Воздушные реки, кисельные берега

Мировой экономический кризис поколебал цены на ископаемые энергоносители, но задачу поиска альтернативных источников энергии не отменил. И кое-что любопытное время от времени появляется.

Мировой экономический кризис поколебал цены на ископаемые энергоносители, но задачу поиска альтернативных источников энергии не отменил. Незыблемыми остались и главные препятствия на пути получения чистой энергии: нестабильность и низкая энергетическая плотность природных источников. Однако учёная мысль, несмотря на кризис и период летних отпусков, не стоит на месте. И хотя рождения принципиально новых идей в такой консервативной отрасли, как энергетика, ожидать не приходится, кое-что любопытное время от времени появляется.

 Широкие перспективы сулят исследования химиков из Университета Огайо, предложивших эффективную технологию получения водорода из мочи. У горючего газа есть все предпосылки, чтобы стать популярным видом топлива. Оказывается, из мочи его можно получать с помощью банального электролиза, применяя недорогой никелевый катализатор. И этот процесс потребует примерно втрое меньше энергии, чем электролиз чистой воды.

Дело в том, что в составе мочи преобладает мочевина - конечный продукт белкового обмена нашего организма. В молекуле мочевины четыре атома водорода, и оторвать водород от неё гораздо легче, нежели от молекулы воды. Для получения водорода даже не придется сильно модифицировать очистные сооружения, поскольку электролиз и так применяется при обработке сточных вод.

А ученые из Стэнфордского университета опубликовали в журнале Energies статью, которая вновь привлекла внимание к идее получения чистой энергии из высотных струйных течений на границе между тропосферой и стратосферой. Авторы работы впервые подробно проанализировали глобальные данные о скорости высотных ветров, собранные метеорологами за последние три десятка лет, и пришли к любопытным выводам.

Высотное струйное течение - это гигантская воздушная река, которая движется со скоростью более 30 м/с на высоте около десяти километров. Её ширина достигает сотен, а длина - тысяч километров. Такие воздушные реки (а их несколько десятков) опоясывают весь земной шар и представляют серьезную опасность для авиации, особенно в турбулентных зонах вблизи своих границ. Считается, что мощные высотные струи возникают в результате влияния на атмосферу вращения Земли и солнечного излучения.

Суммарная энергия ветра в высотных воздушных реках многократно превышает все энергетические потребности человечества. Типичная плотность мощности ветра в струе достигает десятка киловатт на квадратный метр, что на порядок больше, чем у самых сильных ветров, дующих у поверхности планеты. Проблема лишь в том, как эту энергию спустить с небес на землю.

И здесь есть вполне осуществимые технические решения. Фирма Sky WindPower уже отработала конструкцию парящего, словно воздушный змей, генератора с четырьмя большими пропеллерами. Вырабатываемая генератором энергия будет передаваться на землю по кабелю, а в обратном направлении по тому же кабелю можно посылать управляющие команды - чтобы, например, переместить "змея" на заданную высоту. Себестоимость электроэнергии в случае массового производства генераторов оценивается в два-четыре цента за киловатт-час. Эту разработку журнал Time назвал в числе лучших изобретений прошлого года.

Есть и другие прототипы высотных генераторов, вроде наземной карусели, приводимой во вращение прикреплёнными к ней воздушными змеями. К сожалению, такая карусель может собирать энергию ветра на высоте не более километра, где ветер хоть и сильнее, чем у поверхности, но всё же уступает мощи воздушной реки.

Замечательно, что "русла" высотных потоков пролегают там, где есть большая потребность в энергии. Ученые выяснили, что, например, над Токио, НьюЙорком и Сеулом текут полярные течения с феноменальным энергетическим потенциалом. Так, над "Большим яблоком" проходит одно из самых сильных в Америке воздушных течений - его средняя плотность мощности достигает 16 кВт/кв.м. По-видимому, для снабжения энергией мегаполисов и следует в первую очередь строить высотные ветрогенераторы.

К сожалению, в этой области есть ряд трудноразрешимых проблем. Хотя высотные воздушные реки в целом гораздо стабильнее ветров у поверхности земли, они тоже подвержены сезонным и прочим колебаниям. А если стремиться к стабильности в выработке электроэнергии, то оптимальная высота размещения генератора, а вместе с нею и плотность энергии ветра значительно снизится.

Кроме того, пока не очень понятно, как масштабное вмешательство в течение высотных воздушных рек отразится на климате. Грубые модели предсказывают охлаждение поверхности планеты, снижение количества осадков и увеличение ледяного покрова морей. Однако эти вопросы ещё потребуют серьёзного изучения.

Впрочем, всё это лишь научные исследования и смелые проекты. А пока приходится использовать то, что уже доказало свою работоспособность. Политики с энтузиазмом объявляют о планах установки обычных наземных и морских ветряков, а автопромышленники наперебой обещают выпуск новых моделей электромобилей.

Из еженедельника "Компьютерра" № 27-28 (791-792)