К вопросу о новейших возобновляемых источниках энергии

Размещено на http://www.allbest.ru//

Размещено на http://www.allbest.ru//

К вопросу о новейших возобновляемых источниках энергии

В.В. Копылова

Основной целью данной работы является описание необычных источников альтернативной энергии в контексте изменяющейся экологической ситуации в городе Иркутске. Использование источников энергии, которые не вредят окружающему миру и здоровью человека в современном мире, крайне актуально для общества. Ученые предупреждают о возможном исчерпании известных и доступных для использования запасов нефти и газа, об истощении других важнейших ресурсов: железной и медной руды, никеля, марганца, алюминия, хрома и т.д. Ближайшие перспективы развития энергетики связаны с поисками лучшего соотношения энергоносителей. Отмечено, что человечество, находясь в ситуации экологического кризиса, ищет и находит интересные альтернативные источники энергии, которые могут использоваться повсеместно в мире. Город Иркутск не является исключением. Новизна и преимущество данных источников заключены в их возобновляемости и в том, что они являются экологически чистыми источниками энергии. Кроме того, их использование не требует больших затрат.

Библиогр. 6 назв.

Ключевые слова: альтернативные источники энергии; экология; энергетика; возобновляемый; окружающая среда.

DISCUSSING RENEWABLE SOURCES OF ENERGY

V. Kopylova, E. Raspetiuk, N. Yelashkina

National Research Irkutsk State Technical University,

664074, Irkutsk, Lermontov St., 83

The main purpose of the article is to describe the unusual alternative energy sources in the context of changing ecological situation in Irkutsk. The use of energy sources that do not harm to the environment and human health is important for society. It is known that the scientists describe possible exhaustion of known and available sources of energy such as iron and copper ore, nickel, manganese, aluminum and chromium, etc. The nearest energy development prospects are connected with the search for a better balance of energy. The article notes that mankind, being in the situation of the ecological crisis, seeks and finds interesting alternative energy sources. It is significant that these sources of energy are environmentally safe and can be used everywhere in the world. Consequently, they should be used in Irkutsk. Novelty and advantage of the energy sources consist in their renewability and that they are non-polluting. Furthermore, their usage does not require large expenditures.

Keywords: alternative energy sources; ecology; power engineering; renewable; environment.

По данным, опубликованным в Государственном докладе о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области, основными загрязнителями атмосферного воздуха города являются выхлопные газы автомобилей, на которые приходится 52 % загрязняющих выбросов, и источники теплоэнергетики, не оснащенные фильтрами; на производства приходится около 2 % всех выбросов. Среднегодовые концентрации бензпирена в 2010 году превышали допустимую норму в 10 раз, оксида азота в 1,1 раза, взвешенных веществ - в 2 раза, формальдегида - в 6 раз [1]. По выбросам в атмосферу загрязняющих веществ от стационарных источников в 2010 году Иркутск занял 15-е место в России [1]. В 2010 году насчитывалось 196 предприятий, выбрасывающих в атмосферу 69 загрязняющих веществ. 94 % всех выбросов стационарных источников составляют продукты горения [2].

Анализ исследований показывает, что загрязнение - результат хозяйственной деятельности человека. По мере развития хозяйства и промышленности воздействие человека на среду стало все заметнее. Сегодня мы наблюдаем критически опасный уровень загрязнения окружающей среды. Известно, что загрязнение - это поступление в окружающую среду токсичных веществ в таких больших количествах или в течение столь длительного времени, что эти вещества или энергия создают непоправимый ущерб людям и окружающей среде. Экологическая опасность приводит к планомерному уничтожению всех параметров среды - антропогенных и природных, физических и биотических. Так, поступление в атмосферу газов ведет к возникновению «кислотных дождей», которые, в свою очередь, приводят к закислению почвы, а также к глубоким изменениям в лесных и водных экосистемах, разрушению зданий и других объектов человеческой деятельности.

В наше время людям требуется все больше и больше энергии. Сегодня энергетика мира базируется на невозобновляемых источниках энергии. Ближайшие перспективы развития энергетики связаны с поисками лучшего соотношения энергоносителей. Человечество стремится к тому, чтобы попытаться уменьшить долю жидкого топлива среди них. Эксперты Гринпис и другие специалисты прогнозируют, что к 2030 году возобновляемые источники энергии будут удовлетворять 40 % мирового спроса на энергию и до 80 % спроса - к середине столетия. Более того, к 2050 году 100 % электроэнергии мир сможет получать из возобновляемых источников [3].

Рассмотрев и проанализировав исследования по данному вопросу, мы нашли достаточно интересные разработки ученых в сфере энергетики и возобновляемых источников энергии. В течение нескольких последних лет компании, занимающиеся разработкой «зеленых» источников электроэнергии, ведут исследования, направленные на поиски альтернативных методов ее получения. Так, голландская компания Plant-e добилась успеха в использовании для этой цели побочных продуктов фотосинтеза некоторых водолюбивых растений. Презентация новой технологии специалистов Plant-e прошла осенним вечером 2014 года в одном из парков Гамбурга. Проект носил название «Звездное небо» (Starry Sky), и суть его заключалась в том, что 300 обычных светодиодных светильников будут получать электричество от живых растений. Это и было продемонстрировано всем желающим, присутствующим в тот день на презентации [4].

Наряду с проектом «Звездное небо», компания Plant-e реализует системы питания точек доступа Wi-Fi, зарядные устройства для мобильных гаджетов, источники питания для подсветки транспортной инфраструктуры, дорожных знаков, и т.п., а также электрические модули для установки на крышах домов. Все это работает с применением энергии, получаемой от живых растений, причем без причинения этим растениям даже минимального вреда.

Учредители Plant-e уверены, что их метод совершенно экологически безопасен, а главное - есть возможность использовать обширные площади болот и рисовых полей для производства электроэнергии в промышленных масштабах там, где имеет место ее дефицит, и речь здесь идет о целых странах [4].

В основе технологии - своеобразный аккумулятор, представляющий собой квадратный пластиковый контейнер с длиной стороны 50 см. Контейнер разделен на две части ионоселективной мембраной, через которую происходит движение ионов водорода к катоду. В одной части контейнера расположена аэробная катодная камера, а в другой - анаэробная анодная камера. К аноду устремляются свободные электроны, которые по внешней цепи передаются на катод. В результате соединения водорода с кислородом в катодной камере образуется вода, и генерируется электрический ток. Это становится возможным, поскольку при фотосинтезе солнечная энергия преобразуется благодаря листьям в органические вещества, которые затем выводятся растением через корни в окружающую их влажную почву. Часть органических веществ расходуется самим растением для обеспечения его жизнедеятельности, а оставшиеся в почве вещества перерабатывается микроорганизмами, в результате чего образуется много свободных электронов, именно они и используются для производства электричества [4].

Следующим шагом на данной стадии станет использование компанией болот. По замыслу разработчиков, в топь, болото, рисовое поле или дельту реки будут горизонтально погружены трубы, в которых будет происходить процесс, аналогичный процессу в квадратных ячейках [4].

Очень актуально использование тротуарной плитки, генерирующей электроэнергию.

Британская компания Pavegen Systems Ltd., директором которой является Лоуренс Кемболл-Кук, автор технологии, успешно производит и продает по всему миру уникальную тротуарную плитку, генерирующую электроэнергию благодаря шагающим по ней пешеходам [5]. Идея была реализована Лоуренсом Кембеллом-Куком еще в 2009 году, когда он изучал в университете Лафборо кинетические решения для энергетических сетей. Мысль об использовании тротуарной плитки для генерирования энергии возникла у Кембелла-Кука во время работы на одну очень крупную энергетическую компанию. С момента создания фирмы Pavegen Лоуренс начал свое движение в лидеры рынка энергоуборочного пешеходного сектора, вызвав интерес к технологии в глобальном масштабе. Ряд коммерческих объектов на стадии реализации подхватили идею Кембелла-Кука, преобразовав его концепцию и дизайн в реальные изделия. Лоуренс уверен, что прорывные технологии открывают путь к изменению отношения людей к энергии и позволяют уменьшить их зависимость от ископаемого топлива и электрических сетей. Изобретатели испытывали плитку, генерирующую электроэнергию, в школах и на оживленных улицах городских центров, проводили тайные исследования, подкладывая их на автобусные станции и на Оксфорд-стрит, а также бросая зеленые плиты на пол, чтобы понять, захотят ли люди по ним ходить [6].

С самого начала Кемболл-Кук считал, что участие людей в процессе генерирования энергии имеет ключевое значение для получения правильного продукта. Именно по этой причине плиты, изготовленные из переработанной резины и полимерного бетона, имеют в центре светодиод, который загорается, когда кто-нибудь ступает на них. Инновационная плитка изготовлена из гибкого водонепроницаемого материала, полученного при переработке бывших в употреблении автомобильных покрышек, что дает плитке прочность и делает ее стойкой к истиранию. Корпус плитки изготовлен из особой нержавеющей стали. При нажатии верхняя грань прогибается на 5 миллиметров, и заставляет интегрированный преобразователь генерировать электричество. Электроэнергия может накапливаться в литиевом аккумуляторе либо отправляться напрямую для питания освещения рекламных вывесок, витрин, автобусных остановок и т.д. Изначальная идея состояла в том, чтобы запитать фонари и знаки на улицах городов от энергии шагов людей. За три года компания вышла на уровень, когда ее продукцию уже можно было встретить в городах по всему миру [6].

Технология функционирования преобразователя держится в секрете, но инженеры британской компании Pavegen Systems Ltd. рассказали, что их решение отличается от традиционных пьезоэлектрических преобразователей. Разработчик обращает внимание, что «пьезогенераторы требуют “высокие пики”. Промежуток времени между пиками делает трудным преобразование в постоянный ток» [6]. Технология Pavegan сокращает промежутки между «пиками» и позволяет получить больше постоянного тока [6].

Разработчики также рассказали, что решение является гибридным и позволяет эффективно захватывать и сохранять энергию, после того как она преобразована в питающие 12 вольт. Это похоже на пьезо в том лишь аспекте, что верхний лист плитки отклоняется на 5 мм, и это движение преобразуется в электричество. В итоге технология позволяет преобразовывать кинетическую энергию в электричество, которое может храниться для последующего использования в различных целях. Каждый раз, когда кто-нибудь наступает на плитку, возобновляемая энергия собирается у него из-под ног. Лучше всего данная технология подходит для многолюдных пешеходных улиц современных мегаполисов. Это первый значительный шаг для людей на пути выработки чистой энергии везде, где есть тротуарная плитка.

Верхняя поверхность плиточного блока изготовлена на 100 % из переработанного каучука, основание плитки - на 80 % из переработанных материалов. Система позволяет модернизировать существующие тротуарные покрытия и может применяться при строительстве новых пешеходных дорожек. Плитка Pavegen разработана так, чтобы выдерживать значительные нагрузки в открытых местах с высокой проходимостью. Водонепроницаемость плитки позволяет использовать ее как во внешней среде, на улицах, так и внутри помещений. Выпускаемые блоки полностью соответствуют европейским требованиям, предъявляемым к любой продукции, размещаемой на рынке Европейской экономической зоны [6].

В 2012 году на время проведения летней олимпиады в Лондоне плитку Pavegen уже установили на нескольких многолюдных улицах, и за пару недель собрали 20 мегаджоулей электроэнергии, чего хватило для питания освещения столичных улиц. Плитка может также посылать данные беспроводным способом благодаря энергии шагов и таким образом быть интегрирована в системы умных городов [6].

Резюмируя вышеизложенное, можно заключить, что использование альтернативных источников энергии, таких как технологии компании Plant-e (электричество от живых растений), и тротуарной плитки, генерирующей электроэнергию, может значительно улучшить экологическую обстановку в Иркутске. Зная масштабы загрязнений окружающей среды, общество вынуждено задуматься об улучшении экологической ситуации в городе.

Представленные в статье источники энергии интересны и актуальны. Учитывая уникальность природных ресурсов нашего региона, ученые, занимающиеся сохранением окружающей среды, могут принять во внимание описанные в данной работе примеры технологий получения альтернативных источников энергии. В современном обществе ведутся дискуссии о нахождении способов спасения озера Байкал. Думается, что представленные разработки помогут найти выход и сохранить природу Сибири и чистейшее озеро.

возобновляемый энергия электричество альтернативный

Библиографический список

Государственный доклад о состоянии и об охране окружающей среды Иркутской области в 2009 году [Электронный ресурс]. URL: http://irkobl.ru/sites/ecology/news/Doklad2008.pdf (15.01.2017).

Экология Иркутска [Электронный ресурс] // Википедия. URL: http://ru.wikipedia.org/?oldid=73673787 (22.01.2016).

Размещено на Allbest.ru