8 альтернативных источников возобновляемой энергии, которые способны заменить нефть и газ

Солнечная энергия

Когда речь идет о возобновляемых источниках энергии, чаще всего мы вспоминаем о солнечной энергии и панелях, используемых для ее преобразования. Существует два типа таких генераторов: фотогальванические и концентрированные.

Фотогальванические генераторы работают следующим образом: когда проводник или полупроводник в батарее нагревается за счет поглощения солнечного излучения, между областями с разной температурой возникает разность потенциалов, что приводит к появлению электрического тока.

Концентрированные генераторы собирают свет, который нагревает жидкость. Она превращается в пар и приводит в движение турбины, в результате чего производится электричество. Принцип работы таких панелей отличается тем, что они способны накапливать тепло, поэтому остаются эффективными и в ночное время.

Кроме производства электроэнергии, солнечный свет может использоваться и для прямого нагрева жидкости, например, в бассейнах и душевых. Установленный на крыше экологичного дома большой резервуар помогает существенно сэкономить на электроэнергии.

Солнечная энергия (фото: Fieldproxy)

Биотопливо

Биомасса представляет собой материал, полученный из живых организмов, чаще всего из растений или водорослей. Они питаются солнечной энергией и водой, размножаются эффективно и обладают покладистым характером.

На сегодняшний день самым распространенным источником биомассы является древесина, включающая в себя мертвые деревья, ветки, пни, отходы производства досок и древесные щепы.

Также в этот список входят сельскохозяйственные культуры, такие как просо, конопля, кукуруза, соя, мискантус, сорго, сахарный тростник и бамбук. Водоросли также являются отличным источником биомассы благодаря своей быстрой скорости роста.

Из всего этого материала можно получить различные виды топлива, включая этанол, бутанол, водород, метан в газообразном виде, синтетический газ, биодизельное топливо и другие.

Одним из преимуществ использования энергии, основанной на биомассе, является эффективная утилизация органических отходов. Все, что не используется в пищу, может быть превращено в топливо. Производство биотоплива успешно осуществляется уже сейчас в США, Бразилии и Юго-Восточной Азии.

Однако переход на биотопливо не решает проблему глобального потепления, поскольку его все равно приходится сжигать, как и нефть и газ. Однако это растительное топливо имеет преимущество в том, что оно является возобновляемым ресурсом и не ограничивается, как ископаемые источники энергии.

Биотопливо из кукурузы (фото: Britannica)

Океаническая энергия

Мировые океаны представляют огромный потенциал для извлечения кинетической энергии благодаря океаническим волнам, приливам и течениям. Некоторые страны уже освоили методы использования этого потенциала. Например, Великобритания построила крупнейший в мире волновой генератор под названием Oyster.

Принцип работы таких устройств прост: движение волн передается поплавкам, которые активируют поршневой насос. Последний направляет морскую воду на берег через трубу, где она приводит в движение ротор гидроэлектрогенератора.

Помимо береговых приливных электростанций, существуют также подводные проекты. Они работают по принципу ветряных мельниц, установленных на морском дне: мощные течения вращают вал генератора, генерируя электроэнергию.

В дополнение к использованию кинетической энергии приливов и течений, существуют и более нестандартные методы извлечения электроэнергии из океанов.

За счет постоянного нагрева солнечным излучением водной поверхности Земли, мировые океаны становятся огромными резервуарами тепла. По оценкам, даже 5 процентов этого тепла могут обеспечить генерацию 10 000 ГВт электроэнергии.

Платформа для добывания океанической энергии (фото: The New York Times)

Ветряная энергия

Мельницы были изобретены уже в 700-900 годах нашей эры в Персии, а свой характерный облик они приобрели в Средневековой Европе. В течение около 600 лет ветер являлся основным источником энергии, пока человечество не стало массово использовать уголь и паровые машины.

Первая в истории ветряная электростанция была разработана профессором Джеймсом Блитом из колледжа Андерсона в Глазго в июле 1887 года. Однако местные жители отказались использовать ее, считая электроэнергию "выдумкой Сатаны".

В настоящее время ветряная энергия снова приобретает популярность и используется в половине стран мира. Например, Дания получает 56 процентов своего потребляемого электричества благодаря ветру, Уругвай - 40 процентов, Литва - 36 процентов, Ирландия - 35 процентов, а Великобритания - 24 процента. Ветряные мельницы широко используются также в США, Китае, Португалии, Германии, Испании, а также в странах Латинской Америки и Африки.

Преимущества ветряных мельниц в том, что они позволяют генерировать электроэнергию из воздуха там, где установка проводов нецелесообразна. Кроме того, они работают эффективнее ночью и зимой, когда солнечные батареи, напротив, теряют эффективность. Таким образом, эти два источника энергии взаимодополняют друг друга.

Ветряная энергия (фото: National Geographic Society)

Статическое электричество водяного пара

Ученые из Тель-Авивского университета в 2020 году обнаружили новый, экзотический способ производства электричества. Во время гроз образуются молнии, которые возникают при столкновении частиц водяного пара различной плотности - от капель до льдинок, электризуя окружающую среду.

Повторив этот процесс в лаборатории, ученые выяснили, что при влажности воздуха более 60 процентов между частицами может возникать статическое электричество.

Построив достаточно высокие металлические столбы, можно заряжать их от водяного пара в атмосфере. Энергию, полученную таким образом, можно передавать по проводам и использовать для питания инфраструктуры.

Хотя использование электричества, полученного из водяного пара, в мегаполисах неэффективно, этот метод обладает большим потенциалом для обеспечения дешевой энергией в развивающихся тропических странах с высокой влажностью.

Молния (фото: Wikimedia)

Геотермальная энергия

Ученые вычислили, что каждое уменьшение температуры ядра Земли на 1 градус Цельсия приводит к выделению энергии, превышающей запасы всех разведанных ископаемых в 10 000 раз. На данный момент температура ядра достигает 6 000 градусов и уменьшается на 300-500 градусов за миллиард лет.

Это огромные энергетические ресурсы! Даже при таких темпах охлаждения ядра Земли, Солнце превратится в красного гиганта раньше, чем мы израсходуем энергию земного ядра.

В настоящее время геотермальные источники используются для питания электростанций в различных странах, таких как Исландия, Новая Зеландия, Италия, Франция, Литва, Мексика, Никарагуа, Коста-Рика, Филиппины, Индонезия, Китай, Кения и Япония.

Однако только небольшая часть геотермальных ресурсов планеты используется в коммерческих целях, и чаще всего такие электростанции размещаются на пересечении тектонических плит. Теоретически, установка скважин для извлечения энергии из мантии Земли возможна практически в любом месте, но пока что такие проекты остаются лишь на уровне теории.

Геотермальная энергия (фото: Climate Care)

Искусственный фотосинтез

Процесс фотосинтеза, который обычно происходит в растительных клетках при воздействии солнечного света на воду и углекислый газ, преобразуется в кислород и глюкозу, теперь может быть воспроизведен в лабораторных условиях без использования растений.

Ученые из США, Швеции и Японии работают над разработкой экономически выгодных методов искусственного фотосинтеза, которые могут превратить углекислый газ и воду в различные виды топлива, смолы, пластмассы и волокна.

Если эти исследования будут успешными, возможно, мы сможем производить топливо и строительные материалы прямо из атмосферного воздуха.

Кроме того, есть возможность использовать природные процессы растений и водных организмов. Например, выращивать фотосинтезирующие сине-зеленые водоросли и затем превращать их в биопластик и биотопливо.

Ферма водорослей (фото: Linkedln)

Инфракрасное тепловое излучение Земли

Солнечные лучи, падающие на поверхность Земли, приводят к ее нагреванию, в то время как другая сторона планеты отдает накопленную за день энергию в виде инфракрасного теплового излучения, которое рассеивается в космосе.

Инженеры из Австралии разработали устройство под названием терморадиационный диод, которое генерирует энергию при остывании, а не при нагреве. Создание достаточно крупной модели этого устройства, способной накапливать тепло днем и отдавать его ночью, приведет к созданию солнечной батареи, работающей круглосуточно.

Дополнительно, если использовать фотоэлементы, способные захватывать инфракрасный свет (подобные уже используются в приборах ночного видения), для поглощения теплового излучения планеты, можно создать так называемый сборщик эмиссионной энергии. Это устройство позволит производить электроэнергию по ночам прямо из атмосферного воздуха.

Покрытие всех высотных зданий в мегаполисах панелями, собирающими тепловое излучение поверхности планеты ночью и рассеянный ультрафиолетовый свет днем, предоставит дополнительный источник электроэнергии.

Кроме того, когда такие сборщики эмиссионной энергии не используются, их можно было бы преобразовать в башни пассивного радиационного охлаждения (PDRC), которые более эффективно отводили бы тепло в космос, чем поверхность планеты, что может способствовать борьбе с глобальным потеплением.

Закат (фото: Pexels)