Топливо будущего: альтернатива

Роберт Стэмпл

Ископаемые виды топлива постигнет участь динозавров

35 лет я потратил на разработку нетрадиционных средств передвижения. Последние десять из них я посвятил тому, чтобы у моих детей и их внуков возможности выбора были еще больше. Очень важен непредвзятый подход к технологиям. Сегодня на Земле живет более 6 миллиардов людей и только около 12% имеют автомашины. Задумаемся, что произойдет, если даже малая часть из оставшихся 88% населения сядет за руль своего автомобиля. Очевидно, что энергетические потребности будущего не могут быть удовлетворены только за счет природных видов топлива. Так же понятно, что сколь бы экологически чистыми ни были выпускаемые сегодня автомобили, родная планета не вынесет еще 400-500 миллионов транспортных средств, сжигающих природное топливо.

Нам нужны альтернативные, экологически чистые источники энергии, и нужны они уже сегодня. Наша компания, Energy Conversion Devices (ECD), вместе с другими фирмами, занимающимися разработками в области альтернативных источников энергии, упорно работает над тем, чтобы эти технологии вошли в жизнь. И надо сказать, прогресс в этом направлении впечатляет. Годами обсуждались перспективы новых источников энергии, таких как водородное топливо, солнечные батареи и долговечные аккумуляторы, и это казалось фантастикой из далекого будущего. Но сегодня эти технологии не только доказали свою состоятельность – они уже начинают внедряться в жизнь.

Эпоха водородной экономики уже наступила

Хочу поделиться с вами своими представлениями о будущем энергетики – не только энергии для транспорта, но и для домов, для портативной электроники, то есть почти всех тех видов энергии, с которыми мы сталкиваемся в повседневной жизни. Меня часто спрашивают о так называемой водородной экономике. Когда она наступит? На что это будет похоже? Эпоха водородной экономики уже наступила, и вы сталкиваетесь с этим ежедневно. Никель-металлогидридные (NiMH) аккумуляторы (кстати, впервые созданные EDC) сегодня используются в миллиардах изделий. Вы найдете их в десятках миллионов портативных компьютеров и мобильных телефонов, в бесчисленном множестве других электронных устройств. Было бы удивительным, если у кого-нибудь из читателей этого журнала не оказалось бы дома ни одного устройства, использующего NiMH-аккумуляторы. Гидриды в них используются, как можно догадаться, для хранения водорода. Эти аккумуляторы имеют вдвое большие емкость и срок эксплуатации по сравнению с их кислотно-свинцовыми предшественниками, их не надо обслуживать, и они намного безопаснее для окружающей среды. Помните, как приходилось давать полный разряд никель-кадмиевым аккумуляторам в вашем портативном компьютере или мобильном телефоне, чтобы восстановить их емкость? Тем не менее, эта емкость была вдвое меньше, чем у NiMH. Все изменилось благодаря никель-металлогидридным технологиям. Так что эпоха водородной экономики уже началась и применение водорода в качестве важного источника энергии растет почти экспоненциально.

Топливо будущего

Практически все основные автомобилестроительные фирмы занимаются разработкой автомобилей с гибридными двигателями, и вы наверняка уже слышали о них. Они сочетают в себе небольшой двигатель внутреннего сгорания (ДВС) и электропривод с аккумуляторными батареями. Энергия от двигателя и от тормозной системы автомобиля используется для зарядки аккумуляторов, питающих электропривод.

Типичные гибридные двигатели позволяют на 20-30% эффективнее использовать топливо по сравнению с традиционными ДВС и выбрасывают в атмосферу значительно меньше вредных веществ. Это огромное достижение, если учесть, сколько миллионов долларов ежегодно тратится на едва заметное повышение экономичности автомобилей за счет улучшения аэродинамики кузовов и отдельных агрегатов.

Но это только начало. Скоро появится возможность использования водорода в качестве топлива для ДВС в составе этих гибридных двигателей, а к концу десятилетия вы, возможно, сможете купить автомобиль на так называемых топливных элементах, в котором вообще нет ДВС. В качестве источника энергии в нем будет использоваться водород, который дешев, безопасен и исключительно экологичен: единственным выбросом в атмосферу будет водяной пар, а выхлопная труба автомобиля превратится в водосточную.

Водород – самый распространенный на Земле химический элемент: он содержится в воде, в нефти, в природном газе. Но мы знаем также, что водород в газообразном состоянии крайне летуч, и годами это было самым большим барьером на пути водородной экономики.

Однажды кто-то рассказал мне об ученом Стэнфорде Овшински, который разработал способ хранения водорода в твердом виде при комнатной температуре (вообще говоря, при любой), превратив тем самым путь в будущее из петляющей тропинки в скоростное шоссе. Сейчас Стэн является президентом и исполнительным директором ECD. Недавно журнал Time назвал его «героем планеты». Его научные взгляды послужили одной из причин, по которой я пришел в ECD.

Заправка вашего автомобиля твердотельным водородом будет быстрой и простой и отнимет столько же времени, как и заправка бензином сегодня. Наши эксперименты показали, что можно разбить емкость с водородом, уронить ее, проткнуть, бросить в огонь и даже взять в руки гидридный компаунд, находящийся внутри, – и все это без вреда для человека и окружающей среды.

Не только для автомобилей

Одна из основных областей применения топливных элементов – портативные энергогенераторы. Они будут использоваться на стройплощадках. В качестве основного источника энергии их можно применять в удаленных зданиях и сооружениях, не подключенных к энергосетям. Они подойдут в качестве запасного источника электроснабжения в домах, офисах и больницах для обеспечения непрерывного электропитания во время аварий на электросетях. Они будут полезны в местностях, где постоянные отключения электричества или падения напряжения являются обычным делом.

В масштабах всей планеты применение топливных элементов еще более важно, чем на территории США. Сегодня в Штатах подавляющее большинство жилых домов и офисных зданий подключено к централизованным сетям энергоснабжения, в то время как в развивающихся странах число таких подключений весьма незначительно. Я не одинок в прогнозе: эти страны вообще минуют стадию развития проводных электросетей и сразу перейдут к использованию топливных элементов и других энергопроизводящих технологий. Это более эффективное, быстрое и дешевое решение по сравнению со строительством тысяч километров линий электропередач через труднопроходимую местность.

Наконец, я ожидаю появления топливных элементов там, где сегодня используются аккумуляторы. Топливный элемент может оказаться в вашем мобильном телефоне в самом недалеком будущем – все теоретические и практические основания для этого уже есть.

Солнечный урожай

В начале статьи я упоминал и другие новые технологии получения энергии. Фотоэлектрические системы (или солнечные батареи) – это еще одна «технология будущего», применяющаяся уже сегодня.

Многие города используют солнечные батареи в качестве основного или резервного источника электроэнергии для жилых домов и офисных зданий. Если вы недавно были на море, то могли заметить, что в навигационных буях также применяют энергию солнечных батарей. Уже давно они «взяты на вооружение» военными: во время операции «Буря в пустыне» полевые радиостанции были оснащены облегченными солнечными батареями ECD.

Как и у топливных элементов, масштабы использования солнечных батарей чрезвычайно возросли. Недавно компания ECD, в сотрудничестве с Texaco, предложила проект энергоснабжения нефтедобывающего оборудования на нефтяном месторождении площадью двести гектаров в Бейкерсфилде (Калифорния). Ранее для добычи трех баррелей нефти один сжигали в парогенераторе. Использование солнечной энергии не только приведет к снижению расхода невосполнимых ресурсов, но и уменьшит вредные выбросы и шум.

Гигантские шаги прогресса

Сорок пять лет назад люди могли только мечтать об автомобилях без выхлопа и о домах и целых городах, полностью обеспечивающих себя энергией от Солнца. Было бы забавно полистать подшивку Popular Mechanics и перечитать различные предсказания того, когда и как общество достигнет этих чудес.

Сегодня мечты сбываются. Проблемы, возникшие изза применения технологий, технологиями же и решаются. Дымящие трубы больше не олицетворяют пустую трату энергии. Выхлопные газы автомобилей не будут отравлять окружающую среду. И всего этого наше общество достигло, шагнув в будущее, а не отступив в прошлое.