Дорога к чистой энергии: самые распространенные энергетические мифы

Традиционные источники энергии, такие как уголь или нефть, кажутся гораздо менее опасными, но статистика опровергает это заблуждение. На угольных шахтах ежегодно гибнет по нескольку сот человек. Причиной в основном оказываются сердечные приступы и болезни легких, но немалую долю составляют и крупномасштабные катастрофы, влекущие за собой одновременную гибель множества шахтеров, — вспомним недавнее происшествие на шахте «Распадская». Кроме того, общий ущерб, нанесенный здоровью «угольного поколения», явно недооценивается. «Уровень радиоактивного заражения вокруг обычной угольной электростанции намного выше, чем вокруг АЭС, даже при использовании скрубберов (аппаратов для мокрой очистки продуктов сгорания от пыли)», — говорит физик-атомщик Джеральд Марш, сотрудник Аргоннской национальной лаборатории. Пылевое загрязнение, распространяющееся вокруг угольных электростанций, становится причиной смерти приблизительно для 24 000 человек ежегодно — они умирают в основном от таких заболеваний, как рак легких и пневмокониоз. Что касается нефтедобычи, то здесь налицо свои угрозы. Достаточно вспомнить недавний разлив нефти в Мексиканском заливе.

Кэтрин Маккарти, заместитель директора национальной ядерной лаборатории INL (Idaho National Laboratory), полагает, что атомная энергетика вполне способна преодолеть свои «детские болезни». «Со времен Чернобыля и Три-Майл Айленд много воды утекло, — говорит Маккарти, — и людям пора пересмотреть свое отношение к атомной энергетике, осознав все ее преимущества». АЭС выбрасывают в атмосферу ничтожные количества вредных компонентов. Несколько сотен атомных реакторов вполне могли бы удовлетворить потребности в энергии даже такой крупной страны, как США, радикально снизив зависимость от ископаемых видов топлива.

Идея получения этанола из целлюлозы — излюбленный конек для биотопливных энтузиастов. Сырьем могли бы служить части растений, содержащие много целлюлозы, скошенная на газонах трава, ветви деревьев, солома и древесные опилки. Один из самых перспективных кандидатов на должность «заменителя нефти» — прутьевидное просо (Panicum virgatum), быстрорастущее многолетнее растение, когда-то доминировавшее на просторах прерий Северной Америки. Оно способно дать около 35 т сухой биомассы с гектара, которые можно превратить в 10 м³ биоэтанола.

Однако для реализации этой идеи надо преодолеть несколько серьезных препятствий. Во-первых, для производства этанола в промышленных количествах требуются огромные количества целлюлозы, а это значит, что для топливно-сырьевых нужд придется отводить огромные территории.

Кроме того, целлюлоза представляет собой плотное волокнистое вещество, так что для преобразования поступающего на завод сырья в простые сахара, из которых в дальнейшем будет получен этанол, необходим сложный процесс ферментирования, требующий больших количеств энергии и масштабных капиталовложений. Одна из статей в прошлогоднем журнале Bioresourse Technology приходит к выводу — этанол на базе целлюлозы не сможет конкурировать с бензином, если не удерживать цены на нефть выше порога в $90 за баррель.

Ветер изменчив. Именно из-за непредсказуемости погоды ветряки обычно выдают 0,2 той энергии, которую они выдавали бы, работая без выходных круглосуточно. Сознавая этот факт, энергетики разрабатывают стратегические решения, которые позволили бы относиться к энергии ветра как к надежному и стабильному источнику.

Один из проектов — организовать в единую сеть ветровые станции, расположенные в разных местах. Взяв на вооружение экспериментальные данные и математические модели, службы электроснабжения могли бы перебрасывать избыточную энергию, произведенную в одних районах, туда, где в данный момент наблюдается ее дефицит.

Такую стратегию поддерживает и наука. Недавнее исследование Стэнфордского университета показало, что при объединении достаточно большого количества ветряных электростанций в единую сеть примерно треть производимой энергии можно считать гарантированной в круглосуточном режиме. Остальная часть энергии тоже может пойти в дело — к примеру, на зарядку батарей для электромобилей или производство водородного топлива.

Разумеется, даже самая хитроумная конфигурация сетей не сможет решить всех проблем. По оптимистическим прогнозам к 2030 году энергия ветра могла бы обеспечить примерно 30% электропотребления в масштабе всей планеты.

Водоросли растут в прудах и руслах рек. Они вырастут даже в вашей раковине, если вы не будете ее чистить. Водоросли вездесущи, так что шустрым молодым компаниям, таким как Solix или Aurora Biofuels, легко убедить публику, что эти крошечные зеленые организмы способны обеспечить энергией земной транспорт за сущие копейки.

Однако за первенство на рынке биотоплива водорослям еще бороться и бороться. Для выработки биодизеля лучше подходят специализированные «масличные» растения, но они не согласятся прозябать в любых условиях. Исследуя водоросли, способные послужить сырьем для биотоплива, их обычно выращивают в открытых прудах, но, если этот процесс растягивается на десятилетия, вода зачастую заражается каким-нибудь дикорастущим видом местных водорослей, которые легко берут верх в конкурентной борьбе над нежными, специально выведенными «топливными» видами. Если перейти к закрытым биореакторам, мы столкнемся с новым букетом проблем. «Даже относительно дешевый биореактор радикально повышает общие капиталовложения», — говорит биохимик-технолог Джон Шихан. Он еще недавно работал над проектом, связанным с «топливными водорослями», в Национальной лаборатории возобновляемых источников энергии, но сейчас работы в этом направлении приостановлены. Кроме того, когда растут размеры биореактора, отношение площади к объему обычно падает, водорослям труднее становится получить достаточное количество солнечной энергии, и дело доходит до того, что производство топлива таким способом становится нерентабельным. Возможно, идея топлива из водорослей когда-нибудь приведет к положительным результатам, но до этого ее ждет множество испытаний, техническая доводка и формирование дорогостоящей инфраструктуры, чтобы добираться до тех глухих углов, где эти водоросли будут выращивать.

Уровень моря поднимается и опускается, каждые сутки прилив неизменно подступает и так же неизменно уходит назад. Трудно вообразить более предсказуемый источник энергии. И тем не менее, когда в США реализовали демонстрационный проект приливной электростанции (системы турбин на дне реки Ист-Ривер в Нью-Йорке), он получил признание отнюдь не сразу. Два первых варианта конструкции вышли из строя после семи лет эксплуатации. Лопасти и ступицы не выдержали постоянного напора воды.

Однако приливная электростанция Ранс во Франции имеет установочную мощность в 240 МВт и непрерывно эксплуатируется уже более 40 лет. Ее осевые турбины способны работать независимо от того, в какую сторону направлено течение. А структура из нескольких турбин компании Verdant Power при испытаниях 2008 года после нескольких неудачных запусков проработала более 9000 часов, выработав 70 МВт•ч энергии. Нынешним летом молодая компания Natural Currents Energy Services предполагает в ходе реализации двух проектов установить несколько частных турбин, которые будут питать энергией марины на побережье Нью-Джерси.

Словосочетание «чистый уголь» появилось в жаргоне энергетиков и политиков недавно. Все должны поверить, что уголь не просто базовый, дешевый и надежный источник энергии, но его можно сделать еще и экологически безопасным. Минэнергетики США намерено потратить более $3 млрд на строительство установок, улавливающих возникающий при сгорании угля углекислый газ и закачивающих его в подземные хранилища. Предполагается, что таким образом воздух будет защищен от загрязнений. Однако, увы, мечты о чистой и дешевой энергии из угля — удел безответственных романтиков. По данным Национальной лаборатории энергетических технологий, при выделении из выбросов угольных электростанций двуокиси углерода и закачивании ее в подземные хранилища себестоимость электроэнергии повышается на 30−100%. Кроме того, угольные станции, на которых будет введена секвестрация углекислого газа, для выработки того же количества электроэнергии израсходуют на четверть больше угля, чем их немодернизированные конкуренты. Рост потребления угля — это все больше разрушительных для природы горных разработок, больше выбросов углекислого газа от транспортной техники и, наконец, больше угольной золы — ядовитого побочного продукта сжигания угля. Впрочем, из угля в США получают добрую половину всей электроэнергии, так что разрабатывать более чистые технологии для будущего поколения все равно придется. Просто чудес здесь не ожидается.

После того как в 2006 году швейцарский город Базель подвергся серии землетрясений, в обществе начали распространяться пугающие слухи о причинах этих событий. Более того, научный анализ подтвердил, что геотермальные системы, подобные базельской, действительно способны спровоцировать землетрясения, — и в результате был закрыт аналогичный проект, который собирались реализовать в Калифорнии.

Однако нельзя игнорировать достоинства глубинной геотермальной энергетики. Поскольку для реализации таких проектов необходимо добираться до горячих сухих пластов, залегающих на глубинах в несколько километров, буровые можно ставить почти в любом месте. Недавно проведенный в MIT анализ показал, что глубинная геотермальная энергетика способна дать 200 000 экзаджоулей (экза означает 1018) тепловой энергии, что в 2000 раз перекрывает потребности такой страны, как США. По мнению специалистов, вероятность, что эксплуатация геотермальных источников способна когда-либо привести к землетрясениям, подобным чилийскому, ничтожно мала. Даже самый сильный толчок при землетрясении в Базеле достиг всего лишь 3,4 балла по шкале Рихтера и почти не вызвал разрушений. Если ставить геотермальные электростанции подальше от крупных городов, связанная с ними сейсмическая опасность не будет угрожать населению. «Пришло ли время хоронить это направление в энергетике? — задается вопросом исследователь Доменико Джиардини, занимавшийся происшествием в Базеле. — Разумеется, нет!»