Возможности нашей планеты не безграничны. Обдумывая экологический и климатический кризисы, учёные и правительства всё чаще говорят о необходимости перехода к циркулярной экономике. Замкнув циклы применения и переработки различных материалов, можно было бы сократить неблагоприятное воздействие на природу при производстве товаров и добыче полезных ископаемых, а заодно и уменьшить размеры свалок.
Понятно, что одной циркулярной экономикой не обойдёшься. Оборот сырьевых материалов совершается небыстро, и большое значение имеет энергия, которая используется при производстве и утилизации. При этом энергопотоки тоже должны вписываться в рамки, дозволенные природой.
ХВАТИТ ЛИ НАМ ВИЭ?
Европейские учёные задались вопросом: «Доступна ли возобновляемая энергия в количестве, необходимом для поддержания циркулярной экономики, без перегрузки природных систем и нарушения их работы?» Этой проблемой в швейцарском НИИ материаловедения (EMPA) занимается группа Гарольда Дезинга.
Исследователи рассматривают энергообмен внешних оболочек Земли с космосом и ядром планеты. Львиная доля поступающей энергии - это солнечное излучение. В меньшей мере энергию приносит небесная механика, то есть вращение Земли вокруг своей оси и вокруг Солнца. Тем не менее посредством сил тяготения приводятся в движение огромные массы воды, возникают приливы и отливы. Некоторое количество энергии выходит на поверхность планеты изнутри в процессе извержения вулканов и выброса геотермальных вод.
В космос энергия в основном возвращается в виде теплового излучения: в ясную погоду, когда не греет солнце, воздух быстро остывает. Природные системы преобразуют одни потоки возобновляемой энергии в другие. Например, солнечным светом и вращением Земли создаются ветра и осадки (которые наполняют реки), а также сезонный рост биомассы. Все эти энергетические потоки служили только природе... пока человек не заселил плотно Землю и не начал осваивать ВИЭ.
ОТВОД ЭНЕРГОПОТОКОВ
Ветровые и солнечные электростанции (СЭС) тоже могут вызвать изменение климата, если мы переборщим с их количеством. Каким образом? Переходя на ВИЭ, человечество отбирает часть энергии из природных потоков. Например, энергия ветра на первый взгляд может казаться неисчерпаемой, но фактически установлено, что не только соседние турбины, но и ветропарки влияют на работу друг друга, и этот эффект ощущается на расстояниях в десятки километров!
Во внедрении ВИЭ важно остановиться раньше того момента, когда нарушатся естественные процессы. Скажем, солнечные панели лучше монтировать на крышах и фасадах уже имеющихся зданий и сооружений, а не на земле, особенно если для этого потребуется вырубка леса и пострадает биоразнообразие.
Аналогичные пределы есть у процессов производства биотоплива. Чем больше сжигается древесины, тем меньшее её количество доступно в качестве экологически чистого строительного и конструкционного материала. Чем больше площадей занято под посевы технических масличных культур с целью производства биодизеля, тем меньше остаётся земель для естественной растительности, не говоря уже о производстве продуктов питания.
ЛИШЬ МАЛАЯ ТОЛИКА
Чтобы привести различные виды энергии к общему знаменателю, исследователи из EMPA используют электрический эквивалент. В расчётах учтены данные по эффективности тепловых электростанций и объектов ВИЭ-генерации. И созданные в Швейцарии модели показывают, что природе совсем не безразлично, где производится возобновляемая энергия - на гидравлических, ветровых или солнечных электростанциях. Одно дело использовать для электрогенерации энергию Солнца и совсем другое - тепло от сжигания древесины, которая получается из солнечной энергии после долгого ряда преобразований. Почему? Потому что каждое из этих преобразований сопровождается потерями, ограничивающими величину доступной нам энергии.
Результаты расчётов, проведённых в EMPA, поражают воображение: 99,96% энергии, поступающей на Землю от Солнца, требуется природе и сельскому хозяйству, и только 0,04% можно задействовать для генерации «технической» электроэнергии. Впрочем, эта на вид мизерная доля в десять раз превышает сегодняшние потребности человечества.
ПУСТЬ ВЕЗДЕ БУДУТ СЭС!
С учётом потерь на преобразование швейцарские учёные рекомендуют среди объектов ВИЭ-генерации отдать приоритет солнечным электростанциям в сравнении с ветровыми, гидравлическими и тем более тепловыми, которые работают на возобновляемом растительном сырье. Это поможет минимизировать ущерб для природы.
В пустынях можно разместить большие солнечные парки, если, конечно, удастся решить проблемы с передачей энергии в зоны её потребления. Швейцарские учёные считают «пустынную» солнечную генерацию резервом на будущее, когда окажутся исчерпанными более удобные площади.
Потенциал других энергоисточников на порядки ниже потенциала солнечной генерации и в некоторых случаях уже практически полностью задействован (гидрогенерация). Однако ГЭС и гидроаккумулирующие станции играют важную роль в накоплении энергии - процессе, который в исследовании никак не учитывался.
Нельзя сказать, что солнечные электростанции волшебным образом решат проблему электроснабжения с минимальной нагрузкой на окружающую среду. Нужно ещё учесть аспекты доступности сырьевых материалов (например, серебра, из которого изготавливают шины на солнечных панелях, и меди), финансовых ресурсов и человеческого капитала, вопросы технического обслуживания и вывода электростанций из эксплуатации, а также потребность в строительстве распределительных сетей и накопителей энергии.
Ещё один вопрос для проработки - динамика перехода на солнечную энергию, чтобы она смогла достаточно быстро заменить ископаемые виды топлива.
__________________________________
Спасибо за ваши комментарии и лайки. Нам важно, что вы нас читаете.
