8 альтернативних джерел відновлюваної енергії, які здатні замінити нафту та газ

Сонячна енергія

Коли йдеться про відновлювані джерела енергії, найчастіше ми згадуємо про сонячну енергію та панелі, що використовуються для її перетворення. Існує два типи таких генераторів: фотогальванічні та концентровані.

Фотогальванічні генератори працюють таким чином: коли провідник або напівпровідник у батареї нагрівається за рахунок поглинання сонячного випромінювання, між областями з різною температурою виникає різниця потенціалів, що призводить до появи електричного струму.

Концентровані генератори збирають світло, яке нагріває рідину. Вона перетворюється на пару і надає руху турбіни, внаслідок чого виробляється електрика. Принцип роботи таких панелей відрізняється тим, що вони здатні накопичувати тепло, тому залишаються ефективними і вночі.

Крім виробництва електроенергії, сонячне світло може використовуватися і для прямого нагрівання рідини, наприклад, у басейнах та душових. Встановлений на даху екологічного будинку великий резервуар допомагає суттєво зекономити на електроенергії.

Сонячна енергія (фото: Fieldproxy)

Біопаливо

Біомаса є матеріалом, який отриманий з живих організмів, найчастіше з рослин або водоростей. Вони харчуються сонячною енергією і водою, розмножуються ефективно і мають поступливий характер.

На сьогоднішній день найпоширенішим джерелом біомаси є деревина, що включає мертві дерева, гілки, пні, відходи виробництва дощок і деревні тріски.

Також до цього списку входять сільськогосподарські культури, такі як просо, коноплі, кукурудза, соя, міскантус, сорго, цукрова тростина та бамбук. Водорості також є чудовим джерелом біомаси завдяки своїй швидкій швидкості зростання.

З усього цього матеріалу можна отримати різні види палива, включаючи етанол, бутанол, водень, метан у газоподібному вигляді, синтетичний газ, біодизельне паливо та інші.

Однією з переваг використання енергії, що базується на біомасі, є ефективна утилізація органічних відходів. Все, що не використовується в їжу, може бути перетворено на паливо. Виробництво біопалива успішно здійснюється вже зараз у США, Бразилії та Південно-Східній Азії.

Однак перехід на біопаливо не вирішує проблему глобального потепління, оскільки його доводиться спалювати, як і нафту і газ. Однак це рослинне паливо має перевагу в тому, що воно є відновлюваним ресурсом і не обмежується як викопні джерела енергії.

Біопаливо із кукурудзи (фото: Britannica)

Океанічна енергія

Світові океани являють собою величезний потенціал для отримання кінетичної енергії завдяки океанічним хвиль, припливів і течій. Деякі країни вже опанували методи використання цього потенціалу. Наприклад, Великобританія збудувала найбільший у світі хвильовий генератор під назвою Oyster.

Принцип роботи таких пристроїв простий: рух хвиль передається поплавкам, які активують поршневий насос. Останній спрямовує морську воду на берег через трубу, де вона надає руху ротор гідроелектрогенератора.

Окрім берегових приливних електростанцій, існують також підводні проекти. Вони працюють за принципом вітряків, встановлених на морському дні: потужні течії обертають вал генератора, генеруючи електроенергію.

Крім використання кінетичної енергії припливів і течій, існують і більш нестандартні методи вилучення електроенергії з океанів.

За рахунок постійного нагріву сонячним випромінюванням водної поверхні Землі, світові океани стають величезними резервуарами тепла. За оцінками, навіть 5 відсотків цього тепла можуть забезпечити генерацію 10 000 ГВт електроенергії.

Платформа для добування океанічної енергії (фото: The New York Times)

Вітряна енергія

Млини були винайдені вже в 700-900 роках нашої ери в Персії, а свій характерний образ вони набули у Середньовічній Європі. Протягом близько 600 років вітер був основним джерелом енергії, доки людство не стало масово використовувати вугілля та парові машини.

Перша в історії вітряна електростанція була розроблена професором Джеймсом Блітом з коледжу Андерсона в Глазго у липні 1887 року. Проте місцеві жителі відмовилися використовувати її, вважаючи електроенергію "вигадкою Сатани".

В даний час вітряна енергія знову набуває популярності і використовується в половині країн світу. Наприклад, Данія отримує 56 відсотків своєї споживаної електрики завдяки вітру, Уругвай - 40 відсотків, Литва - 36 відсотків, Ірландія - 35 відсотків, а Великобританія - 24 відсотки. Вітряки широко використовуються також у США, Китаї, Португалії, Німеччині, Іспанії, а також у країнах Латинської Америки та Африки.

Переваги вітряків у тому, що вони дозволяють генерувати електроенергію з повітря там, де встановлення проводів є недоцільним. Крім того, вони працюють ефективніше вночі та взимку, коли сонячні батареї, навпаки, втрачають ефективність. Таким чином, ці два джерела енергії взаємодоповнюють одне одного.

Вітряна енергія (фото: National Geographic Society)

Статична електрика водяної пари

Вчені з Тель-Авівського університету в 2020 році виявили новий, екзотичний спосіб виробництва електрики. Під час гроз утворюються блискавки, які виникають при зіткненні частинок водяної пари різної щільності - від крапель до крижинок, електризуючи довкілля.

Повторивши цей процес у лабораторії, вчені з'ясували, що за вологості повітря понад 60 відсотків між частинками може виникати статична електрика.

Побудувавши досить високі металеві стовпи, можна заряджати їх від водяної пари в атмосфері. Енергію, отриману таким чином, можна передавати по дротам і використовувати для живлення інфраструктури.

Хоча використання електрики, отриманої з водяної пари, в мегаполісах неефективне, цей метод має великий потенціал для забезпечення дешевою енергією в тропічних країнах з високою вологістю.

Блискавка (фото: Wikimedia)

Геотермальна енергія

Вчені вирахували, що кожне зменшення температури ядра Землі на 1 градус Цельсія призводить до виділення енергії, що перевищує запаси всіх розвіданих копалин у 10 000 разів. На даний момент температура ядра досягає 6 000 градусів і зменшується на 300-500 градусів за мільярд років.

Це величезні енергетичні ресурси! Навіть за таких темпів охолодження ядра Землі, Сонце перетвориться на червоного гіганта раніше, ніж ми витратимо енергію земного ядра.

В даний час геотермальні джерела використовуються для живлення електростанцій у різних країнах, таких як Ісландія, Нова Зеландія, Італія, Франція, Литва, Мексика, Нікарагуа, Коста-Ріка, Філіппіни, Індонезія, Китай, Кенія та Японія.

Однак лише невелика частина геотермальних ресурсів планети використовується з комерційною метою, і найчастіше такі електростанції розміщуються на перетині тектонічних плит. Теоретично, встановлення свердловин для отримання енергії з мантії Землі можливе практично в будь-якому місці, але поки що такі проекти залишаються лише на рівні теорії.

Геотермальна енергія (фото: Climate Care)

Штучний фотосинтез

Процес фотосинтезу, який зазвичай відбувається у рослинних клітинах при впливі сонячного світла на воду та вуглекислий газ, перетворюється на кисень та глюкозу, тепер може бути відтворений у лабораторних умовах без використання рослин.

Вчені зі США, Швеції та Японії працюють над розробкою економічно вигідних методів штучного фотосинтезу, які можуть перетворити вуглекислий газ та воду на різні види палива, смоли, пластмаси та волокна.

Якщо ці дослідження будуть успішними, можливо, ми зможемо виробляти паливо та будівельні матеріали прямо з атмосферного повітря.

Крім того, є можливість використовувати природні процеси рослин та водних організмів. Наприклад, вирощувати фотосинтезуючі синьо-зелені водорості і потім перетворювати їх на біопластик та біопаливо.

Ферма водоростей (фото: Linkedln)

Інфрачервоне теплове випромінювання Землі

Сонячні промені, що падають на поверхню Землі, призводять до її нагрівання, тоді як інша сторона планети віддає накопичену за день енергію у вигляді інфрачервоного теплового випромінювання, що розсіюється в космосі.

Інженери з Австралії розробили пристрій під назвою терморадіаційний діод, який генерує енергію під час остигання, а не при нагріванні. Створення досить великої моделі цього пристрою, здатної накопичувати тепло вдень і віддавати його вночі, призведе до створення сонячної батареї, яка працює цілодобово.

Додатково, якщо використовувати фотоелементи, здатні захоплювати інфрачервоне світло (подібні вже використовуються в приладах нічного бачення), для поглинання теплового випромінювання планети, можна створити так званий збирач емісійної енергії. Цей пристрій дозволить виробляти електроенергію ночами прямо з атмосферного повітря.

Покриття всіх висотних будівель у мегаполісах панелями, що збирають теплове випромінювання поверхні планети вночі та розсіяне ультрафіолетове світло вдень, надасть додаткове джерело електроенергії.

Крім того, коли такі збирачі емісійної енергії не використовуються, їх можна було б перетворити на башти пасивного радіаційного охолодження (PDRC), які більш ефективно відводили б тепло в космос, ніж поверхня планети, що може сприяти боротьбі з глобальним потеплінням.

Захід сонця (фото: Pexels)