Альтернативные виды топлива. Настоящее и будущее

Альтернативны е виды топлива . Настоящее и будущее. История развития человечеств а тес нейшим образом связана с получени ем и использованием энергии . Издавна в кач естве основных источников энергии , использовались дрова (и сейчас тоже ), торф , древесный уголь , вода , ветер . Также с древнейших врем ен известны уголь и нефть. История нефти насчитывает тысячи л ет. Различные памятники древности свидетельствуют о том, что Она применя лась задолго до нашей эры. Так, обнаружены (раскопками) следы нефтяного пр омысла, существовавшего за 6-4 тысячи лет до нашей эры на берегу Ефрата. Неф тяная смола здесь применялась в качестве цемента при постройке города У Р и как гидроизоляция при возведении тоннеля под рекой Евфрат. Практическая ценность топлива определяется количеством тепл оты , выделяющимся при его полном сгорании . (Так при сгорании 1 кг древесины выделяется теплота , равная мДж /кг , каменного угля -22 мДж /кг , бензина - 44 мДж /кг .) Основной недостаток природного топлива - ег о крайне медленная восполняемость . 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 трлн барр ., из которых до настоящего времени был израсходован т олько 1 трлн , является " со вершенно нереалистичным " . Согласно их данным , в настоящий момент мировые запасы нефти составляют всего 3,5 трлн барр . Если учесть , что ежегодно человечество потребляет около 25 млрд . барр . нефти и эта цифра имеет тенденцию к росту , предположение , что кризи с ресурсов возможен уже в ближ айшие 2-3 десятилетия , видится вполне обоснованным . По самым пессимистичным подсчетам Межправитель ственной группы по климатическим изменениям , мировые ресурсы нефти на данный момент со ставляют 5 трлн барр . (03.10.2003) Истощен ие не грозит гидроэнергетическим ресурсам - в отличие от органического топлива они непрерывно возобновляю тся . Но гидроэнергетические ресурсы неспособны , дать необходимое количество энергии. Вот почему важнейшей проблемой энергетики стала проблема изыскания новых источник ов энергии , в частности ядерной энергии , э нергии солнечного излучения , внутреннего тепла Земли . Одним из перспективных и сточников энергии является водород . Его выдел яют из обыкновенной воды , и это не еди нственный способ его получения , он хо р ошо хранится и транспортируется в газообразно м , жидком и твердом виде . Газ удобно хр анить 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 про извод ства электроэнергии , но и на разл ожение воды . По одному трубопроводу диаметром 900 мм можно передать энергопоток мощностью свыше 12000 мВт . Учёные Научно-исследовательского института энергетики США работают над пр оектом сверх проводящей энергосети для дос тавки электричества и водородного топлива по всей стране . Способность к передаче больш их объёмов энергии и доставка альтернативного топлива - водорода – делает новую сеть очень перспективной сетью . Её внедрение зна чительно уск о рило бы отказ от т радиционного сжигания углеводородов. Переход на водородное то пливо имеет и еще одну привлекательную ст орону . Если каменный уголь , нефть , газ расх одуется безвозвратно , то водород может участв овать в круговороте энергии сколько угодно : сгор ая , он , превращается в водяной п ар , затем в воду . Все идет к тому , что основным топливом в автомобильных двигателях станет электричество . Вот только как его получить ? По всей видимости , самым эффект ивным , компактным и безвредным способом являе тся использо вание водорода в так назыв аемых топливных элементах. Топливный элемент - это эл ектрохимическое устройство , которое превращает то пливо в электричество без горения . В качес тве топлива можно использовать природный газ , метанол , бензин или нефть . При работе то пливный элемент выделяет только тепло и водяной пар. Идея их использования не так уж и нова . Еще в 1839 году англич анин сэр Уильям Гроув разработал принципы их функционирования . Начиная с 60-х NASA стала использовать щелочные топливные элементы в космосе . И уже сейчас серийно выпускаю тся электростанции на топливных элементах с мощностью до 200 кВт . У топливных элементов ес ть несколько больших преимуществ . Во-первых , он и намного более эффективны по сравнению с любыми другими способами генерации электриче ско й энергии , особенно - с двигателями в нутреннего сгорания . Электроэнергия в элементах вырабатывается непосредственно из химических р еакций . В этом случае не требуется промежу точных механических звеньев , использующихся в большинстве электростанций и снижающ и х эффективность . Кроме того , следует отметить экологическую чистоту и удобство топливных элементов . Они не выделяют токсичных вещест в и работают практически бесшумно . Пока что получение водор ода современными методами (из природного газа или электролизом в оды ) требует больше энергии , чем полученный водород может дат ь . Тем не менее , после исчерпания месторож дений источников нефти и газа он может стать единственным доступным видом автомобильн ого топлива . Именно по этой причине , практ ически все крупные автомо б ильные к омпании вкладывают в разработку двигателей на водороде огромные средства . Наиболее близка к серийн ому производству таких систем компания Ford. Совм естно с канадской компанией Ballard Power Systems ею разработ ан образец водородной генераторной уста но вки Ballard Ecostar. Она способна заменить небольшие турб ины или двигатели внутреннего сгорания , в которых применяются другие виды топлива . Уста новка способна развивать мощность до 114 киловат т. Надо сказать , что и Р оссия не отстает от конкурентов . На ОА О " А ВТОВАЗ " в 1999 году была принята программа по разработ ке автомобиля на топливных элементах . В 2001 году был разработан ходовой макет АНТЭЛ 1 на базе автомобиля ЛАДА НИВА 2131. Кстати говоря , процесс со единения водорода с кислородом составляет осн ову би оэнергетики организма человека . Благ одаря химическим реакциям , протекающим в кажд ой живой клетке , энергия с высоким КПД преобразуется в тепловую и механическую . Та к что человек лишь повторяет созданное пр иродой устройство получения энергии (и не без польз ы для самого себя , естест венно ; так что работа по дальнейшему усове ршенствованию технологии топливных элементов все ляет надежду на счастливое энергетическое буд ущее ). Безусловно , на пути к нему возникает и еще возникнет достаточно проблем . И до появления на дорогах автомобилей на водороде пройдет еще не мало времени. Но уже сейчас Исландия планирует перевести весь транспорт на топл ивные элементы . Исландия готовится стать перв ой страной в мире , которая сведет выбросы углекислого газа в атмосферу к нулю . Это с еверное островное государство станет испытательной лабораторией новой экономики , в которой роль ведущего энергоносителя будет играть водород. В течение 20 ближайших лет правительство намерено перевести автобусы , а втомобили и рыболовный флот на топливные эл ементы ( fuel cells ) и создать новую инфраструкту ру. А в России , непосредствен но в Москве Юрий Михалычь уже собирается перевести технику на эфир. Еще одним альтернативным видом топлива сегодня является ДМЭ (диметил овый эфир ). Это , так сказать , следующая сту пень по внедрению использования газа в двигателях внутреннего сгорания . В Москве состоялась презентация совершенно нового вида дизельного двигателя . Отныне ЗИЛы смогут ездить на диметиловом эфире . По большому с чету это аналог газа . Главный плюс нового топ л ива - экологическая безопасность . Выбросы оксида азота сокращаются минимум в 2,5, а то и в 3 раза. " Мы хоти м запустить следующую опытную партию примерно из 50 автомобилей . Но эта работа только начинается . При этом первые три образца автомобилей показывают, что принципиальных трудностей с ними не будет , - отметил зам еститель начальника Управления транспорта и с вязи Москвы Валерий Антюфеев . По его слова м , " все автомобили подтвердили те экологические характер истики , на которые мы рассчитывали . В буду щем мы пла нируем изменить инфраструктуру заправочных станций " . " Пропанобутановые станции , которые сейчас строятся в городе по этой же п рограмме , в будущем подвергнутся глубокой мод ернизации и станут двухтопливными " . Еще в начале 2002 года с толичная мэрия приняла про грамму перевода части городского автопарка на альтернативные виды топлива . Одним из главных " козырей " программы счит алось внедрение вместо дизельного топлива дим етилового эфира (ДМЭ , химическая формула СНз-0-С Нз , получают несколькими способами из органич ес ких соединений , наиболее экономичный " - синтез и з природного газа метана ). Отмечалось , что применение этого топлива не потребует серьезн ых доработок серийных автомобилей , зато выхло пы вполне будут соответствовать строгим европ ейским стандартам. Мэр сообщи л , что х имические заводы уже готовы поставлять новое топливо и его можно производить миллиона ми тонн . А тульские химики пообещали сдела ть ДМЭ в массовом производстве в два раза дешевле солярки . То есть даже при расходе альтернативного топлива в 1,7 раза б о льше дизельного , машины будут экон омичнее в эксплуатации. Также на сегодняшний ден ь в науке уже много лет разрабатывается проблема использования для целей энергетики термоядерных реакций как гигантских источников энергии . Ученые стремятся научиться контрол ировать ход термоядерной реакции . О ве личине термоядерной энергии можно судить по такому сравнению : вступление в синтез 1 г . изотопов вод орода эквивалентно сгоранию 10 тонн бензина. Но и здесь есть свои подводные камни , для того чтобы осущ ествить термоядерную реакцию нужно построить огромный завод , оснастить его надежным оборуд ованием и высоко квалифицированной рабочей си лой , что , как нам известно , не очень де шево , и это все , если не брать проблемы бюрократического и экологическо г о характера. Так что сейчас у чел овечества есть много путей , по которым мож но пойти . Кроме рассмотренных в этой работ е вариантов есть и многие другие пути , которые уже разработаны или еще разрабатыв аются , но не рассмотрены в этой работе и решать по какому пути пойдет нас еление планеты предстоит решать новым ученым , изобретателям и инженерам , возможно выпускни кам МГАТХТ.