Зелёные способы получения энергии

Введение

Альтернативная энергетика – одно из самых перспективных направлений современной экологии. Ее основное преимущество – использование новых, неиссякаемых видов ресурсов, экологически чистых и легкодоступных [1].
Именно альтернативные источники энергии призваны стать новым этапом развития в промышленности, обеспечив не только снижение (или полное прекращение) использования основных видов энергетических ресурсов, но предотвращение негативных экологических последствий, в виде загрязнений токсичными отходами.
Основные проблемы на сегодняшний день – низкая производительность и необходимость создания дополнительной инфраструктуры для поддержания новых электростанций.
Тем не менее, разработки по улучшению систем альтернативной энергетики постоянно совершенствуются.

Солнечные электростанции
Солнечные электростанции основаны на работе солнечных батарей, способных преобразовывать энергию солнца в электрическую энергию.
К преимуществам солнечной энергии можно отнести возобновляемость данного источника энергии, бесшумность, отсутствие вредных выбросов в атмосферу при переработке солнечного излучения в другие виды энергии.
Недостатками солнечной энергии являются зависимость интенсивности солнечного излучения от суточного и сезонного ритма, а также, необходимость больших площадей для строительства солнечных электростанций. Также серьёзной экологической проблемой является использование при изготовлении фотоэлектрических элементов для гелиосистем ядовитых и токсичных веществ, что создаёт проблему их утилизации.
Стоит также отметить относительно невысокую мощность солнечных батарей: для получения достаточной электроэнергии необходимо создавать целые поля солнечных батарей. В связи с этим интересным направлением представляется использование такого вида энергии в частных домах. Однако здесь также есть свои трудности. Владельцу дома важно следить за состоянием батарей, т.к. даже незначительное загрязнение панелей может существенно снизить уровень вырабатываемой ими энергии. Более того, дом должен иметь большую зону покрытия (как правило, это крыша). Чем больше зона покрытия дома, тем больше панелей можно расположить, соответственно больше энергии выработать. Немаловажное значение имеет также и наличие/отсутствие соседних домов и деревьев, которые могут создавать тень, что также снижает производительность батарей. Именно поэтому такой вид энергии не походит для многоквартирных домов, находящихся в условиях города, с высокой плотностью постройки и большими объемами энергопотребления [1].

Ветряные электростанции
Такие электростанции работают по типу мельниц, где вместо воды движущей силой является ветер, вращающий лопасти генератора.
Преимуществом ветряного генератора является, прежде всего, то, что в ветренных местах, ветер можно считать неисчерпаемым источником энергии. Кроме того, ветрогенераторы, производя энергию, не загрязняют атмосферу вредными выбросами.
К недостаткам устройств по производству ветряной энергии можно отнести непостоянство силы ветра и малую мощность единичного ветрогенератора. Также ветрогенераторы известны тем, что производят много шума, вследствие чего их стараются строить вдали от мест проживания людей.
Однако, такой вид энергии можно устанавливать на дачах и в частных домах. Размеры и формы таких установок могут различаться, существуют даже компактные, высотой до 2м, которые можно установить и на крыше дома. Единственные недостатки — шум, создаваемый генератором и малая производительность. Однако в сочетании с солнечными батареями ветрогенераторы вполне могут конкурировать с привычными видами электроэнергии. Более того, если ветрогенератор находится в маловетренной зоне, есть смысл устанавливать вместе с аккумулятором, не позволяющим лопастями ветрогенератора останавливаться [2].

Гидроэнергетика
Довольно распространенный вид альтернативной энергии, основанный на двух принципах: либо на силе приливов и отливов, либо по принципу осмотического давления.
В случае с приливной энергией, устанавливаются специальные генераторы, вращающиеся при изменении уровня воды

. Принцип осмотического давления требует установки специальных сложных мембран и имеет ограниченное применение.
Стоит отметить, что данный вид также имеет свои недостатки: энергия вырабатывается только в определенное время суток, требует создания систем регуляции и слежения за работой генераторов, а также становится причиной гибели морских животных, попадающих под лопасти генераторов.
Использование в частных домах или на дачах также не представляется возможным, т.к. далеко не все дома расположены достаточно близко к воде [2].


Геотермальная энергетика
Геотермальные источники бывают нескольких видов:
месторождения геотермального сухого пара
источники влажного пара
сухие горячие скальные породы [3].
Стоимость энергии, получаемой на ГеоЭС, примерно на 30% дешевле, чем на ветровых электростанциях и в 10 раз ниже, чем на солнечных.
К преимуществам геотермальных источников энергии можно отнести неисчерпаемость и независимость от времени суток и времени года, возможность использования воды или смеси воды и пара, отсутствие затрат на топливо, простота управления.
К негативным сторонам можно отнести тот факт, что термальные воды сильно минерализованы, а зачастую ещё и насыщены токсичными соединениями. Это делает невозможным сброс отработанных термальных вод в поверхностные водоёмы. Поэтому для отработанную воду необходимо закачивать обратно в подземный водоносный горизонт. Кроме того, некоторые учёные-сейсмологи выступают против любого вмешательства в глубокие слои Земли, утверждая, что это может спровоцировать землетрясения [4].


Пьезогенераторы
Данный вид альтернативной энергии представляет собой систему генераторов энергии на пьезоэлементах, принцип которых основан на разности потенциалов двух электродов. Иными словами: кто или что угодно может создать разность потенциалов при механическом воздействии. Подобные системы уже много лет работают в Токио (они установлены на станции метро в зале продажи билетов), а также в Лондоне (на дискотеке). Таким образом, механическое воздействие (перемещение людей) создают разницу потенциалов, в перспективе возможна установка пьезогенераторов на транспортных магистралях.
Несмотря на свою простоту, пьезогенераторы еще не скоро будут использоваться в широких масштабах, т.к. в силу своих особенностей, они могут вырабатывать энергию небольшой мощности, да и то только до тех пор, пока осуществляется механическое воздействие.

Биотопливо и биодизель

Возможность использования биотоплива много лет рассматривалась как самое перспективное направление, т.к. вторичная переработка отходов – один из главных пунктов рационального природопользования. На сегодняшний день используется бионефть и биоэлектричество. Бионефть имеет тот же состав что и обычная нефть, однако не содержит серы и других вредных веществ. Такая нефть производится из водорослей, которые не требуют особого ухода, да и растут гораздо быстрее, чем наземные растения [5].
Всего выделяют 3 поколения биотоплив:
1) Источники углерода – сахара, липиды, крахмал, полученные из натурального растительного материала (кукуруза, рапс, подсолнух, соя и другие). Типичные химические продукты переработки - метиловые эфиры жирных кислот.
2) Источники углерода – целлюлоза, лигнин, пектин из отходов сельскохозяйственных производств, лесопереработки, лигноцеллюлозное сырье (пшеничная солома, трава).
3) Источники углерода – морской фитопланктон, водоросли. Использование таких источников крайне эффективно, например: с площади в 1 гектар, засеянной соей, можно получить около 80 л биотоплива в год, а при засеве рапсом - 230 литров. Водоросли, из последнего поколения биотоплива, могут дать уже 16 тыс. л в год [7].
Интересно, что процесс производства такого биотоплива практически безотходен: оставшиеся водоросли, не прошедшие процесс сжигания и переработки, могут быть использованы в качестве корма для рыб (водоросли даже в сухом состоянии прекрасно сохраняют витамины и ценные вещества) [6].
Для умеренного климата наиболее актуальным источников биомассы, по-прежнему остаются растения