Билл Гейтс - Как нам избежать климатической катастрофы

Несколько компаний работают над альтернативными вариантами. Одна из них изучает, можно ли использовать что-то, кроме воды, например гальку. Другая разрабатывает сценарий, который позволит обойтись без холма: воду закачивают под землю, держат ее там под давлением, а потом выпускают, когда нужно крутить турбины. Если этот подход сработает, будет чудесно, потому что мы избавимся от проблем с наземным оборудованием.

Термальное хранение. Технология заключается в том, что мы используем для нагревания определенного материала дешевую электроэнергию. Затем, когда понадобится больше электричества, мы обратим накопленное тепло в электроэнергию с помощью термодвигателя. Производительность составляет 50–60%, и это неплохо. Инженеры знают многие виды материалов, которые долго сохраняют тепло, практически не теряя энергии; самый многообещающий подход — хранить тепло в расплавах солей.

В TerraPower мы пытаемся придумать, как использовать расплавы солей (если мы сможем построить электростанцию), чтобы не пришлось конкурировать с солнечной энергией в течение дня. Скорее всего, мы будем хранить тепло, выработанное днем, и преобразовывать его в электричество ночью, когда недоступна дешевая солнечная энергия.

Дешевый водород. Надеюсь, нас ждут серьезные прорывы в сфере хранения электроэнергии. Но вполне возможно, что появятся инновации, на фоне которых все эти идеи покажутся устаревшими — точно так же, как с появлением компьютеров сразу исчезла необходимость в пишущей машинке.

Дешевый водород может произвести революцию в хранении электроэнергии, потому что это ключевой ингредиент топливных элементов. Последние получают энергию из химической реакции между двумя газами — обычно это водород и кислород, и единственный побочный продукт — вода. Можно использовать энергию с солнечной или ветряной станции, чтобы получить водород, хранить его в виде сжатого газа или в другом состоянии, а затем применить в топливном элементе для производства электроэнергии. По сути, мы воспользуемся чистой энергией для создания безуглеродного топлива, которое можно хранить годами и снова превращать по мере необходимости в электроэнергию. Тогда мы решим и территориальную проблему, о которой я говорил выше: хотя солнечный свет нельзя перевозить в цистернах, его можно сначала преобразовать в топливо, а затем транспортировать в любую точку мира.

Есть одна проблема: производить водород без углеродных выбросов дорого. Это не так экономично, как хранить электроэнергию сразу в аккумуляторе, потому что сначала требуется электроэнергия для производства водорода, который, в свою очередь, необходим для получения электричества. Все эти шаги означают, что мы теряем энергию в процессе.

К тому же водород — очень легкий газ, поэтому для его хранения нужны огромные контейнеры. Газ проще хранить в сжатом состоянии (контейнер того же объема уместит больше газа), но поскольку молекулы водорода очень малы, под давлением они просачиваются через металл. Представьте, что газ постепенно выходит из газовой цистерны, в которой он хранится.

Наконец, процесс получения водорода (электролиз) также требует различных материалов (электролизеров), которые обходятся дорого. В Калифорнии, где теперь можно приобрести автомобили на топливных элементах, стоимость водорода эквивалентна 1 долларам 20 центам за литр бензина. Именно поэтому ученые экспериментируют с более дешевыми материалами, которые подошли бы в качестве электролизеров.

Улавливание углерода. Можно продолжать производить электроэнергию так, как мы делаем это сейчас, с помощью природного газа и угля, но удалять диоксид углерода (углекислый газ), прежде чем он попадет в атмосферу. Этот метод называется улавливанием и хранением углерода и предполагает установку специального оборудования для поглощения выбросов на электростанциях, работающих на ископаемом топливе. Эти улавливающие технологии существуют не одно десятилетие, но их покупка и эксплуатация обходятся дорого, и, как правило, они улавливают только 90% парниковых газов, к тому же энергетические компании не получают никакой выгоды от их установки. Именно поэтому они редко используются. Актуальные политические стимулы могли бы поощрять компании использовать метод улавливания углерода (подробнее об этом мы поговорим в главе 10и главе 11).

Выше я отметил схожую технологию под названием «прямое улавливание», то есть улавливание углерода прямо из воздуха. Метод прямого улавливания — более гибкий подход, чем улавливание углерода до попадания в атмосферу, поскольку его можно использовать где угодно. И, скорее всего, именно он сыграет важнейшую роль в достижении нулевых выбросов. Исследование Национальной академии наук показало, что к середине века придется удалять из атмосферы около 10 миллиардов тонн СО 2ежегодно, а к концу столетия — по 20 миллиардов тонн [61].

Однако с технической точки зрения осуществить прямое улавливание намного сложнее, чем улавливание углерода до попадания в атмосферу — из-за низкой концентрации углекислого газа в воздухе. Когда выбросы поступают напрямую с угольной электростанции, они высококонцентрированные (около 10% СО 2), но как только они попадают в атмосферу, где действует метод прямого улавливания, они рассеиваются. «Поймайте» случайным образом одну молекулу из атмосферы, и вероятность того, что это окажется СО 2, составляет 1 к 2500.

Компании разрабатывают новые материалы, которые лучше абсорбируют углекислый газ и делают оба метода улавливания дешевле и эффективнее. Кроме того, современные подходы к методу прямого улавливания требуют больших объемов энергии для удержания парниковых газов, их сбора и безопасного хранения. Согласно законам физики, выполнить всю эту работу без минимально необходимого количества энергии невозможно. Но современные технологии потребляют намного больше этого минимума, и нам есть что совершенствовать.

Экономность. Когда-то я не воспринимал всерьез идею о том, что более экономичное потребление энергии благотворно скажется на климатических изменениях. Я размышлял так: с ограниченными ресурсами эффективнее дойти до нулевых выбросов, чем затрачиваться на сокращение спроса на электроэнергию.

Я не отказался от этого взгляда полностью, но немного смягчил свою позицию, когда понял, сколько площади понадобится, чтобы получать больше электроэнергии от солнца и ветра. Для генерации одинакового объема электроэнергии солнечной станции нужно в 5–50 раз больше площади, чем угольной станции, а ветряной — в 10 раз больше, чем солнечной. Нужно сделать все возможное, чтобы повысить шансы на достижение 100% чистой энергии, а это будет легче, если мы сократим спрос на электроэнергию там, где это возможно. Нужно использовать любые методы, которые сократят объем эмиссии.