- Какой энергетический ресурс является основным на планете?
До XIX века основным энергетическим ресурсом на планете была древесина. Со времен промышленной революции и изобретения паровой машины главным энергоносителем в мире стал каменный уголь.
Однако сегодня нефть остается доминирующим энергоносителем во всем мире, притом спрос на нее растет. А вот уголь расположился на втором месте. В 2023 году был установлен очередной рекорд его потребления (8,5 миллиарда тонн), который еще года три назад многими экспертами считался невозможным. Пик потребления этого сырья прогнозируется на 2026 год.
Третий главный энергоноситель планеты – природный газ. У него своя гонка – с углем за второе место.
Следующую ступень заняла гидроэнергетика. Ветер, солнце, биомасса, тепло земли и другие виды возобновляемой энергии (без учета гидроэнергии) составляют небольшой процент от общего объема производства электроэнергии. Все они вместе взятые вносят меньший вклад в производство первичной энергии, чем любой из первой тройки по отдельности. К примеру, вклад возобновляемых источников втрое меньше, а самой экологически чисто атомной энергетики – в шесть раз меньше, чем у природного газа. Следом идут ветряные электростанции и ГЭС.
К сожалению, в последнее время качество запасов ископаемого топлива снижается (усложняются условия его разработки, уменьшается средний размер месторождений), эффективность возобновляемых источников практически не растет, а атомной энергетике прогнозируют большие перспективы.
К тому же с каждым годом все больше приходится ломать голову над источниками для получения энергии: уголь стал источником первой промышленной революции, но при этом нагрел планету; ветер свободен и чист, но ненадежен; а ядерное деление отлично генерирует электроэнергию без выбросов, но создает радиоактивные отходы.
И все-таки, в ближайшем будущем в списке главных с коммерческой точки зрения энергоресурсов, по-прежнему будут значится природный газ, нефть, уголь, а также энергия воды и атомная энергия. Данные энергоресурсы составляют большую часть всех производимых и потребляемых ресурсов. Остальные же, такие, как торф, дрова, энергия ветра и солнца, имеют довольно скромные показатели.
- Молния! Может ли стать это природное явление источником электроэнергии? И почему человечество до сих пор ее не приручило?
По приблизительным подсчетам, в среднем каждая молния несёт в себе энергию 277 кВт*ч. Семья из 3 человек потребляет около 300 кВт*ч в месяц. С учётом того, что на планете происходит около 4 миллионов ударов молний ежедневно, можно обеспечить бесплатной энергией более 100 миллионов квартир или частных домов, только для этого нужно «поймать» все молнии сразу! [1]
Казалось бы, не так и велики затраты - только на покупку подобной установки. По некоторым подсчетам, тепла, которое суммарно выделяется при ударе молний за весь день, может хватить на то, чтобы обеспечить электричеством десятки и сотни миллионов домов. И это экологично, а главное, бесплатно! Так почему же над каждым домом до сих пор не стоят «молниеуловители»? Где покупать эту дешевую экологичную энергию, куда вставать за ней в очередь?
Конечно же, давно у ученых появилась мысль о том, как же «заставить» молнию отдавать электричество на пользу людям. Американский ученый Франклин изучал природу молнии, поднимая в тучу шар с приборами. Ломоносов тоже в свое время занимался этим, но в лаборатории. При одном из опытов молнией был убит его научный ассистент.
Молнии есть не только на Земле, но и на других планетах Солнечной системы: Венере, Юпитере, Сатурне, Уране и на некоторых спутниках планет. Например, самые грандиозные по масштабам и напряжению молнии зафиксированы на Юпитере. [2]
Есть такое научное понятие, как грозовая энергетика – способ получения энергии путём поимки и перенаправления энергии молний в электросеть. Данный вид энергетики предполагает использовать возобновляемый источник энергии и относится к альтернативным.
Но все же есть ряд проблем, не позволяющих человеку приручить энергию молний!
Первая проблема – нет работающей установки! Существуют проекты по улавливанию молний и их использованию, но пока не существует аккумуляторов, способных за мгновение вместить в себя такое количество энергии.
Первые инженерные решения были предложены в 2006 году - компания Alternative Energy Holdings 11 октября 2006 года объявила об успешном развитии прототипа модели, которая может продемонстрировать возможности «захвата» молнии для дальнейшего её превращения в электроэнергию. В прогнозах компании такая установка должна была окупаться в течение 4-7 лет, а молниевые фермы планировали производить и продавать электроэнергию по цене всего 0,005 долл. за киловатт-час, что значительно дешевле производства энергии с помощью современных источников. Эта компания действительно создала прототип приспособления, которое смогло бы улавливать молнии и конвертировать их энергию в электрическую, но финальные опыты не оказались убедительными, и данный проект закрылся. [3]
Вторая проблема – энергию таких размеров нужно где-то хранить, а человечество еще не располагает такими технологиями. Всё, что у нас есть – это литий-ионные аккумуляторы, самые надежные на данный момент. Они попросту не выдержат напряжения молний!
Разработки в этой сфере могут затянуться на десятки лет, тем более производителям невыгодно создавать батареи с возможностью не разряжаться долгое время...
В-третьих, молния бьет в случайное место, а значит, почти невозможно предугадать, куда она ударит. А ведь нужно предугадывать 44 удара молний в секунду. Из этого вытекает, что нам затруднительно установить оборудование таким образом, чтобы оно могло регулярно ловить молнии.
Установка Теслы, которая была способна создавать молнии длиной до 40 метров. Сегодня это устройство носит название «катушки Теслы».
Знаменитый физик Никола Тесла также грезил идеями о ловле и приручении молний, о бесплатной энергии всему человечеству. Однако создал ли он установку, неизвестно: учёный уничтожил большинство своих наработок.
В том же 2006 году специалисты, работающие со спутником NASA «Миссия измерения тропических штормов», опубликовали данные по количеству гроз в разных регионах планеты. По данным исследования стало известно, что существуют районы, где происходит до 70 ударов молний в год на квадратный километр площади. [4]
Ещё одна проблема грозовой энергетики состоит в том, что разряд молнии длится доли секунд и, как следствие, его энергию нужно запасать очень быстро. Для этого потребуются мощные и дорогостоящие конденсаторы. Как же мы сможем аккумулировать колоссальную грозовую энергию, если не обладаем надежными батареями, способными эту мощь вместить и удержать, а потом еще и отдавать постепенно, небольшими порциями, которые и требуются нашим домам?
Молнии являются не очень надёжным источником энергии, так как заранее нельзя предугадать, где и когда случится гроза. Даже если человек и сможет всегда находиться в эпицентре грозы с необходимым прибором улавливания, то какой кабель сможет передать эту энергию? Да любые имеющиеся могут сгореть от перенапряжения!
К тому же молния является сложным электрическим процессом и делится на несколько разновидностей: отрицательные – накапливающиеся в нижней части облака и положительные – собирающиеся в верхней части облака. По своей природе молнии бывают: внутриоблачные (разряд происходит между тучами), атмосферные (разряд из тучи не вниз, а вверх, в более высокие слои атмосферы), наземные – самые частые (заряд из тучи уходит в недра Земли). И мощности молний тоже бывают разными – от миллиона вольт до миллиарда! Это тоже надо учитывать при создании молниевой фермы.
Идея использования молний в нуждах человечества продолжает пока представлять собой очень сложную проблему. Прежде всего, из-за того, что не совсем ясно, как «поймать» молнию и сохранить ее энергию с последующей передачей небольшими порциями в энергетическую общую сеть города или предприятий.
Дальше всех стран в этом продвинулись в США и Китае. Уже существует технология, с помощью которой можно «сгущать» облака, превращая их в грозовые. Для этого внутри облаков просто распыляется металлизированная пыль, на которую начинают «садиться» капли, увеличиваясь в размерах. Технология активно используется в США для того, чтобы в засуху вызвать дождь. На какой стадии сейчас находятся научные разработки в США и Китае – точно неизвестно. Но то, что они продолжаются – факт. В частности, Мексика предъявила США судебный иск на то, что американцы, мол, воруют мексиканский дождь, «притягивая» каким-то образом облака к своей территории. К иску приложены данные о количестве осадков в Мексике и США за весь период наблюдения синоптиками. Спорно, конечно. Но в чем-то, вероятно, мексиканцы и правы. [5]
В России эта технология применялась для рассеивания туч, если требовалась солнечная погода (при проведении парадов в Москве).
Получается, что, применяя описанную выше технологию, можно «создавать» грозовые тучи по заказу над тем местом, где находится электростанция, работающая на молниях. Вместо металлического (высокого и толстого) стержня приемником молнии будет лазерный луч. Тут большой плюс в том, что его можно регулировать и направлять под любым углом, привлекая молнию.
Возможно, в будущем мы всё-таки научимся добывать небесную энергию из гроз и молний. Но пока до этого далеко! Сегодня можно резюмировать, что пока еще человечество не готово к тому, чтобы рационально добывать грозовую энергию и эффективно применять ее на практике. Более того, ловить молнии становится бессмысленно, когда мы можем применять энергию Солнца или ветра. Такими явлениями, как молния и гроза лучше любоваться из безопасного места, а не пытаться их приручить.