Альтернативные источники энергии. Насколько экологичны электростанции будущего?

Считается, что альтернативная энергетика — это следующий этап в развитии технологий, направленных на бесперебойную поставку электричества без вреда для окружающей среды. Статус «зеленых» альтернативным станциям присвоили потому, что все они получают энергию из возобновляемых источников, в отличие от традиционных, которые работают, например, на нефти или газе. «Лента.ру» выяснила, так ли безопасны солнечные батареи, ветряные станции и другие разработки, а также смогут ли они в будущем полностью заменить традиционные способы получения энергии.

• Что такое альтернативная энергетика?
• Действительно ли альтернативные источники энергии экологичнее традиционных?
• Какой из альтернативных источников наиболее подходит для России?
• Зачем нужны альтернативные источники энергии?
• Как альтернативные источники энергии применяются по всему миру?
• Как позаботиться об экологии в повседневной жизни?

Что такое альтернативная энергетика?

Гидрогеолог, эколог, блогер, автор и ведущий канала «Сортировочная» Георгий Каваносян в беседе с «Лентой.ру» пояснил, что понятие «альтернативная» противопоставляет возобновляемую энергетику традиционной — то есть той, которая связана со сжиганием какого-то ископаемого топлива: угля, газа, мазута, нефти и так далее.

По словам эксперта, существует множество способов получить энергию из возобновляемых ресурсов.

Виды альтернативных источников энергии:

• солнечная энергия — ее преобразование в электричество происходит с помощью кремниевых фотоэлектрических модулей, которые устанавливают на крышах или открытых территориях. Таким образом можно добыть энергию для отопления, нагревания воды, кондиционирования воздуха и других целей, причем солнечные панели могут вырабатывать энергию даже в снегопад и пасмурную погоду;
• ветряная энергия — раньше ветряные мельницы использовали для производства муки, в качестве насоса и ряда других целей. Современные ветряные электростанции по виду напоминают мельницы — с помощью огромных лопастей они преобразуют кинетическую энергию ветра сначала в механическую энергию ротора, а затем в электричество. На сегодняшний день это один из самых перспективных и быстроразвивающихся видов альтернативной энергетики;
• энергия воды — ее применение для бытовых нужд известно еще со времен Древнего Египта и Римской империи. С конца XIX века энергия воды широко используется для получения электричества — чтобы построить такую станцию, нужно перекрыть русло реки и поднять уровень воды, которая будет приводить в движение турбины, генерирующие ток;
• энергия приливов и отливов — по сути та же гидроэлектростанция, только не на реке, а на море. Волновые электростанции преобразуют потенциальную энергию приливов и отливов в кинетическую энергию пульсаций, которая в свою очередь образует однонаправленное усилие, вращающее электрогенератор. С точки зрения экономики, целесообразным считается возведение приливных станций в регионах с колебанием уровня моря не менее четырех метров;
• градиент-температурная энергетика — при таком способе получения энергии без морской воды тоже не обойтись. Данный вид электростанций преобразует в энергию перепады температур в толще морей и океанов. Мировой океан поглощает больше половины солнечного света, поступающего на Землю, а разница в температуре теплых поверхностных вод и холодных глубинных потенциально оценивается как источник энергии на 20-40 тысяч ватт;
• геотермальная энергетика — в данном случае для выработки электроэнергии используется тепло Земли, ведь недра планеты нагревают не только верхние слои литосферы, но и подземные воды, образуя горячие источники с паром. Геотермальные станции не требуют больших финансовых вложений — энергия извлекается с помощью небольших скважин, откуда пар попадает в турбины и приводит установку в движение;
• биоэнергетика — этот способ получения энергии заключается в том, чтобы использовать биогаз растительного и животного происхождения с высоким содержанием метана. Он образуется при гниении навоза, а также останков животных и растений. На некоторых фермах массы навоза сбрасывают в специальные баки, где он гниет, и выделившийся газ идет на отопление и электрификацию предприятия.
• водородная энергетика — в данной отрасли в качестве средства для зарядки, транспортировки, производства и потребления энергии используется водород. Это наиболее распространенный элемент в космосе с максимальной теплотой сгорания. Кроме того, продуктом сгорания водорода в кислороде является вода, которая также необходима для производства энергии. Однако к зеленой энергетике водородная отрасль относится, только если этот элемент производится с помощью возобновляемых источников энергии.

При всем разнообразии альтернативных источников энергии большинство из них Георгий Каваносян называет скорее локальными экспериментальными разработками, нежели полноценной альтернативой традиционной энергетике. По его словам, основных способов получения электричества из возобновляемых источников всего три: солнечная и ветровая энергия, а также гидроэлектростанции (ГЭС).

Действительно ли альтернативные источники энергии экологичнее традиционных?

Альтернативную энергетику также иногда называют «зеленой». Ведь казалось бы, такие станции позволяют получать энергию как будто бы из ниоткуда, не истощая запасы полезных ископаемых и не загрязняя воздух продуктами их горения. Однако не все так просто.

Георгий Каваносян отметил, что использование альтернативных источников энергии любого типа влечет за собой определенные последствия для экологии. Можно даже составить топ источников «зеленой» энергии по возрастанию экологичности.

Третье место — гидроэлектростанции

Если расположить основные виды альтернативной энергетики по их экологичности, на последнем месте будет гидроэлектростанция, утверждает эколог.

Эксперт пояснил: в верхнем бьефе (выше по течению от плотины) создается водохранилище, то есть затапливается огромная территория, и вместо реки появляется стоячая вода. В результате увеличивается площадь поверхности испарения, повышается влажность воздуха, количество осадков. Все это приводит к изменению экосистемы, которая складывалась в регионе миллионы лет.

В нижнем бьефе (ниже по течению реки) скорость реки уменьшается, река начинает меандрировать, образуются старицы, заболоченные местности, добавил эколог. Вследствие этого в регионе снижается уровень грунтовых вод, да и в целом истощаются запасы воды. Кроме того, гидроэлектростанция перекрывает пути нереста рыбы и выноса органического материала в море или океан.

Второе место — ветряные электростанции

По словам эксперта, ветряные электростанции, или так называемые «ветряки» — это отличное решение для удаленных регионов, где сложно и дорого традиционным способом генерировать электричество. В первую очередь речь идет о горных и арктических районах.

Однако, когда на ветряки начинают полностью заменять крупные теплоэнергоцентрали (ТЭЦ), ГЭС или атомные электростанции (АЭС), начинаются серьезные экологические проблемы, предупредил собеседник «Ленты.ру».

«В первую очередь в мире почти не умеют утилизировать лопасти от ветряных электростанций — а у них есть срок службы, их достаточно часто нужно менять, так что у нас образуется достаточно большое количество неперерабатываемых отходов», — рассказал Георгий Каваносян. Важно отметить, что технологии по утилизации лопастей все же существуют, но они слабо развиты и недоступны в промышленных масштабах. В ряде стран уже запретили так называемые «кладбища турбин» — специалисты надеются, что это простимулирует развитие технологий переработки.

Что еще важно — большое количество электростанций, которые забирают кинетическую энергию ветра, уменьшают градиент давления между двумя территориями, и это приводит к нарушению в движении воздушных масс. То есть в одной части территории образуется заболачивание, а в другой — засуха. Тем самым экосистема, которая складывалась миллионы лет, рушится и в случае с неразумным использованием ветряков.

Первое место — солнечные электростанции

Самым экологичным источником альтернативной энергии специалист назвал солнечные станции, при этом отметив, что и у них есть целый ряд недостатков.

«У этого варианта тоже есть свои проблемы, связанные с утилизацией панелей. Кроме того, такие станции нельзя ставить на пути миграции птиц, потому что солнечные панели их слепят, в результате они теряют ориентацию и разбиваются», — подчеркнул Георгий Каваносян.

Он добавил, что солнечные панели забирают энергию у почв, как итог — земля недостаточно прогревается, что приводит к заболачиванию местности, недостаточному количеству испарений и пониженной влажности воздуха. Все это тоже может стать причиной серьезных проблем, однако, по словам эксперта, солнечные электростанции — это меньшее из зол.

Эксперт подчеркнул, что в настоящее время использование солнечных батарей на территории России наиболее реально в горных регионах, например на Алтае и Кавказе. В такой местности воздух более разрежен, и солнечные лучи преломляются не так сильно, как на равнинах, что позволяет генерировать больше энергии.

«В средней же полосе России при существующих ныне технологиях солнечные батареи — не лучшее решение. Разве что локально можно поставить на крышу дома какие-то солнечные панели, чтобы в ясную погоду не покупать из централизованных сетей электричество. Такой батареи хватит, чтобы зарядить телефон, чтобы лампочка горела, может даже, прогреть воду в бассейне на даче», — рассуждает эксперт.

Какой из альтернативных источников наиболее подходит для России?

Учитывая территориальный размах и большое разнообразие климатических зон, в пределах России есть уголки, где использовать ветряную и солнечную энергетику более чем уместно. В первую очередь это касается удаленных мест, куда тяжело провести традиционное электричество. В любом случае пока что альтернативная энергия — это точечное, а не глобальное решение для РФ.

Эколог добавил, что в РФ достаточно дешевые энергоносители, которые также идут на экспорт за рубеж. Поэтому при существующих технологиях заменять мегаваттные атомные реакторы на ветряки или солнечные панели экономически нецелесообразно, да и большого экологического эффекта от этого не будет.

«Потому что атомная энергетика — тоже зеленая. По крайне мере, Евросоюз признал ее таковой. И в общем-то, положа руку на сердце, я тоже могу сказать, что АЭС — действительно одни из самых чистых и зеленых электростанций», — подчеркнул Георгий Каваносян.

Эксперт утверждает, что зеленой энергетике в России быть, но традиционные способы получения электричества она заменит еще очень нескоро. В 2021 году президент Владимир Путин поставил задачу выйти на нулевой уровень выбросов парниковых газов к 2060 году. Предполагается, что Россия поэтапно придет к углеродной нейтральности.

Зачем нужны альтернативные источники энергии?

Главная цель, которую преследует человечество, развивая альтернативные технологии в энергетике, — сократить количество потребляемых ресурсов. Ведь нефть, уголь и другие полезные ископаемые от того и называются исчерпаемыми, что их запасы в недрах Земли не бесконечны. При неразумном использовании этих благ мир рискует «сжечь» все топливо планеты и в итоге остаться без электроэнергии навсегда.

Однако если рассматривать этот вопрос шире, человечество должно в целом позаботиться о том, чтобы снизить антропогенное воздействие на климат, отметил эколог.

Эксперт пояснил: на протяжении всей истории Земли климат непрерывно менялся — за ледниковыми периодами всегда шло межледниковье. В настоящее время идет межледниковый период. Кроме того, что планета сама по себе постоянно нагревается, разнообразная техника и транспорт «нагревают» ее искусственно, выбрасывая большое количество углекислого газа, метана и других парниковых газов, которые влияют на состав атмосферы и соответственно приводят к тому, что температура на планете повышается еще сильнее.

Это, по словам эксперта, неминуемо приводит к тяжелейшим экологическим последствиям, в частности, разрушению инфраструктур и хозяйственных укладов целых стран. Например, к опустыниванию.

К 2050 году 85 процентов Испании, по прогнозам ученых, превратится в пустыню. В то же время климат в холодных регионах наоборот теплеет — например, в Норвегии благодаря этому стало возможно выращивать виноград. Глобальное потепление также приведет к таянию покровных льдов, то есть нарушению питания ледниковых рек, что спровоцирует массовую миграцию из Индии и Пакистана в Европу и Россию — в более благополучные с точки зрения климата места, добавил Каваносян.

Как альтернативные источники энергии применяются по всему миру?

Полный переход на возобновляемую энергию — амбициозная цель, которую себе ставят многие страны по всему миру. В том числе, согласно Парижскому соглашению, разработки с нулевым выбросом углерода должны к 2030 году составить конкуренцию традиционной энергетике в самых «загрязняющих» секторах экономики, на которые приходится около 70 процентов выбросов.

Таким образом, страны Европы и США намерены в несколько раз снизить количество вырабатываемого углерода. Например, американский президент Джо Байден говорил, что к 2050 году Штаты станут полностью углеродно-нейтральными.

В 2022 году доля солнечных станций и ветряков выросла на три процентных пункта. Объемы ввода солнечных мощностей достигли рекорда — более 40 гигаватт, что на 50 процентов больше по сравнению с 2021 годом.

В частности, с введением санкций против России некоторые лидеры зарубежных стран заявили о своем желании отказаться от отечественного топлива. При этом в 2021 году Евросоюз импортировал из России около 40 процентов природного газа, более 25 процентов нефти и около 50 процентов угля.

Казалось бы, с введением ограничений перейти на зеленую энергетику будет проще. Однако развитие инициатив, связанных с возобновляемыми источниками, требует большого объема металлов, в первую очередь меди и никеля. Россия является крупным поставщиком этих материалов, а текущая ситуация приведет к резкому росту цен, что непременно затормозит развитие зеленых технологий.

Ситуацию осложняет экономический кризис, который последовал за санкциями. Кроме того, отказ от российского топлива вовсе не означает отказ от нефти в принципе. Например, на фоне тех же санкций крупные нефтяные компании США предложили увеличить добычу нефти и газа, а также снять ограничения на объемы производства и в целом смягчить политику по снижению выбросов углекислого газа.

Такие меры могут свести на нет все усилия по достижению углеродной нейтральности.

Как позаботиться об экологии в повседневной жизни?

Георгий Каваносян подчеркнул, что коллективными усилиями процессы, угрожающие экосистеме планеты, пока еще можно притормозить. В масштабах государств следует обратить внимание, какое воздействие на окружающую среду оказывает промышленность, какое количество энергии тратится на освещение дорог, отопление муниципальных и частных помещений.

При этом каждый человек должен следить за тем, какое количество ресурсов потребляет лично он.

Эксперт добавил, что также необходимо экономить воду в процессе умывания (пока чистите зубы, лучше закрыть кран и не спускать воду впустую) или мытья посуды — для этого достаточно купить посудомоечную машину, которая тратит в три раза меньше воды, чем мытье вручную.

«Главный секрет спасения планеты — осознанность. Мы все должны прийти к мысли, что запасной планеты у нас нет, и человек XXI века не может вести себя халатно по отношению к природе», — предупредил эколог.

В заключение он подчеркнул, что большие результаты достигаются микрошагами — так, по чуть-чуть, у людей есть все шансы найти баланс между своим комфортом и сохранностью окружающей среды.