Вопрос. Использование альтернативных видов топлива

4 вопрос. Использование альтернативных видов топлива

История развития человечества теснейшим образом связана с получением и использованием энергии. Издавна в качестве основных источников энергии, использовались дрова (и сейчас тоже), торф, древесный уголь, вода, ветер. Также с древнейших времен известны уголь и нефть.

История нефти насчитывает тысячи лет. Различные памятники древности свидетельствуют о том, что Она применялась задолго до нашей эры. Так, обнаружены (раскопками) следы нефтяного промысла, существовавшего за 6-4 тысячи лет до нашей эры на берегу Ефрата. Нефтяная смола здесь применялась в качестве цемента при постройке города УР и как гидроизоляция при возведении тоннеля под рекой Евфрат.

Практическая ценность топлива определяется количеством теплоты, выделяющимся при его полном сгорании.

(Так при сгорании 1 кг древесины выделяется теплота, равная 10,2 мДж/кг, каменного угля -22 мДж/кг, бензина - 44 мДж/кг.)

Основной недостаток природного топлива - его крайне медленнаявосполняемость. Существующие ныне запасы образовывались десятки и сотни миллионов лет назад. В тоже время добыча топлива непрерывно увеличивается.

Шведские ученые полагают, что бытующее представление об общемировых природных запасах нефти в размере 18 трлнбарр., из которых до настоящего времени был израсходован только 1 трлн, является "совершенно нереалистичным". Согласно их данным, в настоящий момент мировые запасы нефти составляют всего 3,5 трлнбарр. Если учесть, что ежегодно человечество потребляет около 25 млрд. барр. нефти и эта цифра имеет тенденцию к росту, предположение, что кризис ресурсов возможен уже в ближайшие 2-3 десятилетия, видится вполне обоснованным. По самым пессимистичным подсчетам Межправительственной группы по климатическим изменениям, мировые ресурсы нефти на данный момент составляют 5 трлнбарр. (03.10.2003)

Истощение не грозит гидроэнергетическим ресурсам - в отличие от органического топлива они непрерывно возобновляются. Но гидроэнергетические ресурсы неспособны, дать необходимое количество энергии.

Вот почему важнейшей проблемой энергетики стала проблема изыскания новых источников энергии, в частности ядерной энергии, энергии солнечного излучения, внутреннего тепла Земли.

Одним из перспективных источников энергии является водород. Его выделяют из обыкновенной воды, и это не единственный способ его получения, он хорошо хранится и транспортируется в газообразном, жидком и твердом виде. Газ удобно хранить в подземных хранилищах, жидкость - в резервуарах. Одного резервуара объемом 3500м в кубе хватало бы для снабжения энергией в течение целого года небольшого городка с 20-ти тысячным населением.

Для того чтобы получать водород в больших количествах необходимо в дали от населенных пунктов на берегу моря можно поставить мощные атомные, а в будущем термоядерные реакторы. При этом энергия атома пойдет не только для производства электроэнергии, но и на разложение воды. По одному трубопроводу диаметром 900 мм можно передать энергопоток мощностью свыше 12000 мВт.

Учёные Научно-исследовательского института энергетики США работают над проектом сверхпроводящей энергосети для доставки электричества и водородного топлива по всей стране. Способность к передаче больших объёмов энергии и доставка альтернативного топлива - водорода – делает новую сеть очень перспективной сетью. Её внедрение значительно ускорило бы отказ от традиционного сжигания углеводородов.

Переход на водородное топливо имеет и еще одну привлекательную сторону. Если каменный уголь, нефть, газ расходуется безвозвратно, то водород может участвовать в круговороте энергии сколько угодно: сгорая, он, превращается в водяной пар, затем в воду.

Все идет к тому, что основным топливом в автомобильных двигателях станет электричество. Вот только как его получить? По всей видимости, самым эффективным, компактным и безвредным способом является использование водорода в так называемых топливных элементах.

Топливный элемент - это электрохимическое устройство, которое превращает топливо в электричество без горения. В качестве топлива можно использовать природный газ, метанол, бензин или нефть. При работе топливный элемент выделяет только тепло и водяной пар.

Идея их использования не так уж и нова. Еще в 1839 году англичанин сэр Уильям Гроув разработал принципы их функционирования. Начиная с 60-х NASA стала использовать щелочные топливные элементы в космосе. И уже сейчас серийно выпускаются электростанции на топливных элементах с мощностью до 200 кВт.

У топливных элементов есть несколько больших преимуществ. Во-первых, они намного более эффективны по сравнению с любыми другими способами генерации электрической энергии, особенно - с двигателями внутреннего сгорания. Электроэнергия в элементах вырабатывается непосредственно из химических реакций. В этом случае не требуется промежуточных механических звеньев, использующихся в большинстве электростанций и снижающих эффективность. Кроме того, следует отметить экологическую чистоту и удобство топливных элементов. Они не выделяют токсичных веществ и работают практически бесшумно.

Пока что получение водорода современными методами (из природного газа или электролизом воды) требует больше энергии, чем полученный водород может дать. Тем не менее, после исчерпания месторождений источников нефти и газа он может стать единственным доступным видом автомобильного топлива. Именно по этой причине, практически все крупные автомобильные компании вкладывают в разработку двигателей на водороде огромные средства.

Также на сегодняшний день в науке уже много лет разрабатывается проблема использования для целей энергетики термоядерных реакций как гигантских источников энергии. Ученые стремятся научиться контролировать ход термоядерной реакции. О величине термоядерной энергии можно судить по такому сравнению: вступление в синтез 1 г. изотопов водорода эквивалентно сгоранию 10 тонн бензина.

Но и здесь есть свои подводные камни, для того чтобы осуществить термоядерную реакцию нужно построить огромный завод, оснастить его надежным оборудованием и высоко квалифицированной рабочей силой, что, как нам известно, не очень дешево, и это все, если не брать проблемы бюрократического и экологического характера.

Так что сейчас у человечества есть много путей, по которым можно пойти. Кроме рассмотренных в этой работе вариантов есть и многие другие пути, которые уже разработаны или еще разрабатываются, но не рассмотрены в этой работе и решать по какому пути пойдет население планеты предстоит решать новым ученым, изобретателям и инженерам, возможно выпускникам МГАТХТ.