Энергия из шагов, волн и вулканов: 5 неочевидных способов получить электричество

Когда мы думаем о «зеленой» энергии, на ум обычно приходят солнечные панели и ветряные турбины. Но ученые и инженеры по всему миру ищут и находят куда более нестандартные источники электричества. Некоторые из них прячутся глубоко под землей, другие — в наших городах, а третьи и вовсе заставляют работать то, что мы привыкли считать бесполезным. Вот, что уже сейчас используют в мире для выработки электричества.

1. Энергия вулканов Фото: Serge Yatunin/Shutterstock/FOTODOM Геотермальные электростанции используют тепло от магмы

Вулканы действуют как гигантские тепловые вентиляционные отверстия, поднимая магму ближе к поверхности. Часть этой расплавленной породы извергается, но большинство остается под землей, нагревая окружающие горные породы и воду. Там, где нагретая вода поднимается на поверхность, она образует горячие источники и гейзеры, которые могут существовать тысячи лет.

Чтобы использовать эту энергию, инженеры находят области, где магма находится близко к поверхности, и бурят глубокие скважины до нагретых пород и воды. Эти скважины доставляют пар на поверхность, где он направляет свою силу на турбины электростанции.

После производства электроэнергии пар охлаждается и конденсируется обратно в горячую воду. Затем эта вода может преобразовывать другую жидкость с гораздо более низкой температурой кипения, например, бутан, приводя в действие второй генератор. Отработанную воду закачивают обратно под землю для повторного нагрева.

Земля постоянно производит тепло, поэтому геотермальная энергия служит возобновляемым ресурсом. Такие электростанции создают гораздо меньше загрязнений, отходов и парниковых газов, чем сжигание угля, газа или нефти. Они могут работать десятилетиями и, в отличие от солнца и ветра, обеспечивают энергией 24 часа в сутки 365 дней в году.

Вулканически активные регионы, такие как Исландия и Филиппины, являются мировыми лидерами в этой области. В Исландии геотермальные источники обеспечивают около 25% электроэнергии, а на Филиппинах работает одна из крупнейших в мире геотермальная электростанция «Мак-Бан».

Россия также использует этот потенциал, развивая геотермальную энергетику на Камчатке. Там действуют Мутновская и Паужетская геотермальные электростанции, или ГеоЭС. Мутновская ГеоЭС — расположена у подножия действующего Мутновского вулкана и обеспечивает значительную часть электроэнергии для центрального Камчатского энергоузла, включая города Петропавловск-Камчатский и Елизово. Паужетская ГеоЭС находится на юге полуострова, возле вулканов Кошелева и Камбального, и снабжает энергией поселки Паужетка и Озерновский.

2. Тротуарная плитка Фото: Mark Yuill/Shutterstock/FOTODOM Если города оснащать плитками-генераторами, преобразующими кинетическую энергию шагов в электричество, это может стать экологически чистым источником энергии для уличных линий питания

А если бы наши города могли вырабатывать электричество просто от того, что по ним ходят люди? Эта идея уже перестала быть фантастикой. Инженеры создали специальные плитки-генераторы, которые преобразуют кинетическую энергию шагов в электрический ток.

Принцип работы напоминает динамо-машину на велосипеде. Когда человек наступает на такую плитку, она прогибается всего на несколько миллиметров. Это крошечное движение запускает мини-генератор внутри, рождая небольшой разряд тока. Один шаг дает совсем немного энергии — чтобы зарядить смартфон, понадобилось бы несколько тысяч нажатий. Но люди на оживленном вокзале, стадионе или танцполе могут обеспечить киловатт-часы.

Такие системы уже работают. Например, в Лондоне их устанавливают на оживленных улицах, а в Рио-де-Жанейро — в футбольных школах. Энергии от «умных» тротуаров пока хватает для питания уличных фонарей, рекламных щитов или зарядных станций. Но у технологии есть потенциал для дальнейшего развития.

3. Центры обработки данных Фото: Gorodenkoff/Shutterstock/FOTODOM Инженеры используют тепло от серверов дата-центров для обогрева домов и выработки электроэнергии

Современный мир работает на данных, а центры обработки данных, или дата-центры — их гигантские фабрики. Все эти серверы выделяют колоссальное количество тепла, и обычно мощные системы кондиционирования просто рассеивают его в атмосфере. 

Инженеры придумали, как заставить дата-центры отапливать дома и вырабатывать электричество. Они интегрируют в системы охлаждения серверов тепловые насосы или используют технологию, которая работает по принципу паровой турбины, но на органическом теплоносителе с низкой температурой кипения.

Теплый воздух от серверов нагревает воду или специальную жидкость. Та, в свою очередь, испаряет органический теплоноситель, пар которого крутит турбину генератора. После этого пар охлаждается и конденсируется, чтобы цикл повторился снова.

Например, в Финляндии дата-центры крупных компаний обогревают дома в Мянтсяля, Манцала на юге страны и  Эспоо, второго по величине города Финляндии. Этот подход не столько создает новую энергию, сколько повышает эффективность использования уже затраченной, замыкая энергетический цикл.

4. Разница в солености вод Мирового океана Фото: Wayfarer007/Shutterstock/FOTODOM В местах, где пресные воды рек впадают в соленые моря, возникает огромный потенциал для генерации энергии

Мировой океан — это не только волны, но и гигантская невидимая электростанция, работающая на разнице в солености воды. В местах, где пресные воды рек впадают в моря, возникает огромный потенциал для генерации энергии.

Ученые используют два метода.

Первый — осмотическая энергия: через специальную мембрану пресная вода естественным образом стремится перемешаться с соленой, и этот осмотический поток создает высокое давление, которое можно направлять на турбину генератора.

Второй — реверсивный электродиализ: между слоями соленой и пресной воды помещают мембраны, которые пропускают положительные или отрицательные ионы соли. Разделение зарядов создает постоянный электрический ток, который затем преобразуют в переменный.

Пока эта технология существует в основном в виде пилотных проектов, например в Норвегии и Нидерландах. Ее главные препятствия — высокая стоимость мембран и необходимость фильтровать воду от загрязнений. Однако потенциал огромен: по оценкам экспертов, глобально мы могли бы получать до 2,6 ТВт энергии, просто используя естественные «стоки» рек в океаны.

5. Энергия морских волн Фото: Wikipedia.org Волновые электростанции используют энергию движущихся волн, например через вращающийся винт, вызываемый набегающими волнами

Одним из самых неочевидных, но перспективных источников энергии являются морские волны. Примером инновационного подхода стала волновая электростанция, запатентованная инженерами Кубанского государственного технологического университета.

Ключевой элемент установки — специальный винт, на который воздействуют набегающие волны. Под их напором винт поворачивается вместе с корпусом. Внутри корпуса неподвижно закреплены два соленоида — устройства, преобразующие механическое движение в электрический ток. К ним через поворотные рычаги прикреплены дугообразные ферромагнитные стержни. Когда волна поворачивает винт на 180°, он доходит до упора в демпфер, а рычаги поднимаются. Затем под действием силы тяжести они опускаются в другой демпфер, и в этот момент генерируется электрический ток.

Эта технология может стать особенно полезной для удаленных прибрежных регионов, где затруднено стабильное централизованное электроснабжение. В России крупные волновые станции расположены в Краснодарском крае, на озере Байкал, на Камчатке, в Крыму и на острове Сахалин. 

Также волновые станции с подобным принципом работы находятся в Португалии, Испании, Великобритании, у берегов Западной Австралии. 

Как грибы очищают природу

5 самых странных способов охранять природу

Самые большие электростанции в мире: топ-10