Екологія

Що таке альтернативна енергетика?
Які існують джерела для неї? Чи можу я їх використовувати?

Альтернативна енергія — це як?

Альтернативною називають усю енергію, яка не надходить від традиційних джерел: нафти, газу або вугілля. Також вона відома як відновлювальна, або «зелена», оскільки її отримують з поновлюваних ресурсів. Ці ресурси або існують постійно, або періодично з’являються у природі, наприклад, енергія сонця, вітру або води. Альтернативна енергетика не має шкідливих відходів і не руйнує екосистему.

Чому традиційним джерелам енергії шукають заміну?

Наразі невідомо, коли людство вичерпає останні родовища нафти та газу, але у 2018-му нафтогігант British Petroleum оголосив, що світових запасів нафти вистачить до 2070-го року. 

Також традиційна енергетика завдає значної шкоди навколишньому середовищу. 

Теплоелектростанції викидають у повітря вуглець, діоксиди сірки та азоту, які викликають парниковий ефект. Також ТЕЦ виділяють ртуть та дрібні частинки золи, що забруднюють воду і ґрунт навколо станції. 

Атомні електростанції несуть величезні ризики при експлуатації та перевезенні легкозаймистих урану та плутону. Також вони потребують багато води для того, щоб відділити необхідний для генерації енергії уран від руди, у якій він знаходиться. Після переробки уранової руди залишається багато отруйних відходів, що потрапляють у штучні озера або низини біля станцій. Радіоактивні тритій, вуглець, стронцій, цезій, плутоній, ксенон і аргон виводяться разом з відпрацьованим повітрям і водою. Вони можуть проникати у ґрунт, накопичуватися роками, а потім потрапляти в організм людини та викликати онкозахворювання.

Які бувають джерела альтернативної енергії?

Найпоширеніші альтернативні джерела енергії — це сонячне проміння, вітер, вода та біопаливо.

Сонячні електростанції використовують енергію світлового потоку та перетворюють її у електричну або теплову. Промені потрапляють на спеціальні панелі з фотоелементами, що збирають енергію. Далі вона направляється у сонячний інвертор, який конвертує енергію постійного струму у енергію змінного струму (електричну). На жаль, сонячні батареї працюють лише вдень та у сонячну погоду: якщо на вулиці хмарно, панелі не генерують енергію. 

Вітрові енергетичні установки перетворюють кінетичну енергію вітру в електричну, а кілька таких установок формують вітрову електростанцію. Вони займають мало місця, тому їхній вплив на поверхню є мінімальним. Як правило, такі установки розміщують на пагорбах, полях або біля моря. Вони не завдають незручностей фермерам, які можуть обробляти землю та випасати поблизу худобу, проте мають високий рівень шуму. Біля самої установки він складає близько 105 децибел. Це можна порівняти зі звуком потужної газонокосарки. Саме тому вітряні турбіни розміщують мінімум за 300 метрів від найближчого житла. 

Енергію води отримують за рахунок течій річок, океанічних або морських припливів. Для цього треба лише встановити генератор із турбіною. Турбіна перетворить кінетичну енергію води у механічну, а генератор — на електричну. Також у процесі тестування знаходиться ще один тип генератора — він буде працювати за рахунок енергії морських хвиль. Хоча гідроелектростанції не такі шкідливі, як ТЕС чи АЕС, вони можуть затоплювати території, виводити із господарського використання великі площі земель, змінювати природну течію річок. Втім, якщо будувати невеликі за розмірами гідроелектростанції, значного руйнування природного ландшафту можна буде уникнути. Тобто, такий вид енергетики буде актуальним для маленьких міст або поселень біля води.

Геотермальні станції використовують енергію, яка міститься у надрах землі. У вулканічних районах підземні води нагріваються вище 100 градусів за Цельсієм та піднімаються до поверхні під тискомі. Геотермальні станції пробурюють свердловини до підземних вод, пар від гарячої води підіймається у спеціальні резервуари з турбінами, які живлять генератори. У процесі пар охоподжується, конденсується та закачується назад під землю.

Тверде та рідке біопаливо роблять із відновлювальних органічних матеріалів: рослин, відходів тваринництва та промисловості. У якості твердого палива використовують відходи деревообробної сировини, а для рідкого потрібно переробити тваринний жир, гній, морські водорості або сільськогосподарські культури. Щоб виготовлення палива було дешевим, обирають найбільш поширені та невибагливі рослини, наприклад, цукрову тростину, рапс, сою, кукурудзу. Рослини поглинають сонячні промені, які потрібні їм для фотосинтезу. Сонячна енергія не використовується повністю і поступово накопичується у рослинах. Якщо залишити їх у темному і теплому місці, вони починають бродити, і поступово їхня маса починає за складом нагадувати метан (CH4).

Чи існують інші перспективні види альтернативної енергетики?

Джерела енергії також можна знайти у космосі, ядерних відходах і навіть бактеріях.

Космічна сонячна енергетика передбачає використання енергії Сонця. Для цього необхідно вивести на орбіту Землі або Місяця спеціальну енергетичну станцію і встановити на ній великі дзеркала, що відбиватимуть сонячні промені на спеціальні колектори. Далі зібрана енергія буде передаватися на Землю за допомогою мікрохвильових або лазерних пучків. Оскільки у космосі немає атмосфери, яка б розсіювала сонячні промені, збирати енергію можна цілодобово та з великим коефіцієнтом ефективності. 

Енергію сонячного вітру можна отримувати завдяки сонячному вітрилу та зарядженому дроту. Сонячний вітер складається з величезної кількості заряджених частинок, які наша зірка випромінює з великою швидкістю. Попередній аналіз Вашингтонського університету показав, що кількість згенерованої таким чином енергії, по суті, не обмежена і залежить лише від розміру сонячного вітрила. Наприклад, 300 метрів мідного дроту, приєднаного до двометрового приймача та 10-метрового вітрила, можуть виробляти електроенергію для 1000 приватних будинків. Використання сонячного вітру вже стало реальністю: у 2010-му році Японське агентство з аерокосмічної розвідки запустило проєкт IKAROS — міжпланетний кайт-корабель, який рухається завдяки сонячному вітру. 

При спалюванні водню виділяється багато енергії, а рідкий водень з 1950-х років використовують для запуску шатлів та ракет на орбіту Землі. Водневі паливні елементи перетворюють потенційну хімічну енергію водню в електричну, при цьому виділяється лише чиста вода і тепло. Зараз цей процес є дороговартісним і використовується переважно в промисловості, та в перспективі енергію водню можна буде застосовувати для забезпечення аварійної електрики у будинках, для автомобілів і кораблів.

Мікробні паливні елементи для генерування енергії використовують «дихання» бактерій, під час якого органічні речовини в цих організмах окислюються до більш простих. У процесі вивільнюється біоенергія, яку бактерії використовують для розмноження, росту та переробки речовин. Але ми можемо підключити дихаючі мікроби до стрижнів акумулятора і використати її в інших цілях. Зараз цей метод застосовують для живлення мікророботів.  

Бетавольтаїка — це енергія, яку можна отримати із ядерних відходів. Ядерний матеріал постійно розпадається і в процесі викидає радіоактивні частинки. Завдяки відходам частинок, утворених радіоактивними матеріалами, бетавольтаїчні пристрої можуть захоплювати електрони та отримувати електроенергію. Одна бетавольтаїчна батарея може забезпечити один ват енергії безперервно протягом 30 років.

Чи є ще більш екзотичні способи генерувати енергію?

Деякі великі міста збирають тепло, яке виділяють тіла пасажирів у метро. Його можна перетворити в електроенергію для місцевих будинків, квартир та підприємств. Наприклад, зараз на енергії тіла працюють 500 будинків у лондонському районі Іслінгтон, офіси паралельно лінії метро Стокгольма, один житловий квартал у Парижі та торгова мекка США — Mall of America в штаті Міннесота.

Енергію можна отримати навіть з використаних памперсів. Населення Японії швидко старіє, продажі памперсів для дорослих зростають, тому інноваційна система утилізації SFD Super Faiths Inc. вирішила їх збирати, стерилізувати і сушити у своїй запатентованій машині. Отриману біомасу вона використовує для спалення у відповідній печі. Одна піч може обслуговувати 317 кілограм підгузків на день, а цього вистачить для потреб кількох великих лікарень.

Скандинави отримали несподіване джерело енергії з контрабандного алкоголю. У 2014 році Державна митна служба Швеції конфіскувала 185 000 галонів такого вантажу. Алкоголь вирішили не виливати у каналізацію, і перетворили на біогаз для 1000 вантажівок, автобусів і навіть потягу.

Якщо альтернативна енергія така корисна, чому її так мало використовують?

Хоча основні об’єми енергетики (63% світових потреб) усе ще забезпечує викопне паливо, у 2017 році доля альтернативної енергетики у світі складала 25% від загального обсягу, а у 2018-му році зросла ще на 4%.

Світ не може одразу перейти на відновлювальну енергетику з кількох причин. По-перше, існуючі станції не можна швидко вивести з ладу, бо на традиційній енергетиці тримаються відносини між державами та компаніями. По-друге, традиційні станції забезпечують багато робочих місць. Наприклад, на найменшій в Україні Хмельницькій АЕС є лише два енергоблоки, але її обслуговує 5000 людей. По-третє, місця для установки станцій обмежені. Наприклад, робота вітрових станцій залежить від силу вітру, тому їх найкраще встановлювати у Карпатах та на узбережжі Чорного і Азовського морів. Енергію води можна використовувати лише біля водних ресурсів, а геотермальну — тільки у вулканічних зонах: на Камчатці, Філіппінах, Японських островах, поблизу Кордильєр та Анд.

Де в світі найбільше використовують альтернативну енергію?

Ісландія, що використовує гідро- та геотермальні станції, вже забезпечує 100% потреб в енергії завдяки альтернативним джерелам. Унікальний ландшафт дозволив цій країні стати найбільшим у світі генератором електроенергії на душу населення. Норвегія виробляє 98% енергії з поновлюваних джерел, серед яких левова частка належить гідростанціями. Кенія виробляє 93% «зеленої» енергії і планує довести цей показник до 100% до кінця 2020-го року. Тут присутній мікс із сонячної, вітрової та геотермальної енергетики.

Все більше грошей у будівництво нових станцій інвестує Китай, який зараз виробляє 25% альтернативної енергії на свої потреби. На території країни знаходиться найпотужніший вітровий парк світу «Ганьсу» та друга за потужністю сонячна станція «Longyangxia Dam Solar Park». Також до лідерів у сфері альтернативної енергії можна віднести Данію, яка покриває 47% своїх потреб за допомогою вітрових станцій, Уругвай, Швецію, Німеччину та США.