Апокалиптический сценарий: когда мир может лишиться электричества

Миру необходима энергетическая революция. Доказательства тому – заканчивающиеся запасы нефти и газа и зависимость зеленой энергетики от капризов погоды. Ученые не перестают искать альтернативные источники энергии, которые будут возобновляемыми, доступными и эффективными.

Как обычная вода может поспособствовать энергетическому прорыву? Сможет ли сжигание мусора обеспечить свет и тепло в наших домах? И может ли человек сам стать "батарейкой"? Все подробности рассказывает программа "Наука и техника" с Михаилом Борзенковым на РЕН ТВ.

Когда мир может лишиться электричества

Куба погрузилась во тьму. Остров накрыли хаос и паника. Минувшей осенью основная ТЭЦ страны вышла из строя, а следом рухнула вся энергосистема.

Закрылись предприятия, магазины и кафе. На заправках скопились очереди. Начались перебои со связью. Специалистам удалось восстановить подачу электроэнергии только через неделю. Но это еще цветочки, говорят ученые. Блэкаут национального масштаба может перерасти в глобальный коллапс, когда все города мира останутся без света.

Не спасет и зеленая энергетика. Калифорния – лидер США по зеленой энергетике. Там практически полностью отказались от углеводородов в пользу солнечной энергии. И этот штат регулярно страдает от веерных отключений. Сети не справляются с нагрузками в условиях жаркой погоды.

Выходят из строя и ветряки. В Техасе они занимают четверть рынка и подводят население уже в зимний период – не выдерживают морозов. В итоге без света и тепла сидят миллионы американцев.

"В США уже не раз вводили режим ЧС из-за угрозы тотальных блэкаутов. Вернувшись в Белый дом, президент Дональд Трамп собирается вовсе отказаться от ветроферм. Ветроэнергетика, по мнению главы государства, чересчур дорогая и ненадежная", – рассказал директор Энергетического института Техасского университета в Остине Брайан А. Коргел.

Миру давно необходима энергетическая революция. Но готова ли к ней наука?

Заряд от воды, обуви и плитки: новые разработки для получения энергии

Швейцарские ученые научились добывать энергию из воды и даже пота

Начало энергетическому прорыву может положить вода. Невероятно, но получать энергию мы скоро будем от испарения любой жидкости.

На такой, например, работают паровые генераторы. Но ученые Федеральной политехнической школы Лозанны в Швейцарии открыли новый метод и добыли энергию из морской воды, дождевой и даже из пота.

"Мы создали устройство из крошечных наностержней кремния. Внутри них есть каналы. Когда жидкость испаряется, она проходит через эти каналы. На поверхности в этот момент возникает электрический заряд – он заставляет ионы двигаться и создает электрический ток. Необходимо лишь расширять каналы по мере увеличения концентрации соли в воде, и система будет вырабатывать энергию. Тем самым процесс будет идти как на пресной воде, так и на морской", – объяснила президент Федеральной политехнической школы Лозанны Анна Фонткуберта-и-Моррал.

Такая энергия испарения может питать как смартфоны и датчики, так и использоваться в крупных энергосистемах.

Придуманная российскими учеными одежда позволит человеку стать "живой батарейкой"

А что если в будущем человек сможет получать энергию еще более удивительным способом и сам станет маленькой электростанцией?

Настоящую энергетическую революцию совершили юные российские ученые. Они создали прототип одежды с климат-контролем и зарядкой. Умная кофта и брюки выглядят как обычные, но с изнаночной стороны расположены элементы Пельтье. Они используют разницу температур между телом человека и окружающей средой.

В отличие от аналогов подобной умной одежды, российским инженерам удалось добиться, чтобы система работала в обе стороны: охлаждала в жару и согревала в холод.

"Мы расположили элементы Пельтье выборочно на некоторых участках тела. Это сделано для большей оптимизации. Мы расположили их в местах наибольшего скопления сосудов, артерий, чтобы потом эти места распределили уже охлажденную или нагретую кровь по остальному телу", – рассказал создатель умной одежды Тимур Шакиров.

В будущем разработчики планируют уменьшить элементы Пельтье и встроить их в саму ткань. Сейчас на кофте есть экран, который показывает температуру тела и позволяет регулировать индивидуальный микроклимат. Управлять им в перспективе можно будет со смартфона, который будет заряжаться от шагов.

Благодаря обуви со специальной стелькой шаги будут преобразовываться в электроэнергию

По словам российских ученых, обувь способна производить энергию. Все благодаря так называемым трибоэлектрическим генераторам. Эти устройства, которые вырабатывают ток за счет трения, встроят в стельки.

Принцип работы выглядит так:

при ходьбе стопа и элементы в подкладке начнут соприкасаться;от движения пойдет образование механической энергии, которую превратят в электрическую специальные преобразователи – пьезоэлементы.

"Данная стелька способна вырабатывать до 5 вольт и несколько сотых ампера за каждый шаг. То есть мы делаем шаг, и у нас импульс электроэнергии. Потом это идет на преобразователь и уже в наш пауэрбанк, к примеру. Или сразу на телефон", – добавил Шакиров.

Самарские инженеры создали устойчивую к температурам плитку для освещения улиц

Скоро шагами можно будет не только заряжать гаджеты, но и освещать улицы. Для этого в Самарском политехе разработали умную тротуарную плитку.

В основе плитки все тот же элемент Пельтье, который преобразует разницу температур в электричество. Подобные технологии давно используют за границей. В России их развитие сдерживал суровый климат.

Получился своеобразный "бутерброд":

верхняя часть тротуарного покрытия нагревается от шагов людей;нижняя остается холодной.

"Когда человек на нее наступает, механическая энергия вырабатывается в тепловую за счет того, что в нашей плитке есть вязкая жидкость. Дальше эта тепловая энергия за счет перепада температур переходит в электрическую , потому что снизу у нас находится холодный пол", – пояснил аспирант кафедры "Машины и оборудование нефтегазовых и химических производств" СамГТУ Кирилл Парфенов.

Инновационная плитка может не только генерировать заряд, но и накапливать его

Получается, что уложить такую плитку можно хоть в Краснодаре, хоть в Норильске. Кроме того, работать инновационное покрытие будет в любое время суток – даже ночью, когда улицы опустеют.

"Наша плитка будет накапливать энергию. То есть за счет того, что в ней будут стоять ионисторы. Это такие суперконденсаторы, которые могут хранить большой объем энергии", – добавил аспирант.

Как сожженный мусор может обеспечить дома светом и теплом

Вот что действительно может изменить мир энергетики – так это мусор. Тонны пластика, бумаги, пищевых отходов – все это мы отправляем на свалку. А теперь представьте город, где каждый килограмм этого хлама становится киловаттом энергии.

В миллионе шведских домов есть отопление и электричество благодаря сжигаемым отходам

Швеция перерабатывает около 99% своих отходов. Из них почти половину сжигают на специальных заводах, где тепло превращают в пар. Он вращает турбины, которые вырабатывают электричество.

В итоге благодаря мусору в миллионе домов шведов есть отопление и свет.

В России тоже осваивают технологию работы электростанций на сжигаемом мусоре

Теперь это возможно и в России. Первая такая электростанция, работающая на отходах, появилась в подмосковном Воскресенске.

Главный инженер завода энергоутилизации бытовых отходов "АГК-1" Юрий Фанин показал устройство такого предприятия изнутри.

"Здесь перед вами порядка 10 тысяч тонн отходов, которые мы видим в бункере", – сказал главный инженер завода энергоутилизации бытовых отходов "АГК-1" Юрий Фанин, стоя на полигоне.

Это революционный проект для энергетики и экологии страны.

Энергии будет достаточно, чтобы обеспечить электричеством целые поселки.

"За мной энергетический котел, в котором происходит сжигание твердых коммунальных отходов. За дверью находится колосниковая решетка. Мы подаем горячий воздух вниз колосниковой решетки, и происходит сжигание мусора. Температура пламени при сжигании мусора порядка 1260 градусов. Эта температура необходима для выполнения функции очищения от вредных примесей", – уточнил Фанин.

Сейчас строят еще четыре таких завода в Московской области и один в Татарстане.

Кто знает, возможно, скоро мир забудет о мусорных полигонах, а взамен обеспечит себя бесперебойным светом и теплом.

Российский инженер Кияница предложил альтернативу громоздким пауэрбанкам

Мир ждет революция не только в получении энергии, но и в способах ее хранения. Пауэрбанки используют давно. Например, их устанавливают на промышленных предприятиях для бесперебойной работы. Но обычно это довольно громоздкие агрегаты. Российский инженер-электротехник Александр Кияница предлагает заменить их на компактный гаджет.

"Это основной узел. Так называемый преобразователь – модуль мощности. Он выполняет функцию преобразования постоянного тока в аккумуляторах в переменный ток в наших розетках", – объяснил генеральный директор компании – производителя домашних накопителей электроэнергии Александр Кияница.

Работает накопитель так:

энергия поступает от сети, заряжая модульные аккумуляторы;далее умный контроллер оптимизирует расход и при пиковых нагрузках мгновенно подключает резерв. Следить за процессом можно через приложение на смартфоне;если окажется, что система накопила слишком много энергии, излишки можно продать соседу.​

"Наша система устроена по принципу "все в одном". Классические системы, системы бесперебойного питания, включают в себя множество компонентов: преобразователь, аккумулятор, система автоматики переключения, система управления, система балансировки аккумуляторов. Наша система включает в себя все эти компоненты в одном очень компактном устройстве. Это позволяет просто интегрировать систему – буквально одним проводом подключиться к энергосистеме и дому", – рассказал Кияница.

Компактный накопитель сможет питать дом энергией от нескольких часов до нескольких суток

При желании дом можно и вовсе сделать автономным. Достаточно установить на крыше солнечные панели. Днем накопитель будет собирать энергию, а вечером – отдавать.

"Мы используем емкие, современные и самые популярные литиевые технологии – литий-ион. Он позволяет в очень компактном режиме накапливать большое количество электроэнергии. В одном нашем устройстве до 12 кВт/ч. Этого хватает, чтобы снабдить дом до 1,5 тысячи метров", – добавил инженер.

Есть накопители мощнее – они позволят питать дом несколько суток. Но такой гаджет все-таки больше вариант для дачи или загородного дома. Емкости батарей пока недостаточно, чтобы накопить энергию для многоэтажек. Тут понадобится сила гравитации.

Небоскребы-батарейки смогут напитать себя сами при помощи гравитации

В ближайшем будущем в мегаполисах появятся небоскребы-аккумуляторы. Американское архитектурное бюро, которое возвело башню Бурдж-Халифа в Дубае, объединилось со швейцарскими разработчиками. Они предлагают строить дома высотой от 300 метров до километра со специальной полой конструкцией внутри. И размещать в ней некий "гравитационный накопитель энергии".

"Идея заключается в том, чтобы использовать избыточную энергию от солнечных панелей, ветряков или привычной электросети. Например, в ветреный или очень солнечный день электромотор, установленный в здании, будет использовать излишек энергии, чтобы поднимать груз – бетонные блоки – на высоту. А при полном штиле или когда солнце закроют тучи, груз, опускаясь под собственным весом, сможет раскручивать генератор и вырабатывать энергию. В отличие от обычных накопителей, которые хранят ее в химических веществах, здесь используется сила гравитации. Это безопасно, экологично и долговечно", – пояснил генеральный директор компании – проектировщика энергоэффективных небоскребов Роберт Пикони.

Возможно, через каких-то пару десятков лет высотки-батарейки станут для нас такими же обыденными, как пауэрбанки для смартфонов. И жизнь в мегаполисе будет поддерживать гравитация как вечный и бесплатный накопитель киловаттов и бытовой мусор – как бесперебойный источник электроэнергии.