Заглянуть в технологическое будущее энергетики на десять лет вперед попробовали эксперты из ассоциации «Глобальная энергия» и составили список из десяти перспективных технологий, которые в скором времени могут начать использовать повсеместно. О своем исследовании они рассказали на первом фестивале технологического предпринимательства «ЭнергоТехноФест» в Санкт-Петербурге. Корреспондент «Энергии+» записал все десять «пророчеств».
Экспертом ассоциации выступил руководитель центра компетенций Национальной технологической инициативы Федерального исследовательского центра проблем химической физики и медицинской химии РАН Алексей Левченко. В своем выступлении он отметил, что половина из всех прорывных идей лежит в области электрохимии — именно она позволяет решить множество задач, связанных с накоплением и передачей энергии.
1. Воздушно-цинковые батареи
Внутри них — порошок цинка. Реакция начинается, когда в батарею поступает кислород — например, из окружающего воздуха. Такие батареи обладают более высокой энергетической плотностью (то есть вмещают больше энергии), отличаются меньшей стоимостью и большей безопасностью, чем традиционные литийионные аккумуляторы. Пока их широкому промышленному применению мешает отсутствие подходящих надежных катализаторов электрохимических реакций.
2. Углеродные нанотрубки
Это полые цилиндрические структуры из атомов углерода. Диаметр трубок не превышает нескольких десятков нанометров (порядка 0,00000001 метра), длина — нескольких сантиметров. Считаются идеальным материалом для использования в электродах литиевых аккумуляторов за счет своей способности проводить электроны, а также полезны в электронике, производстве высокопрочных волокон и 3D-печати.
3. Суперконденсаторы
Это конденсаторы, способные накапливать гораздо больше энергии и быстрее ее отдавать, чем традиционные электрические. Применяются на электротранспорте в качестве вспомогательных источников энергии, в энергетике для накопления энергии, защиты электротехнического оборудования от перепадов напряжения, для обеспечения стабильного питания мобильных устройств.
4. Двигательные установки на водороде
Водородные двигатели внутреннего сгорания вообще не производят выбросов углекислого газа, поскольку топливо не содержит углерод. Правда, пока их КПД ниже, чем у двигателей на традиционном топливе. К тому же не решен вопрос с выбросами оксидов азота, образующихся при нагревании воздуха до высоких температур.
5. Водородные топливные элементы
Это электрохимические устройства, которые преобразуют химическую энергию в электрическую. Они обеспечивают высокий КПД и меньше загрязняют окружающую среду.
— Топливные элементы начали применять в середине XX века, практически через сто лет после их изобретения, — рассказывает Алексей Левченко. — Они хорошо проявили себя в космических технологиях, но попытки их использования в гражданских целях, в том числе в авиации, к успеху не привели.
Современные технологии позволили изготавливать легкие и компактные топливные элементы, в том числе водородные. Бурному развитию автомобильного транспорта на их основе мешает отсутствие сети заправочных станций.
6. Организмы для производства биотоплива
Биотопливом называют горючие вещества — биодизель, биоэтанол, биогаз, — получаемые благодаря живым организмам, в основном растениям. Самое современное биотопливо производят из водорослей и цианобактерий (известны как сине-зеленые водоросли).
7. «Умные» материалы в электроэнергетике
На создание «умных» диэлектриков, которые могут сами себя защищать от разрушения, ученых вдохновила природа. Идею подсмотрели у хамелеонов, меняющих окрас, чтобы стать незаметными для хищников, и земноводных, которые в момент бегства от врага отбрасывают хвост, а затем отращивают его заново. Сегодня разработаны изоляционные материалы с функцией самовосстановления, самоадаптации к высоким напряжениям и сильным электрическим полям.
8. Органические солнечные батареи
На смену дорогостоящим солнечным панелям из кремния вскоре должны прийти конструкции из дешевых тонкопленочных полупроводников. Они представляют собой раствор, который можно быстро нанести на большие площади.
9. Атомные станции малой мощности
Это новый тренд в ядерной энергетике. Сегодня в мире построены и работают только две атомные станции малой мощности — российская плавучая атомная теплоэлектростанция «Академик Ломоносов» мощностью 70 мегаватт и китайская малая модульная атомная электростанция на 210 мегаватт в провинции Шаньдун на побережье Желтого моря. Несколько станций строится в России, Китае, Аргентине, другие проектируются почти в двух десятках стран мира.
10. Перспективные проекты и технологии в нефтегазовом секторе
Под этой идеей в докладе ассоциации объединены два инновационных направления: применение искусственного интеллекта в интерпретации геологоразведочных данных и новый подход к ремонту магистральных трубопроводов с применением сварки без размагничивания. Нефте- или газопровод обычно намагничивается после диагностики, когда внутри него проходит специальная аппаратура. Ремонт включает предварительное размагничивание трубопровода, что отнимает время. Сегодня этой стадии можно избежать, применяя инвертор сварочного тока — источник питания сварочной электрической дуги. Это устройство обеспечивает качественную сварку под воздействием магнитного поля.
Бонус от редакции «Энергии+»
Если список можно было бы расширить, мы обязательно включили бы в него такие перспективные технологии, как улавливание и захоронение углекислого газа, добыча лития из пластовых вод, приготовление корма для животных из газа метана, строительство плавучих заводов для сжижения газа и многими-многими другими. Ведь энергетика — одна из самых наукоемких отраслей в мире.
