Топливо будущего Гелий-3

Сб, 10/03/2015 - 21:40

Оценка существующего энергетического потенциала

Исходя из звучных заявлений экспертов — в этом столетии человечество неизбежно столкнется с энергетической проблемой, не имевшей аналогов в прошлом. Она связана с вероятным исчерпанием природных ресурсов нефти и газа, занимающих сегодня 60…80% в мировом энергобалансе. Пессимисты говорят о том, что уже через 20 лет дефицит нефти и газа возьмет человечество за горло. Оптимисты называют 50 лет. Разница невелика. Существуют разные оценки, но в любом случае углеводородное топливо при современных объемах потребления будет исчерпано до конца XXI в.

Возможности замещения нефти и газа в энергобалансе уже сегодня известны, и технически проработано немало альтернативных источников энергии, и это, прежде всего солнечный свет. Эффективность соответствующих гелиоэнергетических установок постоянно увеличивается. Они применимы, например, для отопления домов. Имеют определенные перспективы возобновляемые биологические ресурсы, а также специальные биохимические устройства на основе того же фотосинтеза. Большой потенциал заключен в движении водных и воздушных масс. Роль гидроэнергетики, ветровых генераторов, термоустановок, использующих внутреннее тепло Земли, имеет тенденцию к возрастанию. Однако даже в совокупности перечисленные варианты далеко не обеспечат полного замещения углеводородного топлива. Главный недостаток большинства из них в том, что они рассчитаны на потребление рассеянной энергии с малой удельной мощностью. Аккумулирование ее требует больших поверхностей или объемов энерговоспринимающих устройств. Значит, даже при теоретически больших ресурсах реальная возможность применения этих источников ограниченна. Правда, есть еще уголь. Его хватит лет на двести, но его сжигание связано с большой экологической нагрузкой для Земли. Да и топливная эффективность относительно мала. Поэтому, хотя в ежегодной мировой добыче уголь (4,9 млрд. т) по массе превосходит нефть (3,8 млрд. т), его доля в энергетическом балансе вчетверо меньше. И если покрывать хотя бы половину мировой потребности в энергии за счет угля, то доступные источники будут исчерпаны в течение 50…60 лет.

По оценке председателя Комитета по возобновляемым источникам энергии Российского Союза НИО Павла Безруких, доля возобновляемой энергии (то есть энергии, которую получают от ветра, приливов, солнечного света) во всем мире составляет около 11%. По прогнозам экспертов, к 2040 году эта доля может увеличиться до 47%. Эта цифра выглядит сейчас фантастической только на первый взгляд — за последние 5 лет доля использования возобновляемой энергии возрастает с каждым годом на 30-50% по отношению к предыдущему году. Уже сейчас в Германии получают 17 гигаватт от источников возобновляемой энергии, в Испании — 8, в США — 6, в Индии — около 3,5 гигаватт. В России, которая весьма богата и нефтью, и газом, вопрос о возобновляемой энергии актуален и сейчас, даже при наличии все еще больших запасов сырья. К примеру, на Крайнем Севере большую половину электроэнергии получают от дизельных электростанций, хотя эффективность использования там ветряных установок очевидна.

Принципиальное разрешение проблемы может дать только ядерная энергия. Сегодня в мировом балансе она составляет 17%. Но развитие атомной отрасли сдерживается ее главными недостатками: необходимостью захоронения радиоактивных отходов, отработавших реакторов и конструкционных материалов, катастрофическими последствиями возможных аварий. Вместе с тем запасы урана-235 ограниченны. Правда, разработка технологий ядерного деления на быстрых нейтронах позволит перейти от использования редкого изотопа урана-235 к более чем в 100 раз распространенному урана-238, а также к использованию тория. На определенный период это снимет дефицит источников делящихся материалов. Но бич этих технологий — радиоактивные отходы — останется. Их захоронение уже сейчас представляет существенную проблему. Массовое развитие атомной энергетики, основанное на делении тяжелых ядер, неизбежно имело бы катастрофические последствия для экологии. Поэтому такой вариант не может рассматриваться как окончательный или даже долговременный.
Гелий-3

Гелий-3 (3He) — один из изотопов (разновидностей) гелия, в ядре атомов которого в отличие от обычного гелия один нейтрон, а не два. Природный гелий-3 составляет 0,000137%. Общее количество его в атмосфере Земли оценивается в 35 000 тонн. Изотоп гелия постоянно улетучивается из атмосферы в космос и не появляется в процессах радиоактивного распада (за исключением распада элемента трития). Большая часть гелия-3 на Земле сохранилась еще со времен ее образования. Он растворен в мантии Земли и постепенно поступает в атмосферу через вулканы и разломы в коре и оценивается всего в несколько килограмм в год. Некоторая часть гелия-3 возникает при распаде трития, в реакциях на литии (под действием альфа-частиц и космических лучей), а также поступает из солнечного света. На Солнце и в атмосферах планет-гигантов первичного гелия-3 значительно больше, чем в атмосфере Земли. В лунном реголите гелий-3 постепенно накапливался в течение миллиардов лет от воздействия солнечного ветра. В результате тонна лунного грунта содержит 0,01 г гелия-3; это значительно выше, чем в земной атмосфере.

Отсутствие атмосферы на Луне позволяет сохраниться большому количеству гелия-3, в то время как на Земле его исчезающе мало. Оптимистические расчеты показывают, что его можно добывать на Луне, чтобы потом возить на Землю и использовать в термоядерных реакциях. По расчетам этот изотоп, возможно, будет эффективно использовать в разработанных реакторах, которые, как предполагается сейчас, будут работать на принципах управляемого термоядерного синтеза. Реакция будет происходить без испускания нейтронов, что не должно повлиять на увеличение радиационного фона и безопасно для здоровья человека. Анализы образцов лунных почв показали, что в поверхностном слое спутника его содержится более миллиона тонн. Входящие в состав гелия-3 элементы слабо связаны в лунном грунте, поэтому он начинает выделяться уже при нагреве выше 200 градусов Цельсия. Лунные запасы потенциальной тепловой энергии более чем в десять раз превышают имеющийся сейчас у человечества ресурс ископаемого топлива.

Сейчас гелий-3 производят на радиохимических предприятиях в количествах, исчисляемых тысячами литров в год: так, его промышленное производство в США составило около 8 тысяч литров в 2010 году при стоимости порядка 2150 долларов за литр. Используют гелий-3, главным образом, для наполнения газовых счетчиков, применяемых для детектирования нейтронов, — это наиболее распространенный метод измерения нейтронного потока.
Теоретически при термоядерном синтезе, когда в реакцию вступает 1 тонна гелия-3 с 0,67 тоннами дейтерия, высвобождается энергия, эквивалентная сгоранию 15 млн тонн нефти, однако на настоящий момент не изучена техническая возможность осуществления данной реакции.

Другие материалы рубрики


  • Недавно в новостях услышал информацию о том, что весной 2010 г. городское население планеты превысило сельское и составляет 51%. В 2020 г. городское население уже будет составлять 57%.
    Вроде бы ничего интересного. Сухая статистика.
    Но за этой статистикой просматривается очень настораживающая тенденция, если учесть, что за этот период население Земли вырастет с 6,8 до 8 миллиардов человек.
    Урбанизация растет огромными темпами.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Если внимательно присмотреться к рынку многофункциональных преобразователей, то даже не смотря на всемирный спад и уменьшение продаж, многие производители не перестают выступать новые инверторы. Отчасти подобное связано с тем, что компании стараются привлечь внимание покупателей, частично из-за применения последних технологий.
    Несмотря на то, что источник бесперебойного питания купить можно в любом магазине, новинки не так быстро достигают конечного потребителя.



  • Многие десятилетия неизменным элементом пейзажа промышленной нефтедобычи являлись грандиозные факелы, в которых сгорал попутный газ — неизбежный спутник нефтедобычи. Громадные шлейфы дыма простирались на десятки и сотни километров и были прекрасно видны даже из космоса. Так было долго и казалось, что так будет всегда. Но все меняется в этом мире, и иногда — в лучшую сторону.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Ветры бывают самые разнообразные: это и дующий десятки минут легкий бриз, и глобальные ветра — но все они существуют за счет солнечного нагрева планеты. Важными факторами влияния на атмосферную циркуляцию воздуха являются разность обогрева между экватором и полюсами, а также вращение нашей планеты, называемое эффектом Кориолиса. Сезонные колебания в скорости и направлении ветра являются результатом сезонных изменений из-за относительного наклона оси вращения Земли к Солнцу, которое, в свою очередь, изменяет паттерны разности обогрева. Ежедневные различия в обогреве атмосферы вызваны различным нагревом локальных областей поверхности земли, например, суши и океана. Еще движение воздуха осложняется целым рядом факторов глобального масштаба, таких как вращение Земли, а также сушей, горными хребтами и холмами, растительностью, океанами, морями и озерами. Из-за трения о поверхность земли, растительность и здания скорость ветра возрастает с увеличением высоты над поверхностью земли.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • ...Возможность установки ветрогенераторов также зависит от климата, а конкретнее – от средней скорости ветра в данной местности. Трудно спрогнозировать, каковы будут скорость и направление ветра в определенный момент. Но если рассматривать большие временные промежутки, соизмеримые со сроком эксплуатации ветряка, то можно довольно точно сказать, что, например, в течение года в месте его установки будет 4000 часов со скоростью ветра более 4 м/с, что обеспечит гарантированную генерацию, условно говоря, 1000 КВт·ч в год. В частности, у нас средняя скорость ветра составляет около 5 м/с, что вполне пригодно для получения ветровой энергии, так как рекомендуемая скорость ветра для этих целей 4 м/с и более.

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3


  • Вопрос смесевых технологий при производстве бензинов давно уже интересует технологов, экологов, энергетиков, автомобилистов и просто любителей всяческих новшеств и современных технологий. Несмотря на множество позитивных моментов, так же как и на наличие определенных недостатков, однозначности в выводах пока еще не присутствует, что оставляет обширные пространства для размышлений и убеждений, похвалы и критики.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Еще с незапамятных времен люди использовали энергию ветра.
    Первоначально человек научился преобразовывать кинетическую энергию воздушного потока (ветра) в механическую. Появилось огромное разнообразие ветряных мельниц, значительно облегчивших жизнь людей того времени.
    Идея ветрогенератора для выработки электрической энергии с использованием энергии ветра появилась чуть более 100 лет назад.
    Пытливая мысль изобретателей создала огромное разнообразие конструкций ветроустановок:
    — по расположению оси вращения лопастей (горизонтальная, вертикальная, наклоненная);
    — по количеству лопастей (одна, две, три и более);
    — по мощности (от десятков Ватт до нескольких МВатт);
    — по форме лопастей, по конструкции генераторов и т.д.

    • Страницы
    • 1
    • 2


  • Сначала приведем высказывание российского геофизика Е.П. Борисенкова о прошлом человечества:
    «Причины гибели или упадка некоторых цивилизаций, а также многие неблагоприятные социальные явления в период средневековья так же, как и в древней истории, были связаны с экологией.
    Если мышление человека античности в ряде случаев было настолько эгоистичным, что, несмотря на свои выдающиеся по тому времени научные и естественные познания, он не думал о связи между лесом, водой, почвой и последствиями своей деятельности, то и в период средневековья человечество ушло от этого уровня понимания не очень далеко».

    • Страницы
    • 1
    • 2
    • 3
    • 4


  • Экспоненциальный рост населения и истощение природных ресурсов заставляют ученых придумывать самые невероятные проекты по спасению планеты. Один из них — космические электростанции, передающие на Землю энергию Солнца посредством микроволнового излучения. Технология эта не столь фантастична, как может показаться на первый взгляд.
    Вполне возможно, что лет через тридцать на геостационарной орбите обоснуется группировка объектов, каждый из которых будет подозрительно напоминать «Звезду смерти». Необъятные зеркальные крылья, нечто вроде электромагнитной пушки и наземная приемная антенна километров десять в диаметре — так будет выглядеть система глобального энергоснабжения.
    Вернее, такой ее представляли конструкторы еще в 1970-х. И уже тогда это не было научной фантастикой! В связи с энергетическим кризисом американское правительство выделило $20 миллионов агентству NASA и компании Boeing на проработку проекта гигантского спутника SPS (Solar Power Satellite).



  • Чтобы получать тепло из снега, дождя и, что реже, града, нужен АТМОТЕРМ. Это устройство относится к стационарным приборам для нагревания текущих сред, использующий при прохождении данного процесса тепловой эффект экзотермической реакции образования гидроксида кальция из СаО, которая проходит при утилизации снежного покрова на месте его образования.
    Область применения устройства – генерация тепловой энергии для обогрева стен жилых и нежилых помещений, используя атмосферные осадки.
    Исследуя решения в данной области, мы не найдем наверняка устройства, объединяющего в себе функции переработки атмосферных осадков и обогревателя, работающего без подвода электроэнергии, при этом являясь таким экономичным, как атмотерм (экономичность смотрите дальше). Решения, предлагаемые другими авторами (смотри ниже) имеют ряд недостатков: потребляемость большого количества электроэнергии, узкая направленность технологий – только утилизация снега или только генерация тепловой энергии, сложность устройства, лежащее в наличии большого количества комплектующих компонентов, таких как ИК-излучатели и другие подобные устройства.

    • Страницы
    • 1
    • 2