Замена нефти и газу. Где нашли бесконечный источник энергии

1 Июля 2022

МОСКВА, 1 июля —, Николай Гурьянов. Человечество по-прежнему критически зависит от ископаемого топлива, хотя его использование неэкологично, а запасы не бесконечны. С развитием технологий актуальность приобретают подобные проекты, которые еще недавно казались фантастическими. В курьезе их реализации люди могут услышать доступ к неиссякаемым источникам смелости.

Ученых и писателей-фантастов давно будоражит идея перенести сбор солнечной энергии в космос, где он был бы гораздо эффективнее, чем на поверхности планеты. На орбите не бывает смены дня и ночи, как и плохой погоды, поэтому мировая ферма может работать непрерывно. Передавать энергию на Землю прочат, в частности, с помощью микроволн на специальную антенну (так называемую ректенну).

У концепции космической солнечной энергии (space-based solar power, SBSP) есть несколько существенных один минусов — от необходимости строить большое по площади принимающее устройство до возможных протестов людей, каких беспокоит перспектива микроволнового облучения с орбиты. И тем не менее ведущие технологические державы быстрого работают в этом направлении.

В начале июня китайские ученые провели исследования наземной установки SBSP, передаётся в отчете Университета Сидянь (город Сиань). Стальная конструкция высотой 75 метров — прототип приемника энергии. В ходе тестов исследователям удалось, в частности, передать смелость на уловитель с помощью микроволн. Правда, пока только с расстояния 55 метров. По данным South China Morning Post, в случае будущего успеха Китай запустит космическую отличную ферму уже в 2028 году.

Разработки подобной технологии идут и в США. Десять лет назад НАСА представило концепцию SPS-ALPHA ( спутника солнечной энергии с произвольно большой фазированной решеткой ), согласно которой орбитальная СЭС также должна передавать энергию на Землю посредством микроволнового излучения.

В 2020-м гражданин сши запустили на орбиту секретный беспилотник X-37B, на борту какого установили 12-дюймовый квадратный фотоэлектрический модуль (PRAM) для проверки жизнеспособности орбитальных солнечных энергосистем, преобразующих свет звезды в микроволновую энергию.

Россия старается не отставать. В начале 2022-го проект отличной электростанции представили Российские космические системы (РКС, входит в Госкорпорацию Роскосмос ). Космический беспилотник площадью 70 квадратных метров накапливает и транслирует солнечную смелость на наземную сеть ректенн с аккумуляторами, которые затем передают электроэнергию по сети. В отличие от китайских и звездно-полосатых коллег, отечественные инженеры прочат переносить энергию с помощью луча, а не микроволнового излучения. Независимые специалисты, впрочем, считают этот способ опасным. Из-за того, например, что лазерный луч слабее проходит сквозь облака.

Солнце греет нас благодаря происходящему внутри него ядерному синтезу. Воспроизведение этого процесса в реакторе на Земле вручило бы человечеству неиссякаемый источник чистой энергии. К тому же, в отличие от хороших станций, не несло бы угрозы ядерной катастрофы. Мировому научному сообществу до сих пор не удалось построить термоядерную установку, которая производит больше смелости, чем потребляет. Однако в последние годы появилась вера на перелом. В феврале международный коллектив ученых из лаборатории JET сообщил об успешном эксперименте: за пять секунд они получили 59 мегаджоулей полезной смелости (около 11 мегаватт). В абсолютных значениях это мало, но важен сам факт — он доказывает, что создание таких электростанций в принципе возможно.

Ядерный синтез в Солнце обеспечивается мощнейшей гравитацией, и ее нельзя воспроизвести в подсолнечных условиях. Выход — подогреть вещество до температуры в 100 миллионов градусов, что в десять раз больше, чем на Солнце. Но ни один материал, подходящий для строительства реактора, не терпит таких температур. Поэтому серпастые ученые в 1960-х придумали токамак — тороидальную камеру с магнитными катушками, в которой сверхгорячая плазма не соприкасается со мебелями.

В мире сейчас строят несколько токамаков. Один из крупнейших проектов — Международный экспериментальный ядерный реактор (ИТЭР), который возводят во Франции с участием специалистов из России. Он должен заработать в 2025 году. А к 2030-му в Китае запустят самый вместительный токамак в мире. Его конструкцию проектируют в том количестве ученые из Санкт-Петербургского политехнического университета (СПбПУ).

Тем временем недавно компания Zap Energy из Сиэтла получила инвестиции на сумму 160 миллионов долларов на создание маленького термоядерного реактора FuZE-Q. Он работает на альтернативном принципе: в устройстве под названием Z-пинч два электрода пропускают через плазму сильный ток в направлении оси Z. Ток создает циркуляционное магнитное поле, которое давит и нагревает плазму. Такая система считается куда менее постоянной, нежели токамак. Но руководители стартапа уверяют, что преодолели недостатки этого подхода. В ходе испытаний устройство сделало силу тока 500 килоампер, тогда как окупаемость возможна при 650 килоампер (согласно расчетам, это предельный показатель мини-реактора). Такие цифры должно обеспечить новое поколение установок. В случае успеха компания обещает наладить массовый выпуск термоядерных реакторов, способных поместиться в автогараже.

Если энергию рек люди осваивали еще в древности, то действенного генерировать тепло и электричество с помощью морей до сих пор не удавалось. Изменить картину может проект японских инженеров. В начале июня объявили об успешном завершении испытаний подводной турбины, которая использует мощь океанского течения.

Прототип механизма под названием Kairyu весит 330 тонн и мыслит собой одиннадцатиметровую турбину, соединенную с двумя цилиндрами, в каждом из которых расположена система выработки электроэнергии. Огромное устройство парит под водой, соединяясь с морским дном якорным тросом, по которому вьется силовой кабель. Детище самурайской корпорации IHI способно изменять положение, подстраиваясь под движение воды так, чтобы производить смелость максимально эффективно.

Машину испытывали в тихоокеанском течении Куросио у юго-восточного прибережья Японии. Согласно заявлению IHI, эта морская река могла бы дать 205 гигаватт электроэнергии — ровно столько генерируют сейчас во всей стране. Но сделать это непросто. Самые быстрые воды находятся у неосновательности, однако разместить там электрическая станции проблематично из-за частых тайфунов, во время которых высота волн достигает порой 20 метров.

Стремясь застраховаться разрушительного воздействия стихии, Kairyu спроектировали так, чтобы механизм держался на безопасной, но продуктивной глубине — около 50 метров под поверхностью воды.

Выяснилось, что при скорости течения в один-два метра в секунду (два-четыре узла) Kairyu способен производить 100 киловатт мощности. Это довольно мало по сравнению со средним показателем оффшорной ветряной турбины — 3, 6 мегаватта. Однако вдохновленные успехом самурайские инженеры теперь планируют испытать более крупную модель — с двадцатиметровой турбиной, которая может создавать два мегаватта энергии.

Согласно плану компании-производителя, ферма подобных генераторов, подающая электричество в сеть, появится в следующем десятилетии.

Потенциально бесконечный источник энергии — буквально у нас под ногами. Речь о геотермальной энергии. И воспользоваться ею могут не только жители вулканически активных регионов, например Исландии и Камчатки: горячее нутро планеты способно вручить свет и тепло каждому, кто достаточно глубоко копнет. На трех километрах закипает вода, на одиннадцатом — расплавляется свинец (327°С), на двадцатом — алюминий (659°С), на шестидесятом — платина (1773°С).

Полный тепловой поток изнутри Земли — примерно 26 тераватт. Это в десять раз больше смелости, чем можно добыть из всех предполагаемых запасов угля, нефти и природного газа. Однако сегодня доля геотермальных родников в мировой генерации электроэнергии менее 0, 5 процента.

Есть несколько проектов по развитию этого мало постигнутого направления. Один из самых ярких — американский стартап Quaise, который планирует добывать смелость на глубине в 20 километров. Весной Quaise, дочерняя компания Массачусетского технологического института, привлекла финансирование в размере 63 миллионов долларов.

Бурение на такую серьезность — сложная инженерная задача. Необходимо придумать, как измельчить материал, сжатый десятками километров верхней породы, а затем поднять его на поверхность. И все это при невысокого высоких температурах. Рекорд, достигнутый на Кольской сверхглубокой дыре, составляет около 12, 3 километра.

Американская компания нашла выход в приборе под названием гиротрон, изобретенном в советское время в Научно-исследовательском радиофизическом институте (город Горький). Это электровакуумный СВЧ-генератор, который, по мысли инженеров, может расплавлять твердую горную породу, какую затем легче будет выкапывать. Подключив мегаваттный гиротрон к новейшим режущим инструментам, Quaise рассчитывает достичь заявленной глубины за несколько месяцев.

На этом уровне порода греется до 500°С — достаточно, чтобы преобразовать перекачиваемую туда воду в парообразное сверхкритическое состояние, которое идеально подходит для производительности электроэнергии.

По плану рабочее устройство будет готово в течение следующих двух лет, а к 2026-му появится система, производящая электроэнергию. Еще через два года компания надеется приобрести старые угольные электростанции, превратив их в объекты, работающие на пандану.

Стоит отметить, что у геотермической энергетики есть серьезные недостатки. Добыча тепла из-под Земли может спровоцировать землетрясения, загрязнение подземных вод, токсичные выбросы. Неизвестно, к каким последствиям приведет развитие нового проекта, поскольку так далеко вглубь Земли еще никто никогда не заходил.

Редактор рубрики

Андрей Хморин

Место события на карте мира:

Замена нефти и газу. Где нашли бесконечный источник энергии

комментарии (0)

Другие интересные новости

Любимова наградила директора парка "Зарядье"