Самые необычные альтернативные источники электроэнергии
Энергия из морских волн
В апреле 2021 года британская компания Mocean Energy представила Blue X — прототип установки, которая будет преобразовывать кинетическую энергию морских волн в электричество.
Принцип работы такой: установку помещают на поверхность воды, она качается на волнах и приводит в движение шарнир посередине. Тот в свою очередь запускает генератор, который вырабатывает электроэнергию и по кабелям перенаправляет ее на сушу.
Как это применять: по оценкам Mocean Energy, если использовать хотя бы 1% всей доступной энергии волн в мире, можно обеспечить электричеством 50 млн зданий. Для сравнения: в России насчитывается около 14 млн жилых домов.
Энергия из ДНК
Оказалось, что органические молекулы тоже преобразуют солнечную энергию в электричество. В 2021 году немецкие ученые сумели синтезировать супрамолекулярную — то есть более сложную, чем обычная молекула — систему на основе ДНК.
Основа системы — фуллерен, «футбольный мяч» из 60 атомов углерода. К нему крепится краситель, который поглощает солнечный свет и отдает получившуюся энергию фуллерену. Но возникает проблема: если не упорядочить такие супрамолекулы, ток между ними будет протекать с трудом, а со временем и вовсе затухнет.
Ученые предложили такое решение: закрепили супрамолекулы на основе фуллеренов и красителя на спирали ДНК. Так движения электронов становятся упорядоченными, а электрический ток не затухает.
Как это применять: исследователи не обещают, что в скором времени на всех крышах появятся солнечные батареи из ДНК, но развивать это направление планируют. По их прогнозам, технология будет дешевле, прочнее и долговечнее, чем солнечные батареи на основе кремния.
Респираторы с солнечными батареями
Берлинский изобретатель Хайнц Кнупске превратил респиратор в устройство, генерирующее электроэнергию. По сути, это привычная для нас маска, на поверхности которой закреплена маленькая солнечная батарея.
Как это применять: батарея вырабатывает энергию, которой хватает для подзарядки телефона или часов. В начале 2021 года в Китае уже наладили серийное производство «солнечных» масок и отправили первую партию в Европу.
Солнечные паруса
В 2019 году Планетарное общество развернуло парус LightSail 2 на одной из ракет от SpaceX, и он успешно прошел испытания.
Солнечный парус — почти то же самое, что и обычный парус на кораблях. Только в движение его приводит не ветер, а солнечная энергия — поток заряженных частиц, которые выделяет Солнце. Если поймать этот поток энергии, можно долгое время путешествовать в космосе по заданному маршруту, а топливо для этого не понадобится.
Как это применять: используя наработки Планетарного общества, в 2021 году NASA с помощью паруса планирует долететь до Луны, а затем отправиться к околоземному астероиду 1991 VG.
«Бесконечная» энергия из воздуха
В 2020 году ученые из Массачусетского университета создали Air-gen — генератор, который создает электричество с помощью натурального белка и влаги из воздуха.
С помощью протеобактерий Geobacter ученые выращивают белок, который может проводить ток. Из него делают пленку толщиной менее 10 микрон — в несколько раз тоньше, чем человеческий волос — и помещают между двумя электродами. Белок забирает влагу из воздуха и за счет тонких пор создает ток между электродами.
Лучшие результаты Air-gen показывает при влажности в 45%, но справляется и в засушливых регионах вроде Сахары. Генератор не зависит от погодных условий и работает даже в помещении.
Как это применять: пока мощности Air-gen хватает только для питания мелкой электроники. В скором времени ученые разработают версию для мобильных телефонов и смарт-часов, чтобы те никогда не разряжались. А если у исследователей получится совместить Air-gen с краской для стен, в домах появится бесконечный источник электроэнергии.
Электричество из дерева
Если сжать древесину, а потом вернуть в исходное состояние, она вырабатывает электрическое напряжение — правда, очень низкое. Ученые из Швейцарии провели несколько экспериментов и в 2021 году сумели превратить древесину в мини-генератор.
Исследователи изменили химический состав древесины. Они поместили ее в смесь перекиси водорода и уксусной кислоты, растворили один из компонентов древесной коры — лигнин — и оставили только целлюлозу. В результате древесина превратилась в «губку», которая после сжатия самостоятельно возвращается в исходную форму. По словам ученых, такая губка генерирует электрическое напряжение в 85 раз выше, чем обычное дерево.
Как это применять: пока исследователи проводят испытания получившегося материала. Они уже выяснили, что энергии 30 деревянных брусков длиной 1,5 см хватит для питания ЖК-дисплея.
Жидкое топливо из солнечной энергии
Сейчас электричество получают с помощью сжигания органического топлива, например угля и природного газа. У этого способа есть две проблемы: органическое топливо вредит экологии и когда-нибудь закончится. Это заставляет ученых искать замену органике.
С 2001 года китайские ученые пытались преобразовать солнечную энергию в жидкое топливо. Спустя 20 лет у них это получилось.
Исследователям удалось получить жидкий продукт с минимумом примесей — содержание метанола в нем достигает 99,5%. Для этого потребовалось три шага:
- превратить свет, полученный с помощью солнечных батарей, в энергию;
- с помощью этого электричества разложить воду на водород и кислород;
- соединить водород и оксид углерода и получить метанол.
Как это применять: в отличие от нефти и угля, это топливо сгорает чисто. Если у Китая получится сделать производство жидкого метанола массовым, углекислого газа в атмосфере станет намного меньше — на долю Китая приходится около 29% мировых выбросов.
Источник
Замена нефти. Плюсы и минусы солнечной энергии
Способно ли солнце заменить нефть? В мире не утихают споры на эту тему. С одной стороны, мощности самой главной звезды в нашей галактике хватит еще на несколько миллиардов лет, и этим нужно пользоваться. С другой, преобразование солнечной энергии в электрическую требует значительных инвестиций.
Однако есть предположения, что нефть когда-нибудь или закончится, или станет слишком дорогой в добыче. Так или иначе солнечная энергетика рассматривается как одна из реальных альтернатив нефтяной. В эту сферу вовлекаются все больше крупных мировых брендов, и одним из них недавно стала французская нефтегазовая компания Total, объявившая о партнерстве с китайским производителем энергооборудования Envision. Предприятия намерены заняться разработкой цифровых технологий для солнечной энергетики. Это важное начинание сподвигло нас рассказать об этой отрасли подробнее.
Солнечная энергия как топливо
Энергию солнца принято считать экологически чистым и перспективным энергоресурсом. Процесс ее преобразования в тепло и электричество не выделяет в атмосферу вредных веществ, а основные расходы на солнечные энергостанции требуются в самом начале, на этапе строительства.
Однако есть и минусы. Перепады широт и, соответственно, изменение покрытия планеты солнечными лучами делают одни участки более энергоемкими, а другие менее. Многое зависит от продолжительности светового дня, который имеет тенденцию к сокращению, и от погоды. В практическом плане это означает, что при производстве энергии из солнечного излучения в промышленных объемах все же потребуется дублировать энергетические установки традиционными системами на случай поломки, аварии или продолжительной плотной облачности.
Что касается экологии, то нужно понимать, что отражающую поверхность энергоустановок нужно периодически чистить от загрязнений. А над самой солнечной станцией в силу специфики повышается температура воздуха, что в перспективе может негативно сказаться на климате. Но главное даже не в этом. Для производства солнечных батарей используются фотоэлементы с содержанием свинца, кадмия, галлия и кремния. Их утилизация представляет собой сложный технологический процесс.
Ну и еще кое-что. Стоимость солнечной энергии напрямую не зависит от стоимости постоянно дорожающих традиционных энергоресурсов. И все же дорогие технологии делают свое – производство такой энергии обходится в копеечку. По некоторым прогнозам, по мере роста количества солнечных энергообъектов стоимость будет снижаться.
Солнечная энергетика в мире
Сегодня солнечная энергия составляет около 1% от используемой во всем мире. Однако по оценке специалистов отрасли, к 2050 году все может измениться. За счет появления новых технологий и строительства новых энергостанций доля солнечной энергетики должна вырасти до 20-25%. Этому способствуют два фактора – желание разных стан снизить зависимость от нефтяного экспорта и работа над уменьшением выбросов углекислого газа в атмосферу от разного рода предприятий.
Мировым лидером по производству солнечной энергии сегодня является Китай. Именно здесь находится один из крупнейших в мире солнечных парков Тэнгэр общей мощностью 1547 МВт. Его еще называют Великой солнечной стеной, т.к. он занимает 1200 км (3,2%) одноименной пустыни. По мощности объектов на пятки Китаю наступает Индия, где идет строительство солнечного парка Бхалда общей мощностью 2255 МВт, и Объединенные Арабские Эмираты, где к 2030 году запланировано увеличение мощности до 5000 МВт парка Мухаммеда бин Рашида Аль Мактум.
А что Россия? Ошибочно думать, что из-за своего северного расположения наша страна обделена достаточным для производства солнечной энергии излучением. Напротив, по оценке российских ученых, некоторые регионы обладают значительным солнечным потенциалом. Самыми перспективными для производства такой энергии являются: Калмыкия, Ставропольский край, Ростовская область, Краснодарский край, Волгоградская область, Астраханская область и другие регионы на юго-западе, Алтай, Приморье, Читинская область, Бурятия и другие регионы на юго-востоке. На территории нашей страны уже построены и функционируют порядка тридцати солнечных станций разной мощности. Столько же находятся на этапе строительства и проектировки.
Источник
Энергия солнца — альтернативный источник энергии, мощный и вечный!
Согласно научным выводам, земля перехватывает много солнечной энергии, что составляет 173 триллиона тераватт. Это буквально на десять тысяч больше энергии, чем население всего мира . Это подтверждает тот факт, что солнце является самым изобильным источником энергии на всем земном шаре и что оно может стать одним из самых надежных источников энергии.
Традиционно энергетические потребности в мире удовлетворяются ископаемыми видами топлива, такими как нефть, природный газ и уголь. Однако эти источники энергии имеют два основных отрицательных воздействия:
Они играют большую роль в глобальном потеплении и загрязнении кислотными дождями , что отрицательно сказывается на многих животных, растениях и людях в окружающей среде .
Немногие страны имеют полный доступ к энергоресурсам на ископаемом топливе, что может привести к глобальной политической и экономической нестабильности.
Лучшей альтернативой является солнечная энергия, которая является возобновляемым ресурсом, то есть она не станет недоступной. Он обеспечивает неограниченное, постоянное снабжение через время. Солнечная энергия также является зеленым источником энергии, поскольку она не выделяет загрязняющие вещества в процессе производства энергии.
Итак, что такое солнечная энергия?
Солнечная энергия — это энергия, вырабатываемая солнцем в виде тепла и света. Это один из самых возобновляемых и доступных источников энергии на планете Земля. Тот факт, что он доступен в большом количестве и свободен и никому не принадлежит, делает его одним из самых важных из нетрадиционных источников энергии. Солнечная энергия использовалась людьми с древних времен, используя простые увеличительные стекла, чтобы сконцентрировать свет солнца в лучах настолько жарко, что они могли бы загореться.
В основном, солнечная энергия может быть использована для преобразования ее в тепловую энергию или может быть преобразована в электричество. Солнечная энергия — это энергия, запряженная солнцем. Он используется двумя основными способами:
- Через производство электроэнергии
Этот метод использует солнечные фотоэлектрические (PV) устройства или солнечные элементы, которые преобразуют энергию солнца в электричество. Фотоэлектрические устройства производят электричество прямо от солнечного света через электронный процесс, который естественно встречается в конкретных типах материалов, известных как полупроводники.
Электроны, содержащиеся в этих материалах, пропускаются солнечными лучами, что стимулируется движением по электронной цепи, передачей мощности в сетку или прямым питанием электрических устройств. Эта форма энергии может использоваться для питания солнечных часов, калькуляторов или сигналов трафика. Они часто используются в местах, которые не подключены к электрической сети.
Солнечные коллекторы
Солнечный тепловой коллектор использует тепло, поглощая солнечные лучи. Этот метод использует энергию солнца для нагрева воды (солнечные панели горячей воды) для домашнего использования, такие как водонагреватели, гидромассажные ванны и бассейны. На концентрированных солнечных электростанциях используются более сложные сборщики для производства электроэнергии путем нагрева жидкости для включения турбины, подключенной к генератору. Простые сборщики обычно используются в коммерческих и жилых зданиях для обогрева помещений.
Солнечная энергия, превращенная в электричество, может быть мгновенно использована для питания огней или многих других устройств. Более того, он может храниться в батареях для будущего использования. Солнечные элементы обычно генерируют электричество постоянного тока (DC). Однако его можно преобразовать в переменный ток (переменный ток) с помощью устройства, известного как инвертор. Солнечная энергия, преобразованная в тепловую энергию с целью нагрева воды, может быть использована мгновенно или храниться в виде горячей воды в резервуарах, которые будут использоваться позже.
Солнечную энергию можно широко классифицировать как активную или пассивную солнечную энергию в зависимости от того, как они захватываются и используются. В активной солнечной энергии специальное солнечное отопительное оборудование используется для преобразования солнечной энергии в тепловую энергию, тогда как в пассивной солнечной энергии механического оборудования нет. Активная солнечная энергия включает использование механического оборудования, такого как фотогальванические элементы, солнечные тепловые коллекторы или насосы и вентиляторы для улавливания солнечной энергии .
Пассивные солнечные технологии превращают солнечную энергию в тепловую энергию без использования активных механических систем. Это главным образом практика использования окон, стен, деревьев, размещения зданий и других простых методов для захвата или отклонения солнца для использования. Пассивное солнечное отопление — отличный способ сохранить энергию и максимизировать ее использование. Примером пассивного солнечного нагрева является то, что происходит с вашим автомобилем в жаркий летний день.
Источник