Энергия 2.0

Energy 2.0

Этот термин впервые был использован год назад, 8 марта 2006 года, в блоге ученого Массачусетского технологического института Нола Брауна. Он писал, что по аналогии с новым бесплатным поколением интернета, который все теперь называют Web 2.0, новую энергию, не загрязняющую окружающую среду, можно назвать энергией 2.0.

В массовом сознании термин «энергия 2.0» начал укрепляться после февральского доклада ООН о глобальном потеплении «Изменения климата-2007». Благодаря ему стало понятно, что спокойной жизни у производителей углеводородного топлива (то есть энергии 1.0) больше не будет. И не потому, что нефть, газ и уголь скоро кончатся, как боялись раньше, а потому, что именно они назначены виноватыми в таянии снегов Гренландии и антарктического льда. 2 500 ученых из 130 стран мира, ставшие авторами этого документа, в ультимативной форме заявили: если сейчас не уменьшить вредные выбросы в атмосферу, к 2100 году уровень мирового океана поднимется на 18 сантиметров и под водой окажутся целые государства, не говоря уже о таких «низких» городах, как Шанхай, Буэнос-Айрес и Венеция.

Впрочем, поиски новой энергии, возможно, не столько чистой, сколько более дешевой, в мире начались давно. В эти разработки уже вложены миллиардные инвестиции (например, в 2005 году общемировые инвестиции в чистую энергию составили $38 млрд). И чем дальше, тем сильнее ощущение, что мир находится на пороге глобальной энергетической революции, которая вот-вот наступит и похоронит все словосочетания типа «выжать каплю» или «сесть на трубу».

«Неудобная правда»

Документальный фильм о глобальном потеплении с Альбертом Гором в главной роли кардинально изменил отношение американцев к проблемам экологии. Смотреть его шли целыми офисами, корпорации выкупали для своих сотрудников кинозалы. В итоге кассовые сборы за первые 6 месяцев проката превысили $20 млн, что крайне редко происходит с документальными фильмами. Ничего нового Гор про глобальное потепление не сказал. Но, говоря о проблемах Земли, он вспоминал о том, как умирала от рака его сестра. Ей слишком поздно поставили диагноз, и сделать что-либо было уже невозможно. Собственно, это и есть главная мысль «Неудобной правды»: с экологией планеты надо что-то делать прямо сейчас, пока ей не поставили смертельный диагноз. В феврале фильм получил сразу два «Оскара» — в номинациях «Лучший документальный фильм» и «Лучшая песня».

Водород

Водород — одна из главных энергетических надежд человечества. Водородом хотят заменить уран в ядерных реакторах и бензин в двигателях внутреннего сгорания. Любовь ученых к водороду объясняется просто: при водородной термоядерной реакции выделяется в 100 раз больше тепла, чем при расщеплении урана, а сам водородный реактор значительно безопаснее обычного. Ну и при сгорании в автомобильном двигателе водород превращается в воду — никаких выхлопов. Однако не все так просто. Во-первых, создать полноценный водородный реактор ученым до сих пор не удается. На юге Франции только сейчас началось строительство международного экспериментального водородного реактора ITER. В проекте участвуют Россия, ЕС, США, Китай, Япония, Южная Корея и Индия. Построить его должны за 10 лет, потом еще 20 лет будут проводить эксперименты, чтобы наконец получить на выходе в десять раз больше энергии, чем на входе. Во-вторых, хоть автомобильный водородный двигатель создали уже несколько компаний (самые известные разработки — у BMW и Mazda), в свободной продаже легковых водородных автомобилей до сих пор нет. Основная проблема — они очень пожароопасные. Если при аварии разрушается бак с жидким водородом, вероятность возгорания очень высока, ведь именно смесь водорода и кислорода называется гремучей. Еще водород применяется при создании особо мощных топливных элементов — или, попросту говоря, батареек. Такие батарейки логично было бы устанавливать в автомобили. Но и здесь не все еще продумано до конца: во-первых, эти батареи очень громоздкие, а во-торых, стоят столько, что делают электрокары абсолютно неконкурентоспособными.

Водоросли

Майкл Сейберт из Национальной лаборатории возобновимой энергии (США) всю жизнь занимается водорослями. Его любимый вид — Chlamydomonas. Вместе с коллегами из университета Иллинойса он генетически модифицировал одноклеточную водоросль, и в результате она стала выделять в 5 раз больше водорода. По расчетам ученых, специальная ферма или несколько ферм могли бы вырабатывать водород для всего легкового автопарка США, даже если бы он весь работал на топливных элементах. Правда, площадь этих ферм должна быть сравнима с площадью штата Массачусетс.

Beyond Petroleum

В 2000 году, после очередного слияния-поглощения, британская British Petroleum стала называться просто BP. Расшифровывать эту аббревиатуру предлагалось как Beyond Petroleum («больше чем нефть» или «то, что за нефтью»). Этот пиар-ход сразу вызвал нервный смех у половины активистов-экологов. Они язвительно обратили внимание на то, что гигантские плакаты («Мы верим в солнце, газ, водород, ветер… И в нефть, конечно. Это только начало»), которыми увешали НьюЙорк и Вашингтон в честь ребрендинга, были напечатаны на виниле, который является пластиком, а значит -нефтепродуктом. Даже экономический журнал Fortune не сдержался и написал: «Пожалуйста, не надо. Если BP выше нефти, то тогда Fortune — выше слов». Однако время шло, злопыхатели отзлопыхали, $100 млн, которые компания ежегодно тратила на продвижение новой трактовки своей сущности, сделали свое дело. Теперь BP считается одним из самых прогрессивных брендов. Хотя это по-прежнему один из крупнейших нефтедобывающих конгломератов в мире. Правда, в ближайшие 8 лет компания обещает инвестировать $8 млрд в развитие и исследование новых источников энергии.

Заговор углеводородных олигархов

Существует конспирологическая теория, согласно которой энергетическая революция до сих пор не произошла только в результате тайного сговора крупнейших нефтяных компаний. Прямых доказательств такого сговора ни у кого, конечно же, нет, но зато косвенных — сколько угодно. Сомневающиеся все время указывают на то, что большинство научных исследований в области альтернативной энергетики спонсируют концерны энергетики традиционной (см. Beyond Petroleum). Они же оплачивают проведение конференций по поиску и продвижению «зеленых» технологий. Таким образом нефтегазовые компании, безусловно, улучшают свой имидж, демонстрируя рвение в создании чистой планеты. Или держат руку на пульсе научной мысли, чтобы иметь возможность вовремя купить технологию и положить под сукно.

Метан

Водоросли могут вырабатывать не только водород. В Японии, например, уже строят метановые электростанции, которые работают на водорослях. Совместный проект компании Tokyo Gas и NEDO — Организации по развитию новых энергетических и промышленных технологий (Япония) заключается в том, что биомассу (то есть «кашу» из водорослей) заставляют бродить в баках с различными микроорганизмами. В результате выделяется метан, который вращает газовую турбину, присоединенную к электрогенератору. На опытной станции установка переваривает тонну водорослей в день, превращая их в 20 000 литров метана. Для повышения мощности системы к метану подмешивают природный газ. Турбина дает 10 кВт, достаточных для питания всех офисов компании. Технология готова к тиражированию, осталось решить проблему бесперебойной поставки самих водорослей.

Этанол

Биоэтанол — еще один возможный заменитель бензина. Это спирт, и производится он, соответственно, из сырья, содержащего сахар или крахмал: сахарного тростника, свеклы, пшеницы, картофеля, соломы, опилок и, конечно же, кукурузы. Страна-пионер в производстве спирта для движения — Бразилия. Сейчас там на спирту передвигаются около 30% машин. Недавно в Бразилии побывал Джордж Буш — договаривался о поставках «зеленого» топлива в США. Истерия с биотопливом и энергонезависимостью должна привести к бурному росту земледелия, но пока привела к росту цен. Стоимость кукурузы на мировом рынке за последние годы выросла в несколько раз. Впрочем, пока производство этанола рентабельно только в том случае, если цена на нефть будет выше 70 долларов за баррель. Именно поэтому, когда несколько месяцев назад нефть подешевела до 50 долларов, акции компаний, производящих этанол, подешевели на 50-60%. Например, акции Pacific Ethanol, инвестором которой является Билл Гейтс, упали в цене за последний год на 61%.

Макдизель

Биодизель, еще один вид топлива 2.0, может производиться из любого натурального жира, растительного или животного. Очищенный от глицерина с помощью этилового спирта продукт аналогичен обычному дизелю. Он может использоваться в чистом виде или в смеси с обычной соляркой. Плюс биодизеля в том, что его легко можно добыть в домашних условиях. В США сегодня запросто можно купить бак для его производства с пошаговыми инструкциями и картинками. Сейчас всерьез обсуждается вопрос коммерческой переработки в биодизель отработанного фритюра из «Макдоналдсов». А кто-то даже предложил перегонять в биодизель сотни литров человеческого жира из клиник, где проводятся пластические операции по его удалению.

Фермер Кох

В США увеличение производства альтернативного топлива (этанол и биодизель) объявлено вопросом национальной безопасности. К 2010 году автомобилестроители США — General Motors, Ford и Chrysler — планируют увеличить количество выпускаемых автомобилей, использующих альтернативное топливо, до 2 млн штук в год. Джордж Буш призвал сокращать использование бензина, что в интересах как национальной безопасности, так и сохранения окружающей среды. На развитие технологий правительство направит $1,7 млрд. Опыт у европейцев тоже есть. Например, немецкий фермер Кристиан Кох нашел способ изготовления дешевого биодизеля из органических отходов. Для производства он соорудил в коровнике специальный аппарат. Уже 30 лет Кох работает над своей технологией и готов делиться рецептами. «Я заливаю полученную смесь в свой обычный дизельный двигатель, проехал 170 000 км — и никаких проблем», — уверяетизобретатель. Среди прочего аппарат может перерабатывать стаканчики из-под йогурта, старые шины, сорняки и дохлых кошек. По словам рационализатора, можно даже теоретически рассчитать количество кошек, необходимое для производства топлива: из взрослого шестикилограммового кота получается 2,5 литра биодизеля, на 100 км пути нужно четыре мертвых кота, а чтобы заправить полный бак, понадобится 20 дохлых кошек.

Юрий Лужков

Мэр Москвы тоже продвигает свою идею топливной диверсификации. Ноу-хау мэра, гордящегося своим прошлым в химической отрасли, — диметиловый эфир. Производится он в основном из метана, но можно использовать любые органические отходы. Вещество содержит при выхлопе окислов азота в 9 раз меньше, чем у бензина, и, что важно, применение диметила не требует существенных переделок систем двигателя. Мэрия даже переоборудовала 150 «бычков» ЗИЛ для использования в городских автопарках, но дальше этого дело не пошло. Оказалось, что для сохранения мощности мотора диметилэфира надо закачивать в цилиндры в два раза больше, а значит, нужно будет увеличивать баки или заправлять такой автомобиль в два раза чаще. О второй проблеме предпочитают не говорить вообще: вещество обладает наркотическим галлюциногенным свойством. Если водитель случайно надышится диметилэфиром, от пьяного его не отличить.

Вулканическое тепло

Есть и куда более удачные примеры внедрения энергии 2.0. Примерно 90% всех домов Исландии согреты геотермической энергией. Источники тепла близко: через скважины глубиной от 600 до 1 000 метров наверх поднимается горячий пар с температурой до 240°С. Он не только обогревает дома, но и приводит в действие множество сравнительно небольших электростанций.

На этом опыте основан почти фантастический проект бурения скважины глубиной до 5 км непосредственно к очагу магмы. Выше этого очага находится обширный бассейн с так называемой суперкритической водой. Это смесь горячей воды и пара при температуре порядка 400-600°С, которой не дает кипеть огромное давление. Позволив этой жидкости подняться по скважине, можно получить неиссякаемый источник энергии. Теоретически дешевую и экологически чистую геотермальную энергию Исландии можно будет использовать для электролиза воды, чтобы затем экспортировать водород морем по всему миру, как сегодня танкеры с нефтью тянутся из Персидского залива.

Приливы и отливы

Движение воды во время приливов и отливов можно успешно конвертировать в киловатт-часы. И приливные электростанции уже давно не редкость. Их строят на берегах морей, где гравитационные силы Луны и Солнца дважды в сутки изменяют уровень воды. Колебания уровня воды у берега могут достигать 13 метров. В России действует экспериментальная электростанция на побережье Баренцева моря. В свое время был проект строительства Пенженской станции в Охотском море — самой мощной в мире (87 ГВт). До сих пор рабочим остается проект Мезенской ПЭС (11 ГВт) на побережье Белого моря. Пока же мощность самой крупной в мире приливной станции в устье реки Ранс во Франции составляет 240 МВт. Это мощность половины Днепрогэса. Такие электростанции работают в Норвегии, Канаде, Австралии, Соединенных Штатах и десятках других стран.

Стада буйков

Энергия морских волн значительно выше энергии приливов. Вариантов заставить волны вырабатывать электричество множество. В городке Ридспорт на побережье Орегона осуществляют проект лаборатории системных исследований моторов Орегонского университета (Motor System Resource Facility). Преобразователи сделаны в виде буйков, закрепленных на дне в двух-трех километрах от берега. Внутри каждого буйка находится сердечник с катушкой, и колебательные движения волн заставляют сердечник перемещаться и вырабатывать ток, который по подводному кабелю выводится на сушу. По предварительным расчетам, территория в 25 квадратных километров, наводненная буйками, сможет снабдить электричеством весь штат. Пока только исследования обошлись в $270 000, но внедрение обойдется в $5 млн. Сами создатели говорят, что только массовое производство сможет сделать технологию дешевле.

Ветряные аэростаты

Несмотря на кажущуюся бесплатность, энергия ветра пока не самое доступное удовольствие. Ветряным электростанциям тяжело соревноваться с угольными или газовыми электростанциями. Тем не менее почти 5% мировой чистой энергии (с учетом ГРЭС) уже за ними. Сторонники ветряной энергетики разрабатывают все новые и новые проекты. Например, есть идея выносить ветряки на плавучие морские платформы: там ветер сильнее. Или предложенные недавно компанией Magenn Power Air Rotor System воздушные роторы. Новый тип ветрогенератора — привязной аэростат, наполненный гелием. Его поднимают на высоту от 120 до 300 метров, где он, как детская игрушка-пропеллер, вращается вокруг оси, за которую привязан. На ней же установлены генераторы. Сейчас создатели работают над изготовлением первых экземпляров. Их мощность весьма скромная — 4 кВт. Зато и цена для высоких технологий заявлена скромная — $10 000 за штуку.

Парниковые электростанции

В Австралии компания EnviroMission разработала грандиозный проект парниковой электростанции, которая, по замыслу конструкторов, должна будет вырабатывать столько же энергии, сколько один блок АЭС. Это будет огромная стеклянная колба высотой 1 000 и диаметром 7 000 метров. Из-за разницы температур на земле и километровой высоте ветряная тяга внутри будет достигать скорости 13 м/с. Предполагается, что этот ветер будет крутить 32 турбины, которые установят в основании колбы. За счет резервуаров с водой, находящихся под парником, разница температур будет поддерживаться и ночью. Стоимость сооружения составляет $500 млн, и начать строительство австралийцы грозятся вот уже пятый год. Гораздо реальнее выглядит проект работающей на том же принципе конструкции, которую разработала сингапурская компания MSC Power. «Солнечная электростанция» выглядит как черная пирамида. Ее поверхность покрыта хорошо пропускающим свет пластиком, под которым проходят трубки. Под пирамидой расположен бассейн с водой, и под действием солнечного тепла вода циркулирует по пирамиде, испаряясь и конденсируясь по сложной системе. За счет разницы плотности горячего воздуха внутри пирамиды и более прохладного на улице создается тяга, как в печке. Поток воздуха вращает турбину с электрогенератором. Пирамиды разработаны разных размеров, 10-мегаваттная, к примеру, должна иметь высоту 45 метров. Небольшую 5-мегаваттную пирамиду компания строит сейчас в индийском городе Пуна. Ее стоимость составляет $10 млн.

SunPower

В ежегодно составляемом журналом Wired списке самых инновационных компаний SunPower занимает 13-е место (против 17-го в 2006 году). И это тенденция. Уже сейчас акции этой американской компании растут в цене. Когда говорят о солнечной энергии, то имеют в виду SunPower, работающую на рынке с 1985 года. У солнечных панелей SunPower нет подвижных частей, они бесшумно вырабатывают на 50% больше экологически чистой электроэнергии, чем аналогичные панели других производителей, и практически не требуют технического обслуживания. Кроме того, черные, практически дизайнерские панели выглядят очень эстетично, благодаря чему они продаются как модный аксессуар, который не стыдно поместить на крышу дома. PowerLight в составе SunPower занимается разработкой и установкой крупномасштабных панелей. Среди заказчиков — Морской флот США и несколько американских университетов.

Нью-Джерси

Штат Нью-Джерси собирается стать самым передовым потребителем солнечной энергии в мире. С 2001 по 2006 год там ввели в эксплуатацию 1 865 солнечных установок разной мощности. Типовая 4-киловаттная станция на крышу дома обошлась бы американской семье в $38 000, но жители платят только половину — остальное дотирует федеральное правительство и штат по программе New Jersey’s Clean Energy Program.

Арнольд Шварценеггер

Губернатор Калифорнии явно не хочет уступать Нью-Джерси. В сентябре 2006 года в этом штате с подачи Шварценеггера был принят закон «О решении проблемы глобального потепления», согласно которому до 2020 года выбросы углекислого газа на территории штата должны сократиться на 25%. Калифорния, население которой составляет около 20 млн человек, станет первым американским штатом, ограничившим выбросы углекислого газа в атмосферу. Крупные индустриальные предприятия будут обязаны придерживаться принятых ограничений, но смогут продавать друг другу неиспользованные квоты на выбросы. (Такие же возможности, только в масштабах государств, предусмотрены Киотским протоколом, который не подписали Соединенные Штаты и Китай.) Оппоненты губернатора считают, что принятие дорогих и невыполнимых законов приведет к тому, что рабочая сила и бизнес начнут уезжать из Калифорнии в другие штаты, где нет кампании по улучшению воздуха. Но Шварценеггер настойчиво проводит меры по защите окружающей среды. Он выделил $80 млн на строительство сети водородных АЗС и собирается переделать под водородное топливо один из своих «хаммеров».

Термальные электростанции

На разнице температур в разных слоях океана основан еще один способ получения энергии. При разнице температур около 20°С в прогретом солнцем верхнем слое и на глубине около 1,5 км можно получать энергию в «тепловом двигателе». Теплая вода с поверхности разогревает легкоиспаряющийся газ (например, аммиак) в одном теплообменнике, холодная с глубины вызывает его конденсацию в другом. Это вызывает перемещение аммиака в контуре, который приводит в действие турбину. Наиболее подходящее место для термальных океанических станций — тропики. Штаты построили лабораторию на Гавайях, Япония постоянно финансирует работы, Индия в 2000 году запустила плавучий завод-электростанцию мощностью 1 МВт и продолжает выделять деньги на эти исследования. Использовать перепад высот можно и на суше. Как считают специалисты американской компании Atmospheric Cold Megawatts, лучше проложить очень длинные — до 300 км — трубы по поверхности, соединив между собой участки с характерным перепадом атмосферного давления. Обследовав воздушные течения в районе Тусона (Аризона), они убедились, что разница в атмосферном давлении между двумя точками, разделенными 168 км, никогда не падала ниже 0,03 атмосферы. Этой разницы достаточно для создания в трубе диаметром 2,5 метра потока воздуха со скоростью в три с лишним раза выше звуковой. Дальше, уверяют в компании, дело техники: турбины, заслонки, антиобледенительные системы и пр. Стоимость строительства атмосферной электростанции они сравнивают со строительством угольной ТЭС, а цена полученной энергии будет в пределах 0,03-1 цента за кВт/ч. И никаких выбросов. По последним данным, компания ищет место под строительство первой сети из 2-4 труб длиной по 150-300 км. Но скорее все же ищет деньги с целью их, как говорят в России, освоения. Иначе почему бы правительству США, так стремящемуся к энергонезависимости, не ухватиться двумя руками за идею? Нет ведь, оно выделяет деньги на буйки-генераторы.

Спекулянты

У бурного роста инвестиций в энергию 2.0 не могло не быть изнанки. Компании, которые обещают изобрести если не вечный двигатель, то по крайней мере нечто подобное, стали появляться на американских биржах одна за другой. Примеры приводит американский Forbes. Вот Американская корпорация экологической энергии (U.S. Sustainable Energy Corp). Она обещает построить завод по производству биодизеля мощностью почти 6 000 тонн в день. (Для сравнения: столько биодизеля производится за день на всей территории США.) При этом компания держит в строгом секрете свою технологию. Зато известно другое: ее руководитель Джон Ривера печально прославился в 90-х организацией производства топлива из автомобильных покрышек. Фирма «Водородная сила» (Hydrogen Power International) обещает сделать бешеные деньги на революционном методе производства водорода из алюминия. Компания «Силовые технологии» (Power Technology) сообщает, что «стоит на пороге создания революционного легкого аккумулятора», но, опять же, очень нуждается в инвестициях в размере $1,4 млн. Существуют целые инвестиционные фонды, привлекающие мелких инвесторов, заинтересованных в энергии 2.0. Например, инвестиционный фонд GreenShift знаменит тем, что раньше занимался онлайн-сервисами для любителей животных KissyKat. После того как бизнес на животных не удался, компания занялась высокими технологиями.

Прогнозы

Когда мир перейдет на энергию 2.0? Экологи-оптимисты утверждают, что уже лет через 10-15 машины будут ездить на этаноле. Скептики их опровергают и говорят, что этого не произойдет до тех пор, пока нефть не кончится совсем. Пока же европейцы законодательно закрепляют такую норму: к 2010 году содержание биоэтанола в бензине должно быть не меньше 5%. Вот еще некоторые реальные планы. В Калифорнии собираются построить солнечные электростанции общей мощностью 3 000 МВт и к 2010 году получать 20%, а к 2020 году — треть энергии из возобновляемых источников. В 2008 году в Нью-Джерси должно быть 90 МВт солнечных мощностей, что сравнимо по мощности с одной большой ТЭЦ, работающей на угле. По прогнозу академика Жореса Алферова, к 2030 году суммарная мощность вырабатываемой солнечной энергетикой энергии составит 140 ГВт, что равно сегодняшнему энергопотреблению в России. Про водородные двигатели четких прогнозов пока нет. Известно только, что компания General Motors собирается строить в Америке 12 000 водородных заправок, потратив на это $12 млрд. Но когда этот проект будет реализован, никто толком не знает, хотя машины на водороде действительно начнут продавать через два-три года, а значит, появятся и водородные заправки. Что же касается России, то при переходе на энергию 2.0 она может и не утратить своего энергетического господства. Источников для биоэтанола у нас явно не меньше, чем в Бразилии: спирт здесь всегда умели производить в промышленных масштабах. Береговых линий для строительства приливных/отливных и волновых электростанций у нас тоже достаточно. А Крайний Север, то есть всю линию побережья Северного Ледовитого океана, можно прекрасно использовать под строительство термальных электростанций, работающих на перепаде температур, ведь вода в этих местах девять месяцев в году градусов на сорок теплее воздуха. Что уж говорить про технологию производства биотоплива из древесной стружки. Опилок в России всегда было в избытке.