Из чего только не извлекают энергию!

Пока экономисты думают о том, станет ли реальностью мировой топливно-энер­гетический кризис, ученые разрабатывают варианты извлечения энергии из самых неожиданных вещей. И вне зависимости от того, будет энергетический кризис или нет, именно его перспективы дали силь­ный толчок науке к развитию.

Мир сейчас выздоравливает после тя­желой экономической рецессии. Восста­новление в любом случае повлечет в даль­нейшем рост потребности в энергии, что может, действительно, спровоцировать кризис, особенно если учесть рост китайс­кого спроса на ископаемое топливо. Од­ним Китаем дело не ограничивается, есть и другие развивающиеся рынки, у которых также вырастет потребность в топливе. Происходит все это на фоне явных перс­пектив недопоставок нефти в связи с не­стабильной ситуацией в арабском мире. Избыток растет только на рынке природ­ного газа. По расчетам Международного энергетического агентства МЭА, к 2015 го­ду предложение газа превысит спрос на 200 млрд, кубометров в год.

Даже если учесть, что газ спасет ситуа­цию, все равно рост объемов сжигаемого топлива будет неуклонно повышать сред­нюю температуру по земному шару. МЭА констатирует: для того чтобы избежать экологической катастрофы, мир должен потратить в период до 2030 года около 10,5 трлн, долларов, чтобы постепенно пе­реходить на новые низкоуглеводородные источники энергии.

Основным источником энергии в мире является ископаемое топливо. На него же приходится большая часть выбросов С02— Учитывая рост населения во всем мире, особенно в развивающихся странах, мож­но предположить, что процесс изменения климата только ускорится. В развитых странах наблюдается прогресс в плане ис­пользования возобновляемых источников энергии, которыми заменяются традици­онные тепловые электростанции. Вместе с тем до сих пор угольное топливо обеспе­чивает во всем мире до 40% поставок электроэнергии. Выработка электричест­ва дорого обходится экологии планеты. Беспокойство вызывают тенденции в раз­вивающихся странах — преимущественно в Китае, Индии и странах Ближнего Востока. Там спрос на электроэнергию показывает феноменальный рост по сравнению со спросом на первичную энергию.

Один из наиболее экстравагантных проектов альтернативной энергетики это­го года — проект добычи топлива из эндо­фитных грибов, которые обитают внутри растений. Исследование выполнила груп­па ученых из американского штата Монта­на. Ими был изучен эндофитный гриб ги- поксилон, паразитирующий внутри расте­ний и обитающий, как и ему подобные гри­бы, в тропическом и субтропическом поя­сах. Продуктом жизнедеятельности этих эндофитов являются летучие органичес­кие соединения, которые можно приме­нять в качестве топлива. При этом расте­ниям, в тканях которых живут эндофиты, они никакого вреда не приносят. Большин­ство веществ, которые они вырабатывают, относится к природным углеводородам, то есть могут применяться в качестве топли­ва. Однако ученых сейчас заботит только одно из веществ, вырабатываемых этими грибами, — 1,8-цинеол, именно он и рас­сматривается как наиболее вероятное по­тенциальное топливо. Предполагается, что этот углеводород удастся получить в результате деятельности выращенных при помощи биоинженерии модифицирован­ных грибов, которые будут его выделять больше, чем в природном варианте.

К природе обратилась и компания 1ВМ, которая в перспективе будет производить тонкопленочные солнечные батареи из на­туральных материалов. Исследование, вы­полненное сотрудниками компании Теодо­ром Тодоровым и Дэвидом Митци, заключа­ется в том, что ученым удалось добиться ре­корда коэффициента полезного действия солнечных батарей. Батареи были сделаны из соединения меди, олова, цинка и селена, в электричество в них перерабатывается 11,1 процента солнечной энергии; таких по­казателей пока никому достичь не удава­лось. В прошлом году Митци и Тодоров до­бились чуть меньшего результата, теперь этот рекорд был побит. В лабораторных ус­ловиях КПД таких устройств составляет 20%. Пороговое значение, которое ученые установили для запуска устройств в про­мышленное производство, — 15 процентов. Ожидается, что новые батареи начнут про­мышленно выпускаться через пять лет.

В Калифорнийском университете в Беркли ученые привлекли для цели гене­рации электричества вирусы. Экспери­мент калифорнийских ученых закончился тем, что вирусы стали вырабатывать дос­таточное количество электроэнергии, что­бы питать маленький дисплей.

Результаты исследования позволят создать персо­нальный электрический генератор для за­рядки гаджетов. Это устройство будет за­менять аккумулятор, в отличие от обычно­го аккумулятора оно будет вырабатывать энергию само. В эксперименте был ис­пользован вирус бактериофаг М13, кото­рый паразитирует на бактериях. Этим ви­русом были покрыты специальные пленки, у которых после этого появился пьезоэле­ктрический эффект. Напряжение было уве­личено при помощи генетической моди­фикации. Генератор, созданный на этой основе, вырабатывает при постукивании пальцем ток силой 6 наноампер и напря­жением 400 милливольт. Этого достаточ­но, чтобы загорелся дисплей.

В той же Калифорнии компания пошла еще дальше, она создала топливо на основе генетически модифицированных микробов. Эти микро­бы расщепляют сахар альгинат, который содержится в морских водорослях, за счет чего формируется биотопливо. Вырабаты­вается этанол, который может самостоя­тельно использоваться как топливо или для выработки топлива, а может использо­ваться в качестве добавки для бензина. Также можно вырабатывать таким спосо­бом другой спирт — бутанол, который тоже выступает как добавка к топливу. Пока не­ясно, насколько экономически выгодна и экологически чиста будет такая добыча топливных материалов.

Что касается бутанола, то параллельно проводились исследования в Тулейнском университете, где ученые нашли штамм бактерий, которые перерабатывают бума­гу в бутанол. Это первый штамм бактерий, который может использоваться для пря­мой переработки целлюлозы в бутиловый спирт в присутствии кислорода. Штамм может использоваться одновременно как способ утилизации целлюлозы и служить источником автомобильного топлива. Учи­тывая то, что только в США выбрасывается ежегодно 323 млн. тонн материалов, со­держащих целлюлозу, можно представить пользу от такого изобретения.

Вообще, бутанол в качестве биологи­ческого вида топлива имеет явные преи­мущества по сравнению с этанолом, кото­рый также ограниченно применяется как топливо. Бутанол содержит больше энер­гии, чем этанол, в моторах он может ис­пользоваться без специальной адаптации и в меньшей степени вызывает коррозию.

Продолжаются изыскания, связанные с использованием для генерации электри­чества энергии морских волн. Уже успеш­но работают приливные электростанции, однако современная тенденция заключа­ется в том, чтобы помещать генерирую­щие установки на кораблях, для того чтобы удешевить транспортировку электроэнер­гии. Корабли смогут собирать энергию волн при помощи специальных буев, зак­репленных на вращающихся балках по бортам корабля. Движение буев на волнах приводит в действие генератор, в резуль­тате чего обычный корабль вырабатывает до мегаватта электроэнергии в час. Накоп­ленная энергия по прибытии в порт кораб­ля передается в электрическую сеть.

Не так давно американские химики применили новый способ получения водо­рода из мочи. Получаемый таким путем водород может быть использован как топ­ливо для автомобилей. При применении такого способа польза двойная: во-пер­вых, в результате получается автомобиль­ное топливо, во-вторых, способ может быть использован при очистке сточных вод. Себестоимость такого варианта полу­чения водорода ниже в несколько раз, чем при традиционном получении водорода из воды. Моча, по статистике, является на планете самым распространенным отхо­дом, при этом мочевина, которая является основной составляющей мочи, содержит атомы водорода, в меньшей степени свя­занные с молекулой, чем в случае молеку­лы воды. Этим и обуславливается более низкая себестоимость получения водоро­да в сравнении с водой. Для разделения молекул используется электролиз при по­мощи никелевого электрода, который вы­зывает более эффективное окисление мо­чевины. Для разбиения на атомы молеку­лы мочевины достаточно напряжения 0,37 вольта, в то время как разбиение воды осуществляется при напряжении 1,23 вольта. Выгода, естественно, видна нево­оруженным глазом.

Близко к этому проекту находится про­ект, который с 2009 года реализуется в британском Манчестере, где для получе­ния электричества в порядке эксперимен­та перерабатываются отходы жизнедея­тельности жителей города. Этого электри­чества должно хватить на 500 домов. Из нечистот выделяется метан, который за­тем будет подаваться в дома. При этом метод отличает очень низкое выделение углекислого газа. В будущем планируется поставить способ на промышленные рель­сы и вырабатывать электроэнергию для 5 тысяч домов.

В другом британском городе, Ливерпу­ле, в аэропорту имени Джона Леннона поставлен эксперимент: дыхание пасса­жиров превращается в биотопливо. Угле­кислый газ, который выдыхают пассажиры аэропорта, улавливается и превращается в топливо, которое идет на отопление аэ­ропорта и для его транспорта. Для улавли­вания газа используется фото-биореак­тор, в реакторе непосредственно биомас­са создается водорослями, затем она очи­щается и превращается в топливо. Целью эксперимента является обеспечение все­го аэропорта горячей водой. Проектная мощность предусматривает получение до 800 галлонов биотоплива в день.

 

автор М. Романов