fbpx
экологически чистая энергия

Совершенная и экологически чистая энергия — может ли это быть?

Энергия — это основа всех процессов во Вселенной. И в ее абсолютно безжизненных уголках, и там, где зародилась жизнь. Как написал в своей книге «Удивительная палеонтология» Кирилл Еськов: «эволюция биосферы и составляющих ее экосистем идет в целом в сторону возникновения все более совершенных (то есть устойчивых и экономных) круговоротов вещества и энергии».

Гепард против электрочайника

гепард

Позвольте начать именно с этого глобального утверждения, которое относится ко всей жизни вообще и включает в себя все вопросы: и что такое собственно жизнь, как она возникла, почему скелетные организмы возникли именно тогда, когда они возникли, и почему исчезли динозавры… а также как и откуда брать энергию человечеству?

Потому что человек является самым активным потребителем энергии на земле. Гепард за одну пробежку тратит не более 1300 джоулей энергии, плюс еще столько же на поиски и выслеживание добычи. Итого — 2 600 джоулей. Для сравнения: наш электрический чайник только за одно кипячение сжигает 576 000 джоулей! А если к этому прибавить компьютер, лампочки, холодильник, микроволновку, фен, стиральную и посудомоечную машину, наконец, личный автомобиль? Получается, что за один день один человек потребляет столько же энергии, сколько все гепарды Земли за все время существования своего вида.

электрочайник

В распоряжении животных есть только биохимические процессы, которые они могут совершенствовать. Хемосинтез бактерий древнего безкислородного мира не давал столько энергии, как фотосинтез. Фотосинтез, в свою очередь, бывает трех типов и трех разных степеней эффективности. Ящерица энергетически более эффективна, чем лягушка, а любое млекопитающее в энергетическом смысле более совершенно, чем ящерица.

В нашем же распоряжении есть разум и технологии. Поэтому наша задача —  эволюционировать именно в этом плане. Совершенствовать способы получения и траты энергии так, чтобы и приемлемый уровень цивилизации и комфорта сохранить, и природе не навредить.

Борьба дизеля с бензином

Когда во второй половине XIX века Рудольф Дизель возился с первым автомобильным двигателем, он проектировал его под каменный уголь. Проект финансировали германские угольные магнаты, они хотели получить альтернативу экспортной нефти. Конечно, автомобиль не мог питаться такими же крупными кусками угля, как паровоз, поэтому уголь мололи в пыль и вместе с воздухом подавали в камеру сгорания. В 1893 году опытный образец двигателя взорвался, едва не погубив своего создателя. Дизель категорически отказался от дальнейших попыток использовать уголь и разработал двигатель, работающий на солярке, который мы сейчас называем в его честь.

бензин, автомобиль

К слову сказать, автомобиль на угольной пудре разрабатывала компания General Motors в 70-е годы прошлого века. Причины были те же: нефть — экспортный товар, а уголь лежит под ногами. И тоже в итоге отказалась от этой идеи.

В течение двадцатого века основной спор о чистоте и экологичности шел между бензином и соляркой. И однозначного ответа на этот вопрос до сих пор нет.

У дизельного двигателя заметно выше КПД (30-50% против 20-30%), а значит, топлива он потребляет намного меньше, чем бензиновый. В выхлопах бензинового двигателя много монооксида углерода (CO, угарный газ), токсичных оксидов азота и альдегидов, а в выхлопах дизеля их практически нет.

Основная проблема дизельного топлива заключается в саже. Солярка сгорает не полностью, поэтому выхлоп дизельного двигателя черен от мельчайших частиц сажи. Помните старые венгерские «Икарусы», которые периодически выпускали клубы черного дыма на наших улицах?

Стандарты Евро-5 и стремление сделать дизель более экологичным (а что делать, все грузовые перевозки держатся только на нем, фуры на бензине будут совершенно нерентабельны!) привели к тому, что двигатели стали оборудовать сажевым фильтром. Он оказался весьма эффективным, поглощает 99,9 процентов сажи, и какое-то время даже казалось, что дизель по экологичности победил бензин.

Однако со временем выяснилось, что фильтр достаточно быстро забивается частичками сажи. Есть, конечно, режим регенерации, при котором фильтр нагревается и сажа выгорает. Но запустить этот режим на городских трассах невозможно, надо уехать за город и гонять там на больших скоростях. Заменить фильтр дорого… В итоге, по данным журнала «За рулем», «на дизельных авто в возрасте 4–5 лет сажевого фильтра нет в 60–70% случаев».

Сложные газовые отношения

Третий «кит», на котором сейчас держится все движение автотранспорта — газ. И с ним все достаточно сложно и запутанно.

Есть три газа, на которых может ездить автомобиль — метан, пропан и бутан. Хорошо, в применении к автомобилю можно считать, что их два: метан и пропано-бутановая смесь. Метан можно сжимать (такой газ называют комприминированным), а пропан-бутан — сжижать. В первом случае получаем аббревиатуру КПГ (комприминированный природный газ), во втором — СПГ (сжиженный природный газ).

газ, автомобиль

В отличие от дизеля газ совсем не дает сажи. Вредных веществ в выхлопе очень мало. Да и выбросы основного парникового газа — СО2 — чуть ли не вдвое ниже, чем у бензинового двигателя. И он вдвое дешевле бензина! Тогда почему же в большинстве случаев газовое оборудование надо покупать и ставить на автомобиль самостоятельно?

Одним из препятствий для повсеместного перехода на газ называют неразвитую систему заправок. Чтобы без проблем ездить на топливе, надо чтобы заправки располагались как минимум на расстоянии 150 км друг от друга. А в идеале — в 35-40 км. Пока же такого не наблюдается.

Газовое оборудование громоздко. При его установке придется пожертвовать частью багажника, да и сам автомобиль станет тяжелее.

Когда-то, еще в Советском Союзе, первые газовые системы на автомобилях иногда взрывались. Дело в том, что тогда их делали частники в гаражах и автохозяйствах. Ни заводов по производству оборудования, ни сервисов по установке и наладке, ни нормативов не существовало — просто шофера и автослесари в силу своего умения и понимания модернизировали автомобили, и не всегда удачно. В результате появилось убеждение об опасности газового оборудования.

В 80-х годах появились первые профессиональные газовые установки, которые устанавливались на «Волги», предназначенные для таксопарков. Они были абсолютно безопасны, безопасно и современное (в основном импортное) газовое оборудование. Тем не менее, иногда на стоянках (особенно возле торговых центров) можно встретить табличку с запретом парковать автомобили на газе.

В странах Евросоюза на автомобили сейчас устанавливают газовое оборудование пятого поколения. Оно еще более экономично и экологично, топлива потребляет на 10 процентов меньше, автомобиль может запускаться сразу на газе (для более старых систем обязательно вначале прогреть двигатель на бензине). Однако в России переходить на него пока не спешат. Причин три: во-первых, высокая цена, 80-100 тысяч рублей и выше. Во-вторых, ГБО-5 весьма чувствительна к примесям. А газ на наших заправках не всегда бывает должного качества. В-третьих, ГБО-5 работает только на сжиженном газе, а в России, наоборот, развиваются заправки на метане. Поэтому газовщики предпочитают предлагать своим клиентам старое надежное ГБО-4 — в случае инжекторного двигателя или классическое ГБО на карбюратные двигатели.

На масле и спирте

Бензин, солярка, газ — это все невозобновляемые ресурсы. Когда там по прогнозам закончатся мировые запасы нефти? Например, в ближайшие десять лет компания Shell UK планирует прекратить добычу нефти на месторождении Брент из-за его истощения. И если в 80-90 годы эталоном была чистая нефть с этого месторождения, то сейчас таким мерилом качества является смесь Brent Blend из разных скважин.

автомобиль На масле и спирте

Может ли биотопливо стать полноценной заменой ископаемому? Это ведь возобновляемый ресурс!

Первые попытки его использовать применил тот же Рудольф Дизель — один из его пробных двигателей работал на арахисовом масле. Под масло можно выращивать сою, рапс, масличную или кокосовую пальму. Если вы являетесь счастливым обладателем дизельного двигателя, то можете поискать самостоятельно в интернете инструкции, как заправить его растительным маслом. Вся проблема в том, чтобы найти это масло по цене ниже солярки.

Второй вид биотоплива — спирты, чаще всего этанол. На сегодняшний день крупнейшими (и чуть ли не единственными) его производителями являются США и Бразилия. Первые гонят спирт из кукурузы, вторые — из сахарного тростника. Этанол не такой энергоемкий, как бензин, поэтому обычно используется его смесь: 48 процентов этанола и 15 процентов бензина. Машина, который заправили такой смесью, может проехать на четверть меньше, чем стандартный бензиновый автомобиль. 

И вроде бы все хорошо, биотопливо — возобновляемый ресурс. Тем более, что тут можно крутить севооборот: попеременно сажать то кукурузу, то рапс, то сою для восстановления почвы. Но проблема в том, что под все это нужны посевные площади, а люди хотят не только ездить, но и кушать…

Основная проблема с биотопливом — необходимость засеивать большие площади. По подсчетам, переход на биотопливо к 2025 году приведет к тому, что число голодающих превысит 1,2 миллиарда человек. Индонезия и Малайзия ради плантаций пальм под биотопливо лишилась значительной части тропических лесов. Человечество уже использует для сельского хозяйства 75 процентов земной поверхности — за исключением, конечно, ледников и пустынь.

Поэтому использование биотоплива может привести к еще более серьезным экологическим проблемам. Это уж не говоря о том, что разница в выбросах СО2 между бензином и этанолом не так уж и велика и что уничтожение природных экосистем для выращивания культур приведет к уменьшению фотосинтеза на Земле и увеличению концентрации СО2 в атмосфере…

…Впрочем, из этого тупика, возможно, есть выход. Получение этанола из водорослей. Подобные исследования велись в Соединенных Штатах чуть ли не с 70-х годов прошлого века, и пока еще не вышла за пределы лабораторий. Однако если удастся дожать эту идею, она может оказаться спасением — одноклеточные водоросли не требуют так много места, как пальмы или рапс. 1 процент земель в США, пригодных для выращивания водорослей может обеспечить топливом половину автопарка страны.

Этот парадоксальный электромобиль

Автомомобили, точнее, электромобили — это, пожалуй, самый парадоксальный вид городского транспорта. И самый непонятный. Автовладельцы не понимают, дорог он или дешев, выгодно ли на него переходить или нет. А экологи никак не могут понять, является ли он самым экологичным видом транспорта или же наоборот — самым ужасным из всех?

Электромобили

Электромобиль стоит дорого. Намного дороже, чем автомобили с двигателем внутреннего сгорания и аналогичными характеристиками.

Электромобиль крайне дешев в эксплуатации. Анна Тальнова написала подробный разбор расходов на электромобиль «Ниссан Лиф» в сравнении с «Опель Астрой». Если на Опель в год приходилось тратить на топливо и обслуживание 125 700 рублей, то зарядка автомобиля плюс масло обошлось всего в 17 тысяч.

Во-первых, сама зарядка дешевле. КПД у электромобиля заметно выше бензинового (достигает 70 процентов), один километр пробега обошелся Анне в 53 копейки. Стоимость 1 км на бензине — 3 рубля 69 копеек (цены Казани, бензин АИ-92).

Во-вторых, в электромобиле крайне мало узлов и деталей, которые требуют замены или ремонта. Если у «Опеля» за год пришлось поменять свечи, ремень газораспределительного механизма и три раза залить в двигатель масло, то электрониссану потребовалось только один раз залить масло в редуктор, причем стоило оно в три раза дешевле моторного.

Электромобиль крайне сложно эксплуатировать. Зарядок мало — в Москве их около 80, а в других городах и того меньше. Совершать длительные поездки за город, а тем более отправиться в путешествие по городам и весям невозможно — заряда не хватит. Более того: заряда может не хватить зимой или летом в жару, если стоишь в пробке. Мотор, фары, печка, кондиционер, радио — на все это емкости батареи не хватит.  

 Электромобиль заряжается долго: приехал на зарядку — застрял часа на два-три. Теоретически его можно заряжать от обычной евророзетки с напряжением 220 вольт. Практически такая зарядка будет идти гораздо дольше. Например, батарея электромобиля емкостью 75 кВт×ч будет заряжаться от домашней розетки 21 час, а от стандартных зарядных станций — 3 часа. 

В электромобиле действительно практически нечему ломаться. Но если все-таки что-то сломается, то пиши пропало и отправляйся в Европу — чинить. 

Отдельная тема — вред для экологии. Еще совсем недавно ответ на него был однозначен: конечно, электромобиль — самый безопасный для экологии вид транспорта! Посмотрите, у него же совсем нет выхлопа!

Но на самом деле это не так, и даже совсем не так. Есть три очень важных момента, которые сводят безопасность электромобиля на нет.

Производство. Для создания батареи требуются редкоземельные металлы. Например, литий и кобальт. Температура плавления кобальта 1500 градусов Цельсия, лития — около 100 градусов Цельсия, то есть для их обработки требуется что-то сжечь, и, следовательно, выбросить в атмосферу СО2. Сколько именно сжечь и сколько именно выбросить — неизвестно, поскольку технология создания батареи является коммерческой тайной. 

Утилизация. Электромобили только-только начали свой пробег по дорогам Европы, срок службы их батарей составляет 10 лет, так что проблема возникнет только через 8-10 лет. Но европейцы уже всерьез над ней думают, и компании, которые выпускают электромобили, серьезно занимаются проблемой рециклинга. Как будет решена эта проблема — пока неясно. Однако известно, что обычная маленькая «пальчиковая» батарея типа АА, выброшенная «просто так», отправляет почву в радиусе 25 метров. Если электромобили станут обычными на дорогах, то следить за тем, чтобы аккумуляторы не попали на обычную свалку, придется очень строго. 

С двигателем внутреннего сгорания таких проблем нет. Там нет ни редкоземельных металлов, ни кислоты.

Наконец, топливо, то есть электричество. Тут тоже все далеко не просто и неоднозначно. Весь вопрос в том — откуда берется это электричество? Если из теплоэлектростанций — то, простите, выбросы СО2 для электромобиля будут даже больше, чем для бензинового. 

Получается общее правило: для того, чтобы электромобили были экологичны, надо строить экологичные электростанции. На солнечной энергии, на энергии ветра, приливов, геотермальные. 

И это — совсем другая, тоже очень большая (и больная) тема.

Майя ПЧЕЛКИНА.

Фото из открытых источников.

Читайте также:

Эйхорния — уникальный природный фильтр из Южной Америки

Метка: бензин