Раушан Ашкеева - Прикладная химия

Главный недостаток ПЭС – их вынужденный режим. ПЭС дают свою мощность, когда этого требует потребитель, а в зависимости от приливов и отливов волны. По мнению академика Капицы, есть еще более серьезные последствия использования ПЭС: строительство ПЭС большой мощности (сотни гигаватт) – а именно такие нужны для компенсации дефицита горючих ископаемых, на доли секунды замедлит вращение Земли. Последствия этого трудно даже предположить.

ВЕТРОЭНЕРГЕТИКА. Ветер – движение воздуха относительно поверхности Земли, также имеет солнечное происхождение. Поверхность Земли в разных местах имеет различную степень черноты. Поэтому различные участки Земли под действием солнечной радиации нагреваются до различной температуры. Следовательно, и нижние слои атмосферы имеют неравномерный нагрев. Из-за этого неодинаково давление воздуха на одной и той же высоте, то естьь в атмосфере существует горизонтальное распределение давления. Это приводит к перемещению больших масс воздуха и возникает ветер. Наряду с энергией воды и домашних животных, ветер также используется с глубокой древности (ветряные мельницы). Сейчас используются ветротурбины. Чем больше площадь лопастей ветротурбин, тем больше энергии она позволяет получить. Очень эффективно использование комплексов небольших по размерам ветротурбин с размахом лопастей около 17 м и мощностью порядка 100кВт. От 50 до нескольких тысяч таких установок объединяют в ветроэлектростанцию (ВЭС). Например, в Калифорнии ВЭС в 17 тыс. ветротурбин суммарной мощностью 1500 МВт, заменяют полторы АЭС. Стоимость сооружения этих установок всего 1,25$ в пересчете на ватт, в то время как для ТЭС и АЭС расходы составляют 3 и 5$ соответственно.

Отрицательное воздействие ВЭС на окружающую среду проявляется в следующем:

1. для изготовления десятков тысяч ветряных колес и башен придется резко увеличить производство алюминия или стеклопластика, а это весьма грязные производства;

2. при мощности одной установки в 250 кВт возникает шум силой 50-80дБ;

3. ветряные колеса генерируют опасные инфразвуковые колебания, которые весьма неблагоприятно действуют на организм, причем до такой степени, что территория самой ВЭС и прилегающие к ней участки становятся непригодными для жизни людей и животных;

4. возникают сильные радиопомехи;

5. нарушаются траектории движения перелетных птиц, ликвидируются места традиционного обитания птиц;

6. из-за крупномасштабного использования энергии ветра, он может рассеиваться; изменится «роза ветров», и следовательно, может нарушится климатическое равновесие, перенос влаги и тепла не только в районе, где построена ВЭС, но и далеко за его пределами;

7. ветровые установки требуют огромных территорий.

Трудность использования энергии ветра заключается также в его непостоянстве, как по силе, так и по направлению.

ГЕОТЕРМАЛЬНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. В недрах Земли в результате распада природных радиоактивные веществ идет постоянное высвобождение энергии. Поэтому внутренняя часть нашей планеты представляет собой расплавленную горную породу, которая время от времени вырывается наружу в виде вулканических извержений. Тепло земных недр и называется геотермальной энергией. Она практически неисчерпаема и вечна. Геотермальную энергию можно использовать и в тех местах, где с горячими горными породами соприкасаются грунтовые воды. Пар можно добывать, пробурив скважину от перегретых водоносных горизонтов, и с его помощью привести в движение турбогенераторы. К концу 90х годов общая мощность установок, работающих на геотермальной энергии, составляло около 5000 МВт. В общей сложности геотеплоэлектростанции (ГЕОТЭС) вырабатывают около 0,1 % от суммарной мощности электростанций мира.

На пути крупномасштабного использования геотермальной энергии есть проблемы. Горячие пар и вода, выносимые на поверхность Земли, содержат высокие концентрации солей и др. загрязнителей, в частности соединений серы. Эти примеси вызывают быструю коррозию турбин и др. оборудования, а выбрасываясь в конечном итоге в ОС, загрязняют воздух и воду. При закачивании воды фиксируются микроземлетрясения. Недавно обнаружилось, что ГЕОТЭС гораздо более радиоактивны, чем ТЭС в основном за счет радиоактивного радона и продуктов его распада. Установлено, что из всех естественных источников радиации радон является наиболее опасным. Он ответственен за 3/4 индивидуальной эффективной годовой дозы облучения, получаемой населением от земных источников радиации, и ½ дозы от всех естественных источников радиации. Кроме этого, мест с геотермальными водами невелико и многие из них расположены далеко от потребителя.

ВОДОРОДНАЯ ЭНЕРГЕТИКА. В 70-е годы впервые возникла идея о том, что для уменьшения загрязнения ОС в результате сжигания ископаемых топлив целесообразна замена их на Н 2. О водороде стали все чаще говорить как о «топливе будущего». Это легко воспламеняющийся газ, который можно использовать в быту вместо природного; Н 2может служить автомобильным горючим. Теплотворная способность водорода Н 2– 120000 кДж/кг. Использование водорода гораздо чище с экологической точки зрения, так как единственным продуктом горения является вода Н 2О. Таким образом, значительно сократилось бы загрязнение атмосферы. Водород самый распространенный элемент на Земле, но он практически не встречается в свободном виде, так как окисляется до воды. Это единственная серьезная преграда на пути крупномасштабного использования водорода в качестве горючего топлива. Следовательно, нужны перспективные методы его получения, хотя способов синтеза Н 2много. Простейшие из них – взаимодействие водных растворов кислот и оснований с металлами:

Заслуживают внимания три варианта получения Н 2из органического сырья:

1. паровая конверсия метана СН 4, являющегося главным компонентом природного газа:

СН 4+ Н 2О → СО + 3Н 2– 50 ккал

СО + Н 2О → СО 2+ Н 2+ 10 ккал

СН 4+ 2Н 2О → СО 2+ 4Н 2– 40 ккал – суммарное уравнение.

2. паракислородная конверсия метана СН 4 – более совершенный вариант:

2СН 4+ О 2→ 2СО + 4Н 2+ 16 ккал

СН 4+ Н 2О → СО + 3Н 2– 50 ккал

7СН 4+ 3О 2+ Н 2О → 7СО + 15Н 2– 34 ккал – суммарное уравнение.

Как следует из уравнений, в обоих вариантах требуется затрата больших количеств дефицитного природного газа как исходного сырья.

3. газификация угля: 2С + О 2→ 2СО + 55 ккал; С + Н 2О → СО + Н 2– 30 ккал. Комбинацией этих двух реакций можно получить смесь водорода и угарного газа, называемого «водяным газом». В последнее время метод получения водорода из воды и угля считается одним из наиболее перспективных. Но уголь – ограниченный ресурс.