, добытой АЭС и ТЭЦ.

Прибегнуть к альтернативным источникам энергии подвигла нехватка электричества и города Китая, — здесь уже начали устанавливаться комплексы ветряков, а к 2020 году планируется получать ещё 20 млн КВт по средствам воды, солнца и ветра.

Нельзя не отметить Португалию, которая начала построение самой крупной во всём мире солнечной электростанции, где будет установлено около 35 тысяч солнечных батарей. Данная станция сможет вырабатывать до 62 МВт электроэнергии, что является прекрасным показателем в области экологически чистых источников энергии.

Использование альтернативных источников энергии необходимо странам не только в связи с нехваткой энергии уже существующих станций. Всё дело в невосполнимости природных запасов — нефти, природного газа, что могу поставить под вопрос их вечное использование. В связи с тем, что потребление природных запасов постоянно растёт, по некоторым прогнозам население будет обеспечено нефтью и газом ближайшие 30 – 50 лет и около 300 лет для угля.

Активному использованию экологически чистых источников энергии препятствуют значительные материальные затраты, которые далеко не сразу окупаются. Кроме того, сейчас традиционно получаемая энергия значительно дешевле предполагаемой солнечной, ветряной, энергии биомасс. Однако многие забывают о главном преимуществе альтернативных источников энергии – их возобновлямость, которая в конечном итоге сделает энергию лучшей в своём роде. Кроме того, возобновляемые источники энергии прекрасны для районов без единой мощной энергосети.

Со всеми вышеперечисленными преимуществами невозможно не согласиться, однако тормозит процесс внедрения альтернативных источников энергии в действие первоначальные капиталовложения, которые окупаются не так скоро, как того хотелось бы. И, конечно, нельзя не отметить мощность и сравнительно малые площади традиционных электростанций, что не даёт полной уверенности в отказе от их использования.

Считается, что наибольшие перспективы имеет ветряная энергия. По сравнению с другими альтернативными источниками энергии, начальные капиталовложения здесь относительно не высокие. Кроме того, стоимость энергии, получаемой при помощи ветра практически равно энергии с ТЭЦ, что внушает далёкие перспективы.

Таким образом, экологически чистые источники энергии привлекают в первую очередь своей экологичностью и значительно меньшим уроном для окружающей среды, а также возобновляемостью сырья. Однако дороговизна налаживания станций, значительная привязанность к местности и меньшая традиционных электростанций мощность ставит альтернативные источники энергии под вопрос. На практике можно увидеть лишь малую долю возможного использования энергии ветра, Солнца и других вышеперечисленных источников, в лучшем случае – комбинированное использование как альтернативных, так и традиционных. Но даже в таком случае, что не может не радовать, можно добиться значительного снижения потребности в угле, нефти и газе, приостановить темпы их добычи, что даст возможность отстрочить начало энергетического кризиса!

Источник