Электричество от солнца

В предыдущих двух главах мы узнали, как солнечная энергия в своих двух формах может быть использована вме­сто ископаемых топлив для удовлетворения наших нужд, включая и производство электричества. Некоторая часть этой электроэнергии может быть использована для разложения воды на водород и кислород в устройстве, называемом элек­тролизером. Водород потом можно применять в качестве источника энергии, когда нет солнца, например ночью, или когда недоступны непрямые формы солнечной энергии.

Электричество может быть получено из водорода тремя разными путями — с использованием газовой турбины, паро­вой турбины и топливного элемента. Сегодня газовые турбины используются для получения механической и производства элек­трической энергии (когда турбина соединена с генератором). Обычно в них используется природный газ. наполняющий ат­мосферу углекислотой и другими загрязнителями, но если га­зовые турбины будут работать на водороде, они смогут произ­водить то же количество энергии чисто и более эффективно.

Большие количества механической и электрической энергии мы получаем от паровых турбин. Сейчас они применяются там, где царят уголь и мазут, загрязняющие планету и способствую­щие развитию парникового эффекта, или на атомных электростан­циях, у которых тоже немало проблем (см. главу 8). Однако пар может быть получен гораздо более чистым путем сжигания водо­рода в чистом кислороде. При этом он нагревается до 3000 °С, что в 10, а то и в 20 раз выше, чем самая большая темпера­тура в обычной духовке. Голубое пламя, вырывающееся из дюз при старте космического корабля, состоит как раз из такого высокотемпературного водяного пара, полученного при сгора­нии водорода в кислороде. Конечно, ни один конструктивный материал не может без дополнительного охлаждения долго выдерживать такую жару, так что ракетные двигатели возле сошла приходится охлаждать жидким водородом с температу-

рой -253 °С. На электростанциях, чтобы снизить температуру до допустимого уровня, к горячему пару добавляют воду.

Есть также и третий способ получения электричества из водорода, который основан на его уникальных особенностях. В топливных элементах водород соединяется с кислородом и производит электричество; при этом конечным продуктом является вода — источник водорода, так что процесс получа­ется возобновляемым и экологически чистым.

Электроэнергия из топливных элементов может быть ис­пользована для домашних и промышленных нужд, хотя, конеч­но. ее нужно трансформировать, прежде чем использовать в энергетических системах. Топливные элементы могут быть самого разного размера: маленькие, размером вдвое меньшим домашнего кондиционера, вполне могут обеспечить все по­требности квартиры или дома в электричестве, большие —

снабжать энергией заводы, магазины и т. д. В зависимости от типа топливного элемента его эффективность может меняться от 40 до 85 %. Кроме электричества эти элементы производят еще и тепло, которое может нагревать воду, отапливать поме­щения и использоваться для сушки.

В Японии с 1984 г. успешно работает электростанция на топливных элементах мощностью 4,5 МВт, которой достаточ­но для города с населением в 10 тыс. чел., а в США несколько установок мощностью 40 кВт испытаны в качестве источников электричества для домов и показали эффективность 70 %. Если продолжить работы, то в будущем вполне можно повы­сить коэффициент полезного действия этих устройств.

Еще одним преимуществом топливных элементов являет­ся ‘го, что отпадает необходимость строительства множества трансформаторных станций, поскольку каждый дом, здание или предприятие будут производить свою собственную элек­троэнергию. Это избавит ландшафт от многочисленных опор линий электропередач, уродующих его.

Наилучшим топливом для топливных элементов является водород. Получая его из ископаемых топлив или спиртов наподобие метилового, мы будем загрязнять атмосферу, что приведет к парниковому эффекту, кислотным дождям и смо­гу. Но получая водород из воды, мы не наносим ущерба природе. И настанет день, когда каждый дом, фабрика, мага­зин, офис будут оснащены собственным топливным элемен­том. При этом мы должны быть уверены, что топливо для него получено самым безопасным путем — из воды.