Если древесину сжать, а затем вернуть в исходное состояние, она генерирует электрическое напряжение – хотя и очень низкое. Ученые из Швейцарии провели несколько экспериментов, и в 2021 году им удалось превратить древесину в мини-генератор. Исследователи изменили химический состав древесины. Они поместили ее в смесь перекиси водорода и уксусной кислоты, растворили один из компонентов древесной коры – лигнин – и оставили только целлюлозу. В результате древесина превратилась в "губку", которая при сжатии самостоятельно возвращается к своей первоначальной форме. Ученые утверждают, что губка генерирует электрическое напряжение в 85 раз выше, чем обычная древесина.
Энергия морских волн
В апреле 2021 года британская компания Mocean Energy представила Blue X – прототип электростанции, которая будет преобразовывать кинетическую энергию морских волн в электричество.
Электростанция Blue X (Фото: Mocean Energy)
Принцип работы следующий: платформа устанавливается на поверхности воды, раскачивается на волнах и приводит во вращение центральную часть. Это, в свою очередь, приводит в действие генератор, который вырабатывает электричество и перенаправляет его на сушу по кабелям. Как этим воспользоваться? По оценкам Mocean Energy, если использовать хотя бы 1% всей имеющейся в мире энергии волн, можно обеспечить электричеством 50 миллионов зданий. Для сравнения, в России насчитывается около 14 миллионов жилых домов.
Энергия из ДНК
Оказывается, органические молекулы также могут преобразовывать солнечную энергию в электричество. В 2021 году немецким ученым удалось синтезировать супрамолекулярную систему на основе ДНК, которая является более сложной, чем обычная молекула.
Структура супрамолекулы (Фото: frontiersin.org)
В основе системы лежит фуллерен – "футбольный мяч", состоящий из 60 атомов углерода. К нему прикреплен краситель, который поглощает солнечный свет и передает полученную энергию фуллерену. Однако существует проблема: если такие супрамолекулы не упорядочены, ток между ними будет протекать с трудом и в конце концов исчезнет. Исследователи пришли к следующему решению: они прикрепили супрамолекулы на основе фуллеренов и красителей к спиралям ДНК. Таким образом, движение электронов становится упорядоченным, и электрический ток не исчезает. Как это применить: Исследователи не обещают, что солнечные батареи из ДНК скоро появятся на всех крышах домов, но они планируют развивать эту область. Они прогнозируют, что технология будет дешевле, мощнее и долговечнее, чем солнечные панели на основе кремния.
Виды альтернативных источников энергии
1. солнечная энергия
Солнце является основным источником энергии для Земли, и около 173 ПВт (или 173 млн ГВт) солнечной энергии достигает нашей планеты каждый год, что более чем в 10 000 раз превышает мировые потребности в энергии. Фотоэлектрические модули на крыше или снаружи зданий преобразуют солнечный свет в электричество с помощью полупроводников – в основном кремния. Солнечные коллекторы вырабатывают тепло для отопления и производства горячей воды, а также для кондиционирования воздуха.
Солнечные панели могут вырабатывать энергию даже в облачную погоду и даже во время снегопада. Для достижения максимальной эффективности солнечные панели должны быть установлены под определенным углом – чем дальше от экватора, тем больше угол.
2. энергия ветра
Использование ветра в качестве движущей силы имеет давние традиции. Ветряные мельницы использовались для помола муки, на лесопилках и в качестве насосных станций или водокачек. Современные ветряные мельницы вырабатывают электричество из энергии ветра. Сначала они преобразуют кинетическую энергию ветра в механическую энергию ротора, а затем в электричество.
Энергия ветра является одной из наиболее быстро развивающихся технологий возобновляемой энергетики. Согласно последним данным IRENA, за последние два десятилетия глобальные наземные и морские ветроэнергетические мощности увеличились почти в 75 раз – с 7,5 ГВт в 1997 году до примерно 564 ГВт в 2018 году.
3. гидроэнергетика
Еще в Древнем Египте и Римской империи гидроэнергия использовалась для приведения в действие рабочих механизмов, включая мельницы. В средние века водяные мельницы использовались в Европе для лесопильных и целлюлозно-бумажных заводов. С конца 19 века гидроэнергетика используется для выработки электроэнергии.
Как различные страны мира осуществляют энергетический переход
Страны всего мира установили амбициозные цели по переходу на возобновляемые источники энергии. Эти цели также были частью Парижского соглашения – к 2030 году решения с нулевым уровнем выбросов углерода могут быть конкурентоспособными в секторах, на которые приходится более 70% глобальных выбросов. Достичь этого планируется с помощью энергетического перехода – процесса замены угольной экономики на возобновляемую энергетику. В 2020 году, несмотря на пандемию и экономический спад, многие города, страны и компании продолжают объявлять или реализовывать планы по декарбонизации.
Ожидается, что в 2021 году Индия внесет самый большой вклад в возобновляемую энергетику. Там планируется запустить ряд ветряных и солнечных проектов.
В ЕС также ожидается резкое увеличение мощностей в 2021 году. Даже в разгар пандемии "Зеленая сделка" – крупнейшая в истории ЕС коррекция экономического курса – не была забыта. Цель проекта – превратить ЕС в углеродно-нейтральное пространство к 2030 году. Для этого планируется сократить выбросы парниковых газов на 40 процентов по сравнению с уровнем 1990 года и увеличить долю возобновляемых источников энергии до 32 процентов от общего потребления энергии. По данным Европейской комиссии, эти цели могут быть достигнуты при ежегодных инвестициях в размере 260 миллиардов евро. Доля возобновляемых источников энергии в энергетической системе ЕС также неуклонно растет. Например, в первой половине 2020 года около 40 процентов электроэнергии в ЕС будет производиться из возобновляемых источников.
Пока что лидерами по инвестициям в возобновляемую энергетику являются Китай, США, Япония и Великобритания. С тех пор как BloombergNEF начал отслеживать эти данные, мировые инвестиции в ветровую, солнечную, биотопливо, биомассу, отходы и малые гидроэлектростанции выросли почти на порядок. В годовом исчислении инвестиции в чистую энергию за 20 лет выросли с 33 млрд долларов США до более чем 300 млрд долларов США.
Водоросли: зеленая, универсальная энергия
Источник. Водоросли – обычные зеленые водоросли, диатомовые водоросли, имеющие кремнеземную оболочку, и микроводоросли, крошечные одноклеточные растения, – все они подходят. В океане их предостаточно. Нужно только создать правильные условия для извлечения липидов, которые водоросли накапливают. Их можно использовать для производства энергии.
Кстати, по одной из версий, именно водоросли создали нефть на Земле миллионы лет назад. Можно ли ускорить этот процесс? Ученые работают и над этим.
Условия. Для быстрого роста и размножения водорослям необходимы вода, углерод и солнечный свет. Ничего сложного!
Применение. Пионером в производстве энергии из водорослей является Япония, которая не имеет собственных месторождений углеводородов, но обладает богатыми водными ресурсами. Электростанция Tokyo Gas занимается промышленной ферментацией морских водорослей: водоросли собирают, добавляют воду, измельчают в суспензию и затем ферментируют с помощью микроорганизмов. В результате получается метан, который подается в газовый двигатель, приводящий в действие генератор. Вырабатываемой мощности в 10 кВт достаточно, чтобы обеспечить электричеством десять домов с офисами и производственными цехами компании Tokyo Gas.
Дом с биоинтеллектуальным коэффициентом в Гамбурге Фото: IBA-Hamburg GmbH / Йоханнес Арльт
Во всем мире существует несколько биогибридных жилых высотных зданий с экстерьером, покрытым биомассой водорослей (в аккуратных аквариумах и стеклянных панелях), которые полностью обеспечивают жителей энергией.
В 2013 году, например, в Гамбурге появился замечательный 15-квартирный Bio Intelligent Quotient House. Его фасад покрыт 129 вентилируемыми аквариумами, внутри которых находятся биореакторы из морских водорослей. Накопленное тепло используется для нагрева воды в системе отопления. А в израильском городе Димона можно увидеть настоящие висячие сады из морских растений. Их выращивают в подвесных резервуарах с соленой водой, сушат и превращают в биотопливо.
Вулканы: спящие монстры
Источник. Горячая магма, наземные и подводные вулканы.
Условия. Наличие вулканических скважин, высокие температуры и наличие сверхкритической жидкости – вещества, находящегося в промежуточном состоянии между обычной жидкостью и газом. Генератор, работающий на сверхкритической жидкости, может производить в 10 раз больше электроэнергии, чем обычная кипящая вода.
Под землей довольно тепло – и чем глубже вы заходите, тем теплее становится. В километре от поверхности она составляет всего 30°C, а в сверхглубокой Кольской скважине на глубине 12 км – 212°C. А на глубине 100 км температура, как говорят, достигает 1300-1500 °C.
Применение. В 2013 году американские ученые решили развивать вулканическую энергию, выбрав в качестве испытательного полигона спящий вулкан Ньюберри в штате Орегон. Соленая вода закачивалась глубоко в раскаленные породы. После нагрева она превращалась в пар, который поступал в генератор для выработки электроэнергии.
Подобные электростанции были введены в эксплуатацию во Франции, Германии, России и других странах. В Исландии сверхкритическая жидкость используется для энергоснабжения столицы, Рейкьявика. Проект назван Тор, в честь популярного скандинавского бога с молотом. Скважина глубиной 4 600 метров была пробурена в боку вулкана, который извергается уже несколько веков. Температура внутри скважины составляла примерно 420°C. Пяти таких скважин достаточно, чтобы обеспечить Рейкьявик энергией.
Мутновская ГеоЭС на Камчатке – крупнейшая геотермальная электростанция в России Фото: paul-fish.livejournal.com, Севзапэнергомонтажпроект
Российские геотермальные электростанции расположены на Дальнем Востоке, в частности на Сахалине и Камчатке. Самая мощная из них расположена у подножия вулкана Менделеева на острове Кунашир, вырабатывает 7,4 МВт и снабжает энергией дома местных жителей.
Мощность. По оценкам Геологической службы США, геотермальные источники энергии могут обеспечить половину необходимой стране электроэнергии.
Песчаные батареи
Одна из самых важных проблем в современной электронике – охлаждение. Об этом знают все строители центров обработки данных. Для отвода тепла от серверного оборудования они используют горячие проходы и принудительную вытяжку и делают свое дело. Но можно ли что-то сделать с нагретым воздухом?
Финские инженеры Маркку Иланен и Томми Эронен придумали и разработали интересное решение: горячий воздух подается в тепловой аккумулятор, который представляет собой 100 тонн дешевого кварцевого песка. Нагретый песок может оставаться горячим более трех месяцев, что и использовали инженеры.
Первая система Polar Night Energy была установлена на электростанции Ватаянкоски, которая управляет централизованным теплоснабжением в этом районе. Электростанция имеет 100 кВт тепловой мощности и 8 МВт-ч емкости для хранения энергии. Накопление тепла помогает увеличить использование возобновляемой энергии, производство которой прерывается из-за сильного ветра или пасмурной погоды.
Компания Polar Night Energy в Ватаянкоски собирает тепло от местных центров обработки данных в свою систему централизованного теплоснабжения. Согласно стандарту, теплоноситель должен иметь температуру от 75 до 100 °C, прежде чем он попадет в систему централизованного теплоснабжения. Если температура слишком низкая, батарея "Полярная ночь" компенсирует разницу.
Система достаточно эффективна. Ее мощности достаточно даже для поддержания температуры воды в муниципальном бассейне во время долгой арктической зимы.
Системы на базе песочницы полностью автоматизированы и имеют номинальную мощность до 100 МВт и емкость хранения до 20 ГВт-ч. Прогнозируемая стоимость системы составляет менее 10 евро за кВт/ч емкости хранения.
Резюме
Энергия быстро развивается, проникая в наши сады, мебель и даже одежду. Это означает, что скоро мы перестанем беспокоиться о емкости аккумуляторов смартфонов и других гаджетов, поскольку источники энергии будут повсюду вокруг нас, а сама энергия заполнит пространство, питая миллионы IoT-устройств.
Но пока это время не настало, давайте подключаться к сети и запасаться банками питания. Ведь без электричества весь этот дивный новый мир потеряет большую часть своих красок.
НЛО прилетел и оставил промо-код для читателей нашего блога:
– 15% скидка на все планы VDS (кроме плана Warm Up) -… HABRFIRSTVDS.
- энергия
- будущее
- будущее здесь
- будущее близко
- будущее человечества
- энергия
- энергетическая эффективность
- потребление энергии
- энергоснабжение
- энергосбережение