Читайте также:
|
Прежде чем говорить об экодизайне автомобилей, нам необходимо более подробно рассмотреть вопрос об использовании энергии. В устойчивом обществе все виды человеческой деятельности и все промышленные процессы должны, подобно процессам в природных экосистемах, питаться энергией солнца. Солнечная энергия — это единственный возобновляемый и экологически дружественный вид энергии. Поэтому переход к устойчивому обществу в первую очередь требует перехода от ископаемого топлива — основного источника энергии в индустриальном веке — к использованию энергии солнца.
Солнце обогревает нашу планету уже миллиарды лет, и практически все наши источники энергии — дрова, уголь, нефть, природный газ, ветер, падающая вода — происходят от него. Однако не все эти виды энергии являются возобновляемыми. В нашем обсуждении мы будем использовать термин «солнечная энергия» только по отношению к неисчерпаемым или возобновляемым ее источникам — солнечному свету, используемому для непосредственного нагрева или выработки фотоэлектричества, ветру, гидроэнергии и биомассе (органической материи). Наиболее эффективным оказывается использование гелио-энергетических технологий в малогабаритных устройствах для местных условий. Использование солнечной энергии, как и применение других принципов экодизайна, снижает загрязнение окружающей среды, одновременно увеличивая занятость людей. Наиболее благотворным переход на солнечную энергию был бы для жителей Юга, где солнце светит особенно щедро.
В последнее время стало как никогда ясно, что переход к солнечной энергии необходим не только потому, что запасы ископаемого топлива — угля, нефти и природного газа — ограничены и невозобновляемы, но и прежде всего из-за значительного ущерба, который наносится природе при их сжигании. Выводы ученых о том, что углекислый газ (СО2) играет ключевую роль в глобальном изменении климата, — а человек в весьма значительной мере ответствен за его выбросы в атмосферу, — сделали очевидной связь между загрязнением окружающей среды и долей углерода в энергии ископаемого топлива. Углеродонасыщенность стала важным показателем устойчивости нашего общества. Как выразился Сет Данн из Института наблюдения за миром, нам следует «декарбонизировать» нашу энергетику [77].
К счастью, это уже происходит. Цитируемый Данном эколог промышленности Джесси Осебел показал, что в течение последних 200 лет имеет место прогрессирующая декарбонизация источников энергии. Тысячелетиями основным таким источником была древесина, сгорание которой приводит к высвобождению десяти молекул углерода (в виде сажи или СО2) на каждую молекулу водорода (в водяных парах). Когда основным промышленным источником энергии стал уголь, это соотношение снизилось до 2:1. К середине XX века уголь уступил первенство нефти, что еще более способствовало декарбонизации, так как сгорание нефти высвобождает всего одну молекулу углерода на две молекулы водорода. К дальнейшему ускорению декарбонизации привел и выход на первые роли природного газа (метана) в последние десятилетия прошлого века, который снизил углеродо-водородное соотношение до 1:4. Таким образом, к его снижению приводил каждый новый основной источник энергии. Последним же шагом в процессе декарбонизации станет переход на солнечную энергию, так как использование энергии из возобновляемых источников вообще не вызывает выбросов углерода в атмосферу.
В предыдущие десятилетия многие надеялись на то, что идеальной экологически чистой альтернативой углю и нефти станет ядерная энергия, однако вскоре стало ясно, что ядерная энергетика— вещь настолько рискованная и дорогая, что выходом из положения быть никак не может [78]. К числу таящихся в ней опасностей относится прежде всего отравление человеческого организма и окружающей среды канцерогенными радиоактивными веществами на каждой из стадий топливного цикла — добычи и обогащения урана, управления реактором и его обслуживания, сборки и захоронения (или переработки) отходов. Нельзя забывать и о неизбежных выбросах радиоактивных материалов — как при авариях, так и при нормальной работе реакторов, нерешенных проблемах безопасного вывода ядерных реакторов из эксплуатации и хранения радиоактивных отходов, угрозе ядерного терроризма и сопутствующем ограничении основополагающих гражданских свобод в тоталитарной «плутониевой экономике», о катастрофических экономических последствиях развития этой капиталоемкой и высокоцентрализованной энергетической отрасли.
Сочетание всех этих опасностей с неизбежными проблемами, связанными со стоимостью ядерного топлива и строительства электростанций, делает работу существующих предприятий ядерной энергетики экономически неконкурентоспособной. Еще в 1997 году один из ведущих специалистов по инвестициям в сферу коммунального хозяйства после тщательного исследования этой отрасли выступил с таким неутешительным заявлением: «Вывод, который приходится сделать, состоит в том, что из одних только экономических соображений ясно: полагаться на деление ядер как на основной источник стационарных энергетических запасов — экономическое безумие, не имеющее аналогов в человеческой истории» [79]. Сегодня ядерная энергетика — наиболее медленно развивающаяся энергетическая отрасль в мире, доля которой к 1996 году упала до 1 % без каких-либо перспектив на увеличение. Как писал журнал «Экономист»: «Ни одна [атомная электростанция] в мире не имеет коммерческого смысла» [80].
Наоборот, солнечная энергетика — это отрасль, продемонстрировавшая за последнее десятилетие наиболее быстрый рост. В продолжение 90-х годов использование солнечных батарей (т. е. батарей фотогальванических элементов, преобразующих солнечный свет в электричество) каждый год возрастало примерно на 17 %, а ветровых генераторов — на все 24 % [81]. Около полумиллиона домов во всех уголках мира, преимущественно в отдаленных деревнях, не подключены сегодня к электрической сети, а питаются электроэнергией от солнечных батарей. А недавно разработанная в Японии фотогальваническая черепица для крыш домов обещает привести к новому фотоэлектрическому буму. Как уже говорилось, такое покрытие способно превратить крышу в мини-электростанцию; это произведет настоящий переворот в энергетике.
Эти достижения свидетельствуют, что переход на солнечную энергию не за горами. Всестороннее исследование, проведенное в 1997 году пятью американскими научными лабораториями, показало, что, при условии честной конкуренции и должного информирования о ее экологических достоинствах, солнечная энергия способна покрыть 60 % энергетических потребностей США при разумной стоимости. Годом позже исследование, проведенное компанией «Ройял Датч Шелл», позволило сделать вывод, что во второй половине нашего века возобновляемые источники энергии вполне могут стать достаточно конкурентоспособными для того, чтобы покрыть по меньшей мере половину мировых энергетических нужд [82].
Всякая долговременная гелиоэнергетическая программа должна предполагать выработку достаточного количества жидкого топлива, которое покрывало бы потребности авиации и хотя бы отчасти — наземного транспорта. До недавнего времени это было ахиллесовой пятой солнечной энергетики [83]. Раньше традиционным источником возобновляемого жидкого топлива была биомасса — прежде всего я имею в виду получение спирта из перебродившего зерна или плодов. Проблема, однако, в том, что хотя биомасса и является возобновляемым ресурсом, почва, на которой она произрастает, — нет. Действительно, можно рассчитывать на получение значительных количеств спирта из специально выращиваемых культур, но масштабная спиртовая топливная программа истощит наши почвы точно так же, как истощают природные ресурсы другие виды хозяйственной деятельности человека.
В последние годы, однако, проблема жидкого топлива получила изящное решение: были разработаны высокоэффективные водородные топливные элементы. Они обещают открыть новую эру в энергетике — «водородную экономику». Водород, легчайший и наиболее распространенный во Вселенной газ, широко используется в качестве ракетного топлива. Топливный элемент представляет собой электрохимическое устройство, в котором водород соединяется с кислородом. На выходе получаются электричество, вода — и ничего более! По этой причине водород является в высшей степени чистым топливом, решающим последним шагом в длительном процессе декарбонизации.
В водородном топливном элементе происходит примерно то же, что и в обычной батарейке, с той разницей, что здесь используется непрерывный поток горючего. Молекулы водорода подаются с одного конца камеры и расщепляются при помощи катализатора на протоны и электроны. Затем эти частицы различными путями движутся к другому концу. Протоны проходят сквозь мембрану, а электроны под действием вынуждающей силы огибают ее, создавая при этом электрический ток.
Отдав свою энергию, ток достигает противоположного конца элемента, где электроны воссоединяются с протонами и возникший в результате водород реагирует с кислородом воздуха, образуя воду. Весь этот процесс является бесшумным, надежным и безотходным [84].
Водородные топливные элементы были изобретены еще в XIX веке, но до последнего времени широко не применялись (единственное исключение — американская космическая программа), поскольку были громоздкими и неэкономичными. Они требовали больших количеств платины в качестве катализатора, что делало их чересчур дорогими для массового производства. Кроме того, водород, хотя и широко распространен, должен быть выделен из воды (Н2О или природного газа (СН4). Технически это несложно, однако требует специальной инфраструктуры, в развитии которой при существующей экономике ископаемых топлив никто не был заинтересован.
Но в последнее десятилетие положение вещей изменилось кардинально. Успехи технологий позволили резко снизить потребные количества платинового катализатора, а благодаря остроумным «пакетным» решениям удалось создать компактные и высокоэффективные топливные элементы. Уже через несколько лет на их основе будет налажено производство электрогенераторов для наших домов, автобусов и автомобилей [85].
Сразу несколько фирм соревнуются сегодня за первенство в коммерческом выпуске домашних генераторов на топливных элементах. Тем временем правительство Исландии и ряд исландских компаний предприняли совместную попытку построения первой в мире водородной национальной экономики [86]. Исландия будет использовать свои обширные геотермальные и гидроэлектрические ресурсы для производства водорода, который предполагается применить в качестве топлива в первую очередь для автобусов, а затем для пассажирских автомобилей и рыболовецких судов. Правительство поставило целью полностью перейти на водородное топливо к 2030-2040 году.
В настоящее время наиболее традиционным сырьем для производства водорода является природный газ, однако в конечном итоге наиболее экономичным — и экологически чистым — было бы выделение его из воды при помощи возобновляемых источников энергии (в особенности фотоэлектричества и ветровых генераторов). Если этого удастся достичь, мы построим подлинно устойчивую энергетическую систему. Как и в природных экосистемах, вся необходимая нам энергия будет либо солнечной, вырабатываемой при помощи малогабаритных солнечных батарей, либо извлекаемой из водорода, чистейшего из топлив в эффективных и надежных топливных элементах.
Дата добавления: 2015-09-10; просмотров: 22 | Поможем написать вашу работу | Нарушение авторских прав |