Перспективи використання нових видів енергії і їх вплив на довкілля.

Альтернативні джерела енергії – це енергія вітру, морів та океанів, внутрішнього тепла Землі, Сонця.

Термоядерна енергетика. У зв'язку з величезною потенційною небезпекою АЕС для біосфери вчені та енергетики і сьогодні покладають надії на інший спосіб добування енергії, а і саме з допомогою термоядерних електростанцій (ТЯЕС). І хоча в світі поки що не діє жодна ТЯЕС, є переконання (особливо на Заході), що цей спосіб добування енергії стане основним у ХХІ ст. й витіснить АЕС і ТЕС.

На ТЯЕС енергія добуватиметься не за рахунок розщеплення важких ядер урану, а внаслідок злиття легких ядер ізотопів вод­ню (дейтерію й тритію) та утворення з них ядер гелію. Такі реакції живлять енергією Сонце й незліченну кількість інших зірок у Всесвіті.

Нині над розробкою промислових термоядерних реакторів працюють учені багатьох країн: Європейського Союзу, США, Росії, Японії, Канади. Як вважає більшість учених, зайнятих цією проблемою, перший прототип комерційного термоядерного реактора планується створити в першій чверті XXI ст.

Цей спосіб добування електроенергії матиме безумовні переваги над тими, що використовуються сьогодні на ТЕС і АЕС:

• ТЯЕС характеризуватимуться високим ступенем безпеки роботи, бо конструкція термоядерного реактора така, що за будь-якого її пошкодження чи порушення режиму автоматично припиняється термоядерна реакція й вимикається реактор;

• у термоядерному реакторі водночас міститиметься лише кілька грамів «палива» — дейтерію й тритію, що є відносно низько-радіоактивними (порівняйте з 180 т урану, який завантажується н реактор АЕС!);

• запаси одного з компонентів палива для ТЯЕС — дейтерію — на Землі величезні: їх достатньо, аби забезпечити електро­енергією людство на кілька мільйонів років (наприклад, дейтерію, що міститься у 500 л води з будь-якої водойми, достатньо для задоволення всіх енергетичних потреб однієї людини протягом усього її життя);

• внаслідок термоядерної реакції не утворюються радіонукліди —

продуктом реакції є нерадіоактивний газ гелій; ТЯЕС не забруднюватимуть атмосферу речовинами, здатними спричинити кислотні дощі, парниковий ефект або руйнування озонового шару.

Проте в ТЯЕС будуть і недоліки:

• теплота, яка у великій кількості виділяється внаслідок термоядерної реакції, за законами термодинаміки, не може бути цілком перетворена на електроенергію й спричинює підігрівання атмосфери й гідросфери Землі; тому на розвиток термоядерної енергетики накладається те саме обмеження, що й на використання інших невідновлюваних джерел енергії, — це тепловий рубіж;

• робота термоядерного реактора супроводжується дуже потужним нейтронним потоком, а отже, відбувається радіоактивне забруднення конструкцій, тому по певному часі необхідно його розбирати й ховати (як і реактори АЕС);

• до компонентів «палива» для ТЯЕС, крім дейтерію, належить, літій, запаси якого на Землі дуже невеликі, а родовища небагаті й трапляються дуже рідко, або тритій, що виробляється штучно, з великими затратами енергії.

Енергія вітру.

За оцінками вчених, загальний вітроенергетич­ний потенціал Землі в 30 разів перевищує річне споживання енергії людством. Однак використовується лише мізерна частка цієї енергії. Так було не завжди. За даними статистики, до революції в кожному другому селі України працював вітряк. Але парова машина, а потім двигун внутрішнього згоряння витіснили цих скромних трудівників. Добре відомо також, що до появи пароплавів усі морські перевезення здійснювалися вітрильниками.

Можливості використання енергії вітру в різних місцях Землі неоднакові. Для нормальної роботи вітроелектричних двигунів швидкість вітру в середньому за рік має бути не меншою ніж 4—5 м/с, а краще, коли вона становить 6—8 м/с. В Україні до таких зон належать узбережжя Чорного моря, особливо Крим, а також Карпати й південні степові райони.

Піонером будівництва вітроелектростанцій (ВЕС) був видатний український учений та інженер, один з основоположників космонавтики

Ю. Кондратюк. Побудована ним у 1931 р. поблизу Севастополя ВЕС потужністю 100 кВт більш як 10 років забезпечувала місто електроенергією.

Сьогодні на Заході, особливо в Данії та США, серійно випускаються ВЕС потужністю від 1,5 до 100 кВт, діє також кілька експериментальних потужністю до 30 тис. кВт.

* У донецькому Приазов'ї споруджується найбільша в Україні ВЕС — Новоазовська. В степу вже змонтовано комплекс із 15 генераторів. Цього цілком достатньо, щоб забезпечити електроенергією найбільший в області Новоазовський сільськогосподарський район, де розташовано більш як сто оздоровниць і баз відпочинку. Цікаво, що в цій частині Приазовської низовини понад триста днів на рік напористо дме «калмик» — стабільний вітер із Калмицьких і Сальських степів (своєрідна «вітрова труба», за визначенням синоптиків).

Услід за Новоазовською планується спорудження подібних ВЕС у Володарському й Першотравневому районах.

Вітроелектростанції не забруднюють довкілля. Єдиний нега­тивний фактор — низькочастотний шум (гудіння) під час роботи ВЕС та ще одиничні випадки загибелі птахів, які потрапляють у лопасті вітродвигунів.

Думки інженерів і вчених повертаються й до, здавалося б, дав­но забутих вітрильників. ♦ Відомий океанолог Ж.-І. Кусто наприкінці 80-х років сконструював і випробував вантажне судно, в якого, крім дизельного двигуна, є й вітрила. Щоправда, цей вітрильник мало схожий на оспівані бригантини минулих віків — ного вітрила являють собою вертикальні напівциліндричні кон­струкції з алюмінієвого сплаву, якими керує комп'ютер. Використання цих вітрил під час трансокеанічного плавання дає змогу економити значну (до 70 % за сприятливого вітру) кількість палива.

Енергія морів та океанів. Світовий океан містить колосальні запаси енергії.

По-перше, це енергія сонячного випромінювання, поглинута океанською водою, яка виявляється в енергії морських течій, хвиль, прибою, різниці температур різних шарів води. По-друге, не енергія тяжіння Місяця й Сонця, що спричинює морські припливи й відпливи. Використовується цей екологічно чистий Потенціал іще дуже мало.

Першими об'єктами такої енергетики можна вважати морські електростанції, які акумулюють енергію вертикальних коливань води. Хвиля метрової висоти забезпечує від 25 до 35 кВт енергії, навіть хвиля заввишки всього 35 см може обертати спеціальну турбіну й давати електричний струм. ♦ Одна з перших хвильових електростанцій потужністю 350 кВт ось уже близько 30 років успішно діє поблизу норвезького міста Бергена. ♦ Збу­довано також перші морські електростанції, що утилізують енергію припливів і відпливів, — на узбережжі Ла-Маншу у Франції потужністю 240 тис. кВт і в Кольській затоці (Росія) потужністю 400 кВт. ♦ А на тихоокеанському острові Науру діє електростанція потужністю 100 кВт, яка використовує (за прин­ципом термопари) різницю температур нагрітого тропічним сонцем поверхневого шару води й холодного придонного.

Енергія внутрішнього тепла Землі. З глибиною підвищується температура в земній корі (в середньому на 30 °С на 1 км, а у вул­канічних районах — набагато швидше). За оцінками геологів, до глибин 7—10 км загальна кількість теплоти в 5000 разів переви­щує теплоємність усіх видів мінерального палива, що є на Землі. Теоретично лише 1 % цього тепла достатньо, аби забезпечити людство енергією на найближчі 4000 років. Та на практиці це джерело енергії використовується ще дуже мало. Найкращі ре­зультати досягаються в районах активної вулканічної діяльності (Ісландія, Камчатка, Гавайські острови), де близько до поверхні станцій (СЕС) потужністю 1200 кВт споруджено в Криму поблизу Керчі. В центрі круга діаметром 500 м установлено 70-метрову башту з парогенератором на верхівці її оточують 1600 рухомих дзеркал (геліостатів). Стежачи за допомогою ЕОМ за рухом Сонця, вони відбивають його промені на парогенератор, нагріваючи в ньому воду до утворення пари температурою 300 °С. Пара подається на турбіну з електрогенератором.

СЕС не забруднюють довкілля. Щоправда, для майбутніх потужних СЕС на сонячних батареях знадобляться великі площі. Але на нашій планеті — близько 20 млн. км² пустель, де землі непридатні для сільського господарства, потік сонячної енергії найпотужніший, а кількість хмарних днів протягом року міні­мальна. Щоб задовольнити енергетичні потреби людства, треба розмістити батареї на площі від 1 до 3 млн. км², тобто достатньо зайняти лише 5—15 % площі пустель.

Сонячна енергія використовується також для добування побутового тепла (100—150 °С), яке йде на опалювання приміщень, приготування їжі, опріснення води тощо. ♦ Розроблено досить зручні пристрої для таких потреб (наприклад, параболічне дзеркало-піч діаметром 1,5 м, у фокусі якого вода в трилітровому чай­нику закипає за 10 хв.). *Для промислових цілей (плавлення проб металів, вирощування кристалів із розплаву і т. п.) створено Сонячні печі, у фокусі дзеркала яких температура сягає 3800 °С. Одна з таких установок діє у Франції.

Сонячна енергія може застосовуватися й на транспорті — для енергоживлення автомобілів, невеликих суден і навіть літаків. Із площі в кілька квадратних метрів (дах мікроавтобуса) можна зібрати енергію для живлення автомобільного акумулятора. ♦ В 1982 р. такий автомобіль, не витративши й краплі бензину, перетнув Австралію, подолавши за два місяці відстань у 4000 км. •:♦ На літаку, верхню площину крила якого було вкрито сонячни­ми батареями, здійснено переліт через Ла-Манш.

♦ На півдні Австралії будується екологічно чиста сонячно-вітрова електростанція, або так званий «сонячний комин», потужністю 200 МВт. Вона, до речі, стане найвищою спорудою у світі. Конструктивно це буде бетонна труба заввишки 1 км, ото­чена скляним кожухом. За принципом дії ця електростанція подібна до ГЕС, але рушієм її турбін буде не вода, а висхідний потік нагрітого сонцем повітря. Нагріте сонцем у скляному кожусі повітря підніматиметься вгору трубою й надаватиме рух генераторам електростанції. Спорудження станції мав завершити­ся в 2005 р. Вона забезпечить екологічно чистою електроенергією близько 200 тис. мешканців цього району. Вночі генератори станції діятимуть від гарячого повітря, що нагріватиметься в спеціальних водяних колекторах, які протягом дня запасатимуть тепло за рахунок нагрівання сонцем.

Біоенергетичні технології. Життя та діяльність людей супровод­жуються утворенням великої кількості органічних відходів (побу­тове сміття, каналізаційні стоки, відходи виробництва сільського­сподарської продукції — солома, лушпиння й т. д., деревооброб­ки — тирса, обрізки, гілки, хвоя тощо). Звалища навколо великих міст забирають величезні площі (так, поблизу Нью-Йорка воно за об'ємом уже дорівнює 25 пірамідам Хеопса!), забруднюють повітря й воду. А тим часом розроблено технології, що дають змогу добувати з цих відходів енергію (сконструйовано, напри­клад, установки, в яких відходи спалюються, даючи тепло й елек­троенергію), а також різні корисні матеріали (скло, метали та ін.).

Є й інша перспективна технологія переробки відходів — за допомогою метанобактерій. Ці мікроорганізми активно розмно­жуються в будь-яких органічних рештках, продукуючи в резуль­таті своєї життєдіяльності цінну енергетичну сировину — біогаз (суміш метану й чадного газу). Технологія добування біогазу дуже проста. Бетонні місткості або колодязі будь-якого об'єму запов­нюють гноєм, сміттям, листям, тирсою й т. п. Місткість має бути щільно закритою, щоб не було доступу кисню. Газ, який утво­рюється в результаті бродіння, відводиться в приймальний при­стрій або безпосередньо в газову плиту. Після процесу бродіння залишається добриво — знезаражене, без запаху, цінніше за гній.

Сьогодні така технологія широко застосовується в Китаї та Індії, де функціонують мільйони подібних установок. А в Румунії проведено успішні досліди з використання біогазу як палива для тракторів.

Останнім часом дедалі ширше розробляються технології добу­вання палива для двигунів внутрішнього згоряння з органічних речовин, що продукуються рослинами. ♦ Так, у Бразилії з відходів виробництва цукру з цукрової тростини добувають технічний спирт, що використовується як паливо для автомобілів (причому вартість цього палива нижча, ніж бензину, а забруднен­ня повітря в результаті його згоряння — менше). ♦ В Австралії успішно виготовляють так звану «зелену нафту» — продукт переробки спеціальних мікроскопічних водоростей, які вирощуються н штучних басейнах.

Для України особливе значення має технологія добування па­лива з ріпакової олії. Ріпак, ця невибаглива рослина, дає до 1 т олії з гектара, причому його можна вирощувати на землях, непридатних ні для чого іншого, наприклад на полях зрошення, де нейтралізуються каналізаційні стоки, й навіть на землях 30-кілометрової зони відчуження навколо Чорнобильської АЕС, бо, як з'ясували вчені, радіонукліди не нагромаджуються в ріпаковій олії. Її можна або безпосередньо заливати в баки дизелів (які, щоправда, в цьому разі треба модернізувати), або ж із неї можна виготовляти спеціальне дизельне паливо — «блакитний ангел», котре за всіма характеристиками подібне до солярової оливи, але при цьому екологічно чистіше й дешевше; нарешті, цю олію можна додавати в солярову оливу (до 20 %), що не змінює ні енергетичних, ні екологічних показників двигунів.

Воднева енергетика. До дуже перспективних джерел добування теплової та електричної енергії належить водень, який має висо­ку теплотворну здатність, може успішно замінювати природний і газ і при цьому є екологічно чистим паливом, оскільки в результаті його згоряння утворюється лише водяна пара. Отже, переве­дення ТЕС та інших споживачів газового палива на водень змен­шило б викиди в атмосферу вуглекислого газу й інших шкідливих сполук. Широке використання водню як джерела енергії до останнього часу стримувалося його вищою вартістю порівняно з природним газом, незважаючи на те, що є численні методи добування водню. Але нещодавно в деяких країнах, зокрема в США, розроблено технології добування водню з глюкози або глюкозовмісних речовин, таких як крохмаль і целюлоза (деревина). Після обробки глюкози або її полімерів спеціальними фермента­ми, добутими з бактерій, вона перетворюється на глюкуронову кислоту, і при цьому виділяється водень. За повідомленнями пре­си, нині зазначені технології ще недосконалі (вихід водню поки що становить тільки 12 % від теоретично можливого), і тривають інтенсивні роботи в цій перспективній галузі. До речі, глюкуронова кислота — відхід виробництва — є цінною сировиною для хімічної промисловості.

Контрольні питання

1. Які джерела енергії використовуються людством і в якому напрямі має розвиватися сучасна енергетика?

2. В чому полягає негативна дія на довкілля ТЕС?

3. Яку небезпеку криє в собі радіоактивне забруднення?

4. Обґрунтуйте необхідність згортання ядерної енергетики й розвитку вітрової, сонячної та біоенергетики.

5. У чому полягає перевага термоядерної енергетики над ТЕС та АЕС?

6. Які переваги й недоліки ГЕС?

7. Які види енергетики не завдають шкоди довкіллю?

8. Наведіть приклади енергозбереження

9. Які промислові підприємства найбільше забруднюють довкілля?