Новые источники энергии - Варфоломеев

[solarhome]

Сергей Варфоломеев, член-корреспондент РАН, заведующий кафедрой химической энзимологии химфака МГУ:

Один из моих учителей, фундаментальный человек, который является нобелевским лауреатом, Николай Николаевич Семенов, один из первых в стране, а может быть даже и в мире, в 1971 году написал статью, из которой следовало, что «человечество будет испытывать энергетические проблемы и у человечества есть выход – это использование возобновляемых источников энергии». И в 1974 году он организовал в Академии наук удивительный продуктивный научный совет под названием «Изыскание новых путей использования солнечной энергии». По тем временам казалось, что это так далеко, нефти много, и литр нефти стоил гораздо дешевле, чем литр воды газированной. Но тогда было ясно, что, во-первых, ресурсы ограничены и, во-вторых,  CO2 будет накапливаться, погода будет меняться. И тогда еще Николай Николаевич посчитал, что если тенденции сохранятся без изменения, то в течение ближайших 50 лет уровень мирового океана может вырасти на 10 метров.

Несколько дней назад Европейский союз в значительной степени под влиянием работ, которые  проводят в США, провозгласил идею о том, что борьба с климатическими изменениями – одна из главных проблем современности. На чем это основано? На использовании угля, нефти, газа, как внутренних источников энергии, продуцирующей гигантский объем углекислоты. Есть 2 способа, которые абсолютно адекватно компенсируют вот эти объемы: это полупроводниковое фотоэлектричество и это топливо из биомассы, так называемое биотопливо. В нашем Институте мы работаем над системой, которая, на наш взгляд, должна быть существенно дешевле, чем все известные системы. Она основана на полупроводниковых преобразователях в окислах металлов. Это панели, поглощающие солнечную энергию. Под действием солнечной радиации происходит преобразование системы таким образом, что происходит разделение  зарядов, возникает электрический потенциал- это и есть движущая сила электричества. Если вы эти два электрода замыкаете через электрическую лампочку – лампочка  у вас светит, через мотор – у вас вращается мотор в классическом варианте.

То же самое происходит, когда мы получаем биотопливо. Потому что в зеленом листе происходят процессы, связанные с хлорофиллом: происходит разделение зарядов, электронная вакансия, в конечном итоге, преобразуется в систему окисления воды, и возникает кислород, которым мы дышим. А электрон сам оказывается на уровнях, которые позволяют углекислоту, которую опять же мы выдыхаем, конвертировать в энергоемкие химические соединения, из которых потом получается весь набор биотоплив: это метан, бутанол, этанол, кеталь, дизель. Приведу 2 цифры: в настоящее время мир в целом производит порядка 3800 – 4000 гигаватт электроэнергии, это установленные мощности. В настоящее время фотоэлектричество производит порядка 7,5 гигаватт, но при этом скорость удвоения фотоэлектрических станций в мире таковы, что каждые 1,7 года объемы фотоэлектричества в мире увеличиваются. И это означает, что к 2025 – 2030 году фотоэлектричество будет соответствовать по установленным мощностям и, в конечном итоге, по объемам производства электроэнергии всей современной энергетической базе, включая: газовые электростанции, угольные электростанции, нефтяные электростанции, атомные электростанции. Абсолютно такая же ситуация с топливом. Я просто приведу еще одну цифру. В настоящее время биотопливо в виде биоэтанола, биометана, биобутанола, биодизеля, сейчас мы изобрели новое биотопливо в виде биокетали, изобрели новое биотопливо в виде биоцетанов, т.е. это все – энергоемкие молекулы, которые получаются из биомассы.

К 2030 году объем  производства вот этих топлив в мире может приблизиться к производству нефти. Это означает, что мы с вами купаемся в энергии, только пока не умеем ее как следует использовать. Основой производства биотоплива в мире является растительное сырье. Вот когда мы с вами собираем 80 млн тонн пшеницы, что остается? Остается 150 млн тонн отходов: это солома, это всякого рода остатки. Сейчас они практически не используются или используются с очень слабой эффективностью, а энергетической – никакой. И вот эти вот отходы и есть предмет интереса, который позволяет химическими способами, биотехнологическими способами, ферментными способами трансформировать, например, в дизельное топливо, или, например, в метан. Биотопливо способно из отходов сельского хозяйства, лесного хозяйства, вот эти молекулы, которые сейчас выбрасываются, превращать в реально энергоемкие соединения, которые могут использоваться для транспорта, для обогрева жилищ, для химической индустрии. Несмотря на то, что фундамент есть, технологическая основа есть, ведь это еще надо создать, построить, сложить, отпечатать, протянуть линии, создать поверхности,  и это все некое время, но время абсолютно детерминированное, и оно однозначно.

Комбинация фотоэлектричества и биотопливной индустрии способна по ресурсам покрыть современные потребности общества, но она же и создает качественно новые экологические условия. Вы не выбрасываете CO2 , у вас нет гигантских дымящих труб, у вас нет выбросов тяжелых металлов. В разных лабораториях исследуются десятки систем, и каждая из них имеет потенцию выйти на широкомасштабное применение и использование. Вот это и есть залог того, что через 10-15 лет мы с вами будем в другом энергетическом мире существовать.