Ориентация на возобновляемую и антропогенную теплоэнергетику – таков путь будущего, считает доцент кафедры общей химии Белгородского государственного университета, кандидат технических наук Владимир Перистый. bel.aif.ru пообщался с ученым на эту тему.
Энергия солнца и воды
Татьяна Черных, bel.aif.ru: Владимир Александрович, в прошлом интервью мы с вами говорили о невозобновляемых источниках теплоэнергетики, таких как нефть или газ, которые не бесконечны. Как, на ваш взгляд, помогут человечеству возобновляемые источники энергии? И что это вообще такое?
Владимир Перистый: К возобновляемым источникам энергии относят солнце, ветер, воду, геотермальные источники, биотопливо, т. е. те источники, энергия которых считается неисчерпаемой.
Прежде всего это прямое использование солнечной энергии. Солнце, по оценкам астрономов, будет гореть ещё миллионы лет. Чтобы применить его энергию в отоплении и горячем водоснабжении, нужны плоские и абсолютно чёрные коллекторы, интенсивно поглощающие солнечное излучение. При транспортировке через такой горячий коллектор воздушных масс или воды они нагреваются и поступают далее как теплоносители для отопления и горячего водоснабжения зданий и сооружений.
Также грамотно спроектированные дома, где есть окна как солнечный коллектор, тепловые аккумуляторы, теплоизоляция, могут таким путём обогреваться зимой и охлаждаться летом, не применяя топливо. Все эти мероприятия с использованием солнечной энергии могут сэкономить 15–25% теплоэнергии, расходуемой в наши дни на различные бытовые нужды теплоснабжения.
Преобразование солнечной энергии в электрическую – ещё один путь. Для этого нужны так называемые фотоэлементы, состоящие из двух пластин, одна сравнительно легко отдаёт электроны при солнечном облучении, а другая сравнительно легко принимает отданные электроны. И если замкнуть цепь – на сигнальное устройство, лампу, реле и т. д., – по цепи пойдёт небольшой ток. Однако если соединить несколько фотоэлементов, получим ощутимую мощность солнечной батареи.
Фотоэлементы в настоящее время применяют на маяках, в электронике. Но при усовершенствовании солнечные батареи могут конкурировать даже с атомными электростанциями, учитывая при этом их практически 100%-ную экологическую чистоту.
Солнечные пруды – ещё один источник энергии. Для этого водоём заполняется концентрированным рассолом – поглотителем солнечных лучей, поверх которого осторожно приливается пресная вода для теплоизоляции. Нагреваемый солнцем раствор соли циркулирует по трубопроводам, отапливая помещения или нагревая низкокипящую жидкость, пары которой приводят в работу турбогенератор низкого давления.
Солнечные башни – это установленные на площади в несколько гектаров зеркала, которые фокусируют солнечную энергию на водопаровой котёл. Вода, превратившись в пар, приводит в работу паровые турбины, которые в свою очередь вращают электрогенераторы.
– Но ведь интенсивность солнечного излучения различна? Везде ли его хватит для полноценной работы систем?
– Безусловно, что проектирование источников прямого использования солнечной энергии экономически целесообразно для солнечных регионов.
Солнечная энергия – причина круговорота в природе водных масс. Это испарение вод морей и океанов, миграция дождевых облаков, снежные и дождевые осадки. Есть ещё водопады и течение рек. Движущаяся вода представляет собой возобновляемый и экологически добротный энергоресурс.
Однако строительство гидроэлектростанций (ГЭС) приводит к затоплению близлежащих земель, а порой и к изменению микроклимата региона. Поэтому, намечая расширение гидроэнергетики, необходимо учитывать и социальные, и экологические последствия.
Использование биомассы и энергия ветра
– В последнее время активно развивается альтернативная энергетика на биотопливе – есть ли у неё будущее?
– Биомасса – продукт солнечного фотосинтеза на основе углекислоты и воды. Это растительные и древесные материалы, а также сельскохозяйственные и бытовые отходы. Методом биохимической технологии биомассу можно переработать в биогаз, на 50–70% это метан – газообразное топливо, а также в технических этанол, или так называемый бензоспирт для автотранспорта.
Сейчас в общем балансе теплоэнергетики доля биомассы весьма скромная, но её биохимическая переработка может способствовать решению проблемы утилизации твёрдых бытовых отходов, что весьма актуально.
– А насколько эффективен в энергетике ветер?
– Энергия ветра – это тоже форма преобразования энергии солнца, обусловленная неравномерным нагревом морей, океанов, земли, гор и воздушных атмосферных масс.
Капитальные затраты на создание ветротурбин и ветроэлектростанций в два-четыре раза меньше по сравнению с атомными и тепловыми электростанциями, а их экологическая ущербность практически отсутствует. Однако ветростанции занимают значительную площадь территории, и пока их мощность не может конкурировать с ТЭС и АЭС. Но они очень удобны, просты, безопасны и особенно рентабельны для «ветродинамических» регионов и регионов, географически отдалённых от централизованных линий электропередачи.
Источники энергии будущего
– Какие ещё возобновляемые источники энергии на нашей планете представляют перспективу в будущем?
– Это недра нашей земли – расплавленные горные породы, чья теплота генерируется за счёт радиоактивных процессов. Данная геотермальная энергия считается геологами почти неисчерпаемой.
При соприкосновении глубокозалегающих высокотемпературных расплавленных горных пород с водоносными горизонтами генерируются и вырываются на поверхность земли паровые фонтаны – гейзеры, которые могут быть дешёвым источником теплоснабжения.
А в случае «сухих» горных пород, доступных только при глубоком бурении, можно в одну из пробуренных скважин подавать воду, а из другой пробуренной скважины генерируемый высокотемпературный пар будет питать турбогенераторы либо использоваться как теплоноситель. Однако глубокое бурение технически сложно и затратно. Но использование геотермальной энергии в будущем вполне целесообразно.
Также неисчерпаема и энергия морей и океанов, приливов и отливов. В этих колебаниях заключается огромная энергия. Однако рентабельность при её использовании становится реальной только при амплитуде колебаний уровня воды не менее шести метров, а таких географических точек немного. Но хотя доля приливно-отливных электростанций в энергобалансе сейчас очень невелика, при взвешенном подходе они заслуживают внимания.
– Очевидно, что все перечисленные возобновляемые источники энергии пока не смогут заменить расходование невозобновляемых ресурсов. Какой стратегической подход в этой сфере должен быть ориентиром на будущее?
– Путь один – возврат к природному солнечному круговороту химического элемента углерода, но уже при научной созидательной деятельности человечества. Это трудный и длительный процесс. Нужно будет разрабатывать и создавать искусственную фотосинтетику с помощью генной инженерии, активность которой будет на порядок превосходить существующую макро- и микрофлору. Это позволит основательно решить энергетическую, а заодно и парниковую проблему и обеспечить человечество полномасштабной теплоэнергетикой.
И конечно, успешный подход к решению энергетической проблемы немыслим без развития естественно-технических наук и их сердцевины – химической науки и технологий, физики атомного ядра и элементарных частиц. Это решит проблемы и интенсификации бурения и добычи вторичной нефти, и повышения качества топлив и их синтез, и создания водобензиновой эмульсии и лёгких электроёмких аккумуляторов для электромобилей, и газификации угольных месторождений, и биохимической и термической переработки биомассы, и синтеза водорода, и совершенствования ядерных и термоядерных технологий.
Всё происходящее в живой и неживой природе объясняется сущностью и закономерностью химических взаимопревращений миллионов веществ. Химическая наука может предвидеть и объяснить сущность биологических, тепловых, космических, электротехнических, механических и физиологических процессов. Ведь по общим законам химии и химической кинетики шли процессы образования ископаемых природных топлив, а их современное использование протекает по законам термохимии. Так что вездесущность химической науки – категория объективная, и развитие химии – это дорога прогресса.
Как избежать энергокризиса? Есть ли альтернативы нефти и газу 
Лекарство для людей дают кролики. Белгородские учёные – об инновациях 
Технологии будущего. Термоэлектрики и новые сплавы – для промышленности