Відновлювані джерела енергії

Енергія вітру. За підрахунками вчених, загальний вітроенерге­тичний потенціал Землі в 30 разів перевищує річне споживання електроенергії у всьому світі. Проте використовується лише мізерна частка цієї енергії. Але так було не завжди. За даними статистики, до революції в кожному другому селі в Україні працював вітряк. Проте парова машина, а потім двигун внутрішнього згоряння витіснили цих скромних трудівників. Відомо також, що до появи пароплавів усі морські перевезення здійсню­вались вітрильниками.

Можливості використання цього виду енергії в різних місцях Землі неоднакові. Для нормальної роботи вітрових двигунів швид­кість вітру не повинна в середньому за рік падати нижче 4—5 м/с, а краще, коли вона становить 6—8 м/с. В Україні такими зонами є узбережжя Чорного моря, особливо Крим, а також Карпати й південні степові райони.

Піонером будівництва вітроелектростанцій (ВЕС) у нашій країні був видатний український вчений та інженер, один з основоположників космонавтики Ю. Кондратюк. Побудована ним у 1931 р. поблизу Севастополя ВЕС потужністю 100 кВт забезпечувала струмом міську мережу понад 10 років.

Нині на Заході, особливо в Данії та СІЛА, серійно випускаються ВЕС потужністю від 1,5 до 100 кВт, діє також кілька експериментальних ВЕС потужністю до 30 тис. кВт.

Під час роботи ВЕС навколишнє середовище не зазнає забруднень. Єдині негативні впливи — це низькочастотний шум (гудіння) працюючих ВЕС та ще спорадична загибель птахів, що потрапляють у лопасті вітродвигунів.

Думка інженерів і вчених повертається і до давно, здавалось би, забутих вітрильників. Відомий океанолог Ж.-І. Кусто, наприклад, недавно спроектував спеціальні металеві вітрила, що вста­новлено на кораблі. їх застосування дозволяє економити значну кількість пального під час трансокеанічних плавань цього ко­рабля.

Енергія морів і океанів. Світовий океан містить колосальні запаси енергії. Це, по-перше, енергія сонячного випромінювання, поглинута океанською водою, що виявляється в енергії морських течій, хвиль, прибою, різниці температури різних шарів води і, по-друге, енергія тяжіння Місяця й Сонця, що викликає морські припливи й відпливи. Використовується цей екологічно чистий потенціал ще дуже мало.

Сконструйовано морські хвильові електростанції, що використовують енергію коливання морської води. Метрової висоти хвиля забезпечує від 25 до 30 кВт енергії, навіть хвиля висотою всього 35 см може обертати спеціальну турбіну й давати струм. Одна з перших хвильових електростанцій потужністю 350 кВт успішно діє ось уже 25 років поблизу норвезького міста Бергена. Пра­цюють також перші морські електростанції, що використовують енергію припливів і відпливів — на узбережжі Ла-Маншу у Франції потужністю 240 тис. кВт та в Кольській затоці (Росія) — 400 кВт. А на тихоокеанському острові Науру діє електростанція потужністю 100 кВт, що використовує різницю в температурі нагрітого тропічним сонцем поверхневого шару води й холодного придонного.

Енергія внутрішнього тепла Землі. З заглибленням в Землю зростає температура (в середньому на 30 °С на 1 км, а у вулка­нічних районах — значно швидше). За оцінками геологів, у зем­ній корі до глибин 7 —10 км загальна кількість тепла в п'ять тисяч разів перевищує теплоємність усіх видів мінерального палива, що є на Землі. Теоретично лише 1 % цього тепла достатньо для забезпечення всього людства енергією на найближчі чотири тися­чі років. Та на практиці це джерело енергії використовується ще дуже мало. Найкращі результати досягнуто в районах активної вулканічної діяльності, таких, як Ісландія, Камчатка, Гавайські острови, де близько до поверхні залягають термальні води. Через свердловини гаряча водяна пара надходить у турбіни й виробляє електроенергію. Відпрацьована гаряча вода йде на обігрівання теплиць, приміщень тощо. В холодній Ісландії в оранжереях, що обігріваються теплом підземних вод, навіть вирощують банани, а столиця цієї країни Рейк'явік вже понад 40 років цілком обі­грівається цим джерелом тепла.

В Україні досі немає установок такого типу, хоч перспективними зонами для використання геотермальної енергії є Карпати, Закарпаття й Крим.

При використанні геотермальної енергії виникає проблема відпрацьованих підземних вод. Часто вони бувають сильно мінералізованими, і їх не можна спускати у ріки. Тому відпрацьовані води знову закачують у підземні горизонти для повторного використання. З деяких таких розсолів добувають йод, бром, літій та деякі інші елементи.

Енергія Сонця. Сонце — найпотужніше джерело екологічно чистої енергії і в майбутньому людство повинне зосередити свої зусилля на розробці методів її утилізації. Головною перешкодою тут є розсіяність сонячної енергії — на широті України, напри­клад, на кожний квадратний метр поверхні за рік надходить близько 1900 кВт сонячної енергії. Утилізація сонячної енергії стримується також високою вартістю установок, а звідси й висо­кою собівартістю енергії, яка сьогодні значно перевищує собі­вартість 1 кВт у ТЕС.

Нині існують такі напрями використання сонячної енергії: одержання електроенергії; побутового тепла; високотемператур­ного тепла в промисловості; на транспорті. Найбільших успіхів досягнуто в таких країнах, як США, Туркменістан, Франція, причому головним чином у галузі так званої "малої енергетики".

Для отримання електроенергії використовується кілька методів, найбільш перспективним з яких вважається метод безпосереднього перетворення сонячного випромінювання на електричну енергію за допомогою напівпровідникових фотоелектричних гене­раторів (сонячних батарей). ККД найсучасніших їх типів становить близько 25—ЗО %. Сьогодні такі батареї через високу вар­тість використовуються ще мало — на космічних супутниках і станціях, в ретрансляторах, навігаційних маяках, телефонних установках у пустельних місцевостях, для живлення невеликих радіостанцій, у мікрокалькуляторах, електронних іграшках тощо.

Електроенергію отримують також за допомогою паротурбінних генераторів. Одна з таких сонячних електростанцій (СЕС) спо­руджена в Криму поблизу Керчі потужністю 1200 кВт. Це станція баштового типу. В центрі кола діаметром 500 м встановлено 70-метрову башту з парогенератором на верхівці. Башту оточують 1600 рухомих дзеркал. Стежачи за допомогою ЕОМ за рухом Сонця, вони спрямовують його промені на парогенератор, нагрі­ваючи в ньому воду до пари з температурою 300 °С. Пара рухає турбіну з генератором.

СЕС не забруднюють середовища. Щоправда, майбутні по­тужні СЕС на сонячних батареях будуть займати великі площі землі. Проте на Землі є близько 20 млн. км2 пустель, де землі непридатні для сільського господарства, потік сонячної енергії найвищий і кількість хмарних днів протягом року мінімальна. Для задоволення енергетичних потреб людства (за теперішнього ККД батарей) достатньо зайняти батареями від 1 до 3 млн. км2 пустель, тобто всього 5 —15 % цих земель.

Сонячна енергія використовується також для отримання побу­тового тепла (100 —150 °С) — для опалювання приміщень, готу­вання їжі, сушіння фруктів, опріснення води тощо. Розроблено досить зручні пристрої для таких потреб (наприклад, параболічне дзеркало-піч діаметром 1,5 м, у фокусі якого трилітровий чайник з водою закипає за 10 хв.). Для промислових цілей (плавлення проб металів, вирощування кристалів з розплаву тощо) створено сонячні печі, в фокусі дзеркала яких температура сягає 3800 °С. Одна з таких установок діє у Франції.

Сонячна енергія може використовуватися й на транспорті — для енергоживлення автомобілів, невеликих суден і навіть літа­ків. З площі кількох квадратних метрів (дах мікроавтобуса) можна зібрати енергію для живлення акумуляторів, що рухають автомобіль. У 1982 р. такий автомобіль, не витративши й краплі бензину, перетнув Австралію, подолавши за два місяці відстань у 4000 км. На літаку, верхня площина крил якого вкрита сонячни­ми батареями, було здійснено переліт через Ла-Манш. Біоенергетичні технології. Життя та діяльність людей супроводжується великою кількістю органічних відходів (побутове сміття, каналізаційні стоки, відходи виробництва сільськогосподарської продукції, деревообробки тощо). Звалища навколо великих міст займають величезні площі (так, міське звалище поблизу Нью-Йорка за об'ємом уже досягло 25 пірамід Хеопса!), забруднюють повітря й воду. А між тим розроблено технології, що дозволяють отримувати з цих відходів енергію — сконструйовано, наприклад, установки, де такі відходи спалюються, даючи тепло і електроенергію, а також різні корисні матеріали (скло, метали тощо).

Існує й інша перспективна технологія переробки відходів — за допомогою метанобактерій. Ці мікроорганізми активно розмножуються в будь-яких органічних рештках, продукуючи в результа­ті своєї життєдіяльності цінну енергетичну сировину — біогаз (суміш метану й чадного газу). Технологія отримання біогазу дуже проста. Бетонні ємкості або колодязі будь-якого об'єму заповнюють гноєм, сміттям, листям, тирсою тощо. Ємкість повинна бути щільно закрита, щоб не було доступу кисню. Газ, що утворюється в результаті бродіння, відводять у приймальний пристрій або безпосередньо в газову плиту. Після процесу бродіння залишається добриво — знезаражене, без запаху, більш цінне, ніж звичайний гній.

Найширшого визнання така технологія набула сьогодні в Китаї та Індії, де діють мільйони таких установок. А в Румунії проведено успішні досліди з використанням біогазу як палива для тракторів.

Останнім часом починають дедалі ширше розробляти технології одержання пального для двигунів внутрішнього згоряння з органічних речовин, які продукуються рослинами. Так, у Бразилії з відходів виробництва цукру з цукрової тростини отримують технічний спирт, який використовується як пальне для автомобілів (причому його вартість нижча, ніж у бензину, а забруднює повітря таке пальне менше, ніж бензин або соляр). В Австралії успішно виготовляють так звану "зелену нафту" — продукт пере­робки спеціальних мікроскопічних водоростей, які вирощуються в штучних басейнах.

Для України особливе значення має технологія одержання пального з ріпакової олії. Ріпак, ця невиблаглива рослина, може давати до 1 т олії з гектара, причому його можна вирощувати на землях, непридатних ні для чого іншого — наприклад, на полях зрошення, де нейтралізуються каналізаційні стоки, і навіть на землях 30-кілометрової зони навколо Чорнобильської АЕС (як встановлено вченими, радіонукліди не накопичуються в ріпаковій олії). Ріпакову олію можна або безпосередньо заливати в баки дизельних двигунів (які, щоправда, з цією метою треба модернізу­вати), або ж з неї можна виготовляти спеціальне дизельне паль­не — "блакитний ангел", що повністю здатне заміняти соляр, але при цьому воно екологічно чистіше і дешевше; нарешті, цю олію можна додавати в соляр (до 20 %), що не змінює ні енергетичних, ні екологічних показників двигунів.

Енергозбереження

Енергозбереження, впровадження нових технологій, що потребують менших затрат енергії, має бути основним напрямом подальшого розвитку народного господарства. За розрахунками вчених, зниження питомої енергомісткості національного доходу України вдвоє збереже споживання енергії в 2000 р. у порівнянні з сьогоднішнім рівнем. І це завдання цілком реальне. Наприклад, у США завдяки великій увазі, яку було приділено енергозбереженню після нафтової кризи 1973 р., споживання енергоресурсів за десять років після кризи зменшилося на кілька відсотків порів­няно з рівнем 1973 р., валовий же суспільний продукт країни за цей період зріс на 25 %.

Проте до останнього часу заклики до дбайливого, господар­ського використання сировини, енергоресурсів, які періодично лунали в нас зі шпальт преси, у виступах вчених тощо, не давали бажаних результатів при соціалістичному ладові, коли все було "наше" й нічого "мого", коли виробник був відчужений від власності, і у нього не було жодних стимулів економити ре­сурси, матеріали, сировину. Доки земля та все, що є на ній, не матиме справжнього хазяїна, доти заклики до економії ресурсів залишаться "голосом волаючого в пустелі".

А між тим ми маємо величезні резерви для економії. Наведемо деякі приклади. Так, в більшості країн світу на освітлення витрачається близько 13 % виробленої електроенергії. А в Україні питомі витрати електроенергії, що йде на світло, у 1,5 рази вищі, ніж в західних країнах. Причина полягає в тому, що у нас перева­жають дуже неекономні джерела світла — лампи розжарення, які перетворюють на світло лише 5—8 % енергії. В розвинених же країнах переважають люмінесцентні лампи, корисна віддача яких 20 %, а найновіших типів — до 30 %. Розрахунки свідчать, що масове впровадження таких ламп заощадило б майже 70 % елек­троенергії.

Надзвичайно багато енергії споживає наша побутова техніка. Якби вітчизняні телевізори, пральні машини, пилососи тощо мали такі ж показники, як найкращі зразки світової побутової техніки, економія електроенергії була б такою, що Україна могла б відмо­витися від усіх АЕС на її території. Автомобіль "Жигулі" витрачає від 8 до 10 л бензину на 100 км, тоді як у більшості зарубіжних легкових автомобілів цей показник становить від 4,3 до 5,9 л, а шведська компанія "Вольво" розробила модель, що споживає всього 3,6 л на 100 км. Неважко уявити, яку економію дефіцитного пального мала б наша країна, якби наблизила характеристики своїх автомашин до цих показників.

Україна дістала у спадщину від СРСР надзвичайно неефективну, енергоємну й матеріалоємну промисловість. Наприклад, для отримання 1 т цементу ми витрачаємо 274 кг умовного палива, а японці — 142. Питомі затрати енергії у чорній металургії Японії на 20—30 % нижчі, ніж у нас, причому, як не парадоксально — головним чином за рахунок впровадження таких передових технологій, як безперервна розливка сталі, сухе гасіння коксу, утилі­зація тепла газів доменних печей. Ці технології були розроблені у нас, японці придбали ліцензії на їх застосування і мають із цього неабияку вигоду, а у вітчизняній металургії вони майже не впроваджені.

Крупним споживачем енергії є сільське господарство. Такі незграбні "мастодонти", як трактор К-700, не лише пожирають велику кількість пального, а й сильно порушують ґрунти. Дуже багато пального споживають наші зернозбиральні комбайни, які до того ж втрачають дуже багато зерна. Щоб отримати 1 кг засобів хімічного захисту рослин, треба затратити близько 4 л умовного пального. На гектар саду за існуючих норм опилення витрачаєть­ся понад 1 т пального. А між тим селекціонери сьогодні вивели сорти яблунь та інших плодових дерев, стійкі до грибкових захворювань. Сад із таких яблунь потребує лише профілактичної обробки й у три рази менше хімікатів.

Інший аспект цієї проблеми — морально-етичний. Наше марнотратне ставлення до енергетичних і матеріальних ресурсів багато в чому викликане ставленням до природи та її багатств як до чогось такого, що призначене задовольняти наші потреби й примхи. Мало хто з людей замислюється над доцільністю такого стану речей, коли ми, не відчуваючи жодних докорів сумління, викидаємо на смітник ще зовсім справні речі заради більш модних чи таких, що мають кращий дизайн. Ми оточуємо себе безліччю маловживаних, а то й зовсім невживаних речей. Але ж на їх виготовлення витрачаються дорогоцінні ресурси, енергія. Вся система реклами побудована на цих споживацьких інстинктах: нас нас­тирливо закликають купувати все нові "престижні" моделі одягу, автомобілів, зубної пасти тощо. І багато хто весь сенс свого життя вбачає в гонитві за новими й новими "благами". Ніяка економія ресурсів й енергії не допоможе, якщо людина не усвідомить необхідність самообмеження матеріальних потреб і задоволення нато­мість потреб духовних, запитів, гідних імені гомо сапієнс. Коли видатного астронома, вченого й мудреця В. А. Амбарцумяна якийсь недоброзичливець запитав на лекції: "А для чого взагалі потрібна ваша астрономія?" той відповів спокійно: "Людина відрізняється від свині тим, що інколи піднімає голову вгору й дивиться на зорі".