Скрытые связи

Наоборот, солнечная энергетика — это отрасль, продемонстрировавшая за последнее десятилетие наиболее быстрый рост. В продолжение 90-х годов использование солнечных батарей (т. е. батарей фотогальванических элементов, преобразующих солнечный свет в электричество) каждый год возрастало примерно на 17 %, а ветровых генераторов — на все 24 % [81]. Около полумиллиона домов во всех уголках мира, преимущественно в отдаленных деревнях, не подключены сегодня к электрической сети, а питаются электроэнергией от солнечных батарей. А недавно разработанная в Японии фотогальваническая черепица для крыш домов обещает привести к новому фотоэлектрическому буму. Как уже говорилось, такое покрытие способно превратить крышу в мини-электростанцию; это произведет настоящий переворот в энергетике.

Эти достижения свидетельствуют, что переход на солнечную энергию не за горами. Всестороннее исследование, проведенное в 1997 году пятью американскими научными лабораториями, показало, что, при условии честной конкуренции и должного информирования о ее экологических достоинствах, солнечная энергия способна покрыть 60 % энергетических потребностей США при разумной стоимости. Годом позже исследование, проведенное компанией «Ройял Датч Шелл», позволило сделать вывод, что во второй половине нашего века возобновляемые источники энергии вполне могут стать достаточно конкурентоспособными для того, чтобы покрыть по меньшей мере половину мировых энергетических нужд [82].

Всякая долговременная гелиоэнергетическая программа должна предполагать выработку достаточного количества жидкого топлива, которое покрывало бы потребности авиации и хотя бы отчасти — наземного транспорта. До недавнего времени это было ахиллесовой пятой солнечной энергетики [83]. Раньше традиционным источником возобновляемого жидкого топлива была биомасса — прежде всего я имею в виду получение спирта из перебродившего зерна или плодов. Проблема, однако, в том, что хотя биомасса и является возобновляемым ресурсом, почва, на которой она произрастает, — нет. Действительно, можно рассчитывать на получение значительных количеств спирта из специально выращиваемых культур, но масштабная спиртовая топливная программа истощит наши почвы точно так же, как истощают природные ресурсы другие виды хозяйственной деятельности человека.

В последние годы, однако, проблема жидкого топлива получила изящное решение: были разработаны высокоэффективные водородные топливные элементы. Они обещают открыть новую эру в энергетике — «водородную экономику». Водород, легчайший и наиболее распространенный во Вселенной газ, широко используется в качестве ракетного топлива. Топливный элемент представляет собой электрохимическое устройство, в котором водород соединяется с кислородом. На выходе получаются электричество, вода — и ничего более! По этой причине водород является в высшей степени чистым топливом, решающим последним шагом в длительном процессе декарбонизации.

В водородном топливном элементе происходит примерно то же, что и в обычной батарейке, с той разницей, что здесь используется непрерывный поток горючего. Молекулы водорода подаются с одного конца камеры и расщепляются при помощи катализатора на протоны и электроны. Затем эти частицы различными путями движутся к другому концу. Протоны проходят сквозь мембрану, а электроны под действием вынуждающей силы огибают ее, создавая при этом электрический ток.

Отдав свою энергию, ток достигает противоположного конца элемента, где электроны воссоединяются с протонами и возникший в результате водород реагирует с кислородом воздуха, образуя воду. Весь этот процесс является бесшумным, надежным и безотходным [84].

Водородные топливные элементы были изобретены еще в XIX веке, но до последнего времени широко не применялись (единственное исключение — американская космическая программа), поскольку были громоздкими и неэкономичными. Они требовали больших количеств платины в качестве катализатора, что делало их чересчур дорогими для массового производства. Кроме того, водород, хотя и широко распространен, должен быть выделен из воды (Н2О или природного газа (СН4). Технически это несложно, однако требует специальной инфраструктуры, в развитии которой при существующей экономике ископаемых топлив никто не был заинтересован.

Но в последнее десятилетие положение вещей изменилось кардинально. Успехи технологий позволили резко снизить потребные количества платинового катализатора, а благодаря остроумным «пакетным» решениям удалось создать компактные и высокоэффективные топливные элементы. Уже через несколько лет на их основе будет налажено производство электрогенераторов для наших домов, автобусов и автомобилей [85].