Новое исследование, проведенное в Калифорнии, показало, что при переходе к «зеленым» источникам энергии общество рискует расколоться на более и менее благополучное.

В исследовании, опубликованном в журнале Elementa: Science of the Anthropocene, особое внимание уделяется тому, как государственные программы стимулирования, направленные на сокращение выбросов и повышение энергоэффективности, более выгодны богатым людям. 

Достаточно логично, что более обеспеченные граждане могут позволить себе большее потребление электроэнергии. Ученые заметили, что у богатых людей часто можно заметить перерасход электричества «в пустую», в то время как люди с низким уровнем дохода зачастую не могут позволить себе потреблять энергию на уровне удовлетворения своих потребностей.

Сообщества с высоким потреблением все больше трансформируют свои отношения с энергоснабжающей сетью, используя преимущества технологий, которые повышают энергоэффективность домашних хозяйств. Однако общины с низким доходом не могут извлекать выгоду из современных технологий и программ государства, так как они протсо не могут «присоединиться» к ним в связи с отсутствием средств.

Команда ученых проанализировала исторические данные округа Лос-Анджелес, которые показывали процесс внедрения технологий возобновляемой энергетики. Исследователи обнаружили, что темпы внедрения солнечных систем на крыше и электрических и подключаемых гибридных транспортных средств были значительно ниже среди обездоленных общин. А также, что государственные программы, направленные на сокращение выбросов парниковых газов и продвижение возобновляемых источников энергии, включая скидки на энергоэффективные приборы и транспортные средства, солнечные установки и программы модернизации зданий, в основном используются богатыми жителями.

Отчасти это связано с тем, что многие программы требуют от участников внесения авансовых платежей за повышение энергоэффективности, а также владения недвижимостью. Таким образом, ученые сделали вывод, что программы перехода к «зеленой» энергетике рассчитаны на состоятельных людей, а также они могут создать еще больший разрыв между бедными и богатыми, так как первые окажутся в более плачевной экологической и экономической ситуации. 

«Стимулирующие программы, предназначенные для того, чтобы быть одинаково доступными для всех потребителей, почти ничего не делают для поощрения внедрения технологий возобновляемой энергетики в неблагополучных общинах», — комментируют авторы исследования. «Если бы эти программы были перепроектированы на основе предпочтений и потребностей людей в этих сообществах, участие людей в них, вероятно, увеличилось бы».

Энергетическая система в том виде, в каком она существует сегодня, возлагает большее бремя расходов на тех, кто меньше всего может себе это позволить. По иронии судьбы, она также вознаграждает тех, кто потребляет больше энергии, предоставляя им доступ к множеству программ, стимулов и других преимуществ.

Ученые сделали солнечные батареи, которые «подстраиваются» под разное освещение

Ученые из Университета Гренобль Альпы совместно с коллегами из Университета имени Пабло де Олавиде создали солнечные батареи, которые эффективно вырабатывают электроэнергию, а также могут изменить объем передаваемого света в зависимости от его интенсивности. Информация о разработке опубликована в журнале Nature Energy.

Исследователи разработали краситель, который меняет цвет при воздействии света.

Вечером (слева) и днем (справа). Изображение: Demadrille et al.

В 2014 году мы работали над созданием органических красителей для того, чтобы применить их в  солнечных батареях (DSSC) с Solaronix, для создания интегрированных фотоэлектрических элементов. Одна из наших разработок была установлена фасаде в конференц-центре EPFL. 

Рено Демадриль, один из ведущих исследователей 

Новые солнечные батареи одновременно энергоэффективные и прозрачные, поэтому они могут быть размещены на окнах. Цвет панели может меняться несколько раз в течение дня. Эта характеристика позволяет собирать солнечную энергию в течение дня и фильтровать меньше света, который проходит через панели, когда наступает вечер или ранее утро.

Исследователи определили, что прозрачность новых батарей варьировалась от 60 до 27% в зависимости от интенсивности солнечного света. Прозрачность снижается во время яркого света и повышается в темное время суток. Благодаря этому эффективность панелей выросла на 4,17%.

Изображение: Demadrille et al

Влажность может стать еще одним источником возобновляемой энергии

Команда ученых решила использовать потенциал капель воды, которые способны заряжать металлические поверхности за счет силы трения. Предыдущие исследования показали, что некоторые типы металлов генерируют электрический заряд в ответ на влажность воздуха. 

Эксперименты были направлены на выяснение того, как может возникать напряжение между двумя металлами, один из которых заземлен, когда они подвергаются воздействию высоких уровней влажности. Когда воздух был сухим, никакого напряжения не возникало. Но как только уровень влажности поднялся выше 60%, напряжение начало расти. Таких результатов ученые добились на открытом воздухе.

Ученые отмечают, что изолированные металлические поверхности накапливают заряд, только если относительная влажность воздуха выше 60%. В Израиле такие погодные условия держатся практически все лето.

По словам исследователей, влажный воздух можно использовать для зарядки поверхностей примерно до одного вольта, что вполне можно применять на практике. 

Солнечная батарея установила новый рекорд эффективности — почти 50%

Новая солнечная батарея установила рекорд эффективности. Исследователи из США сообщили, что она может преобразовывать свет в электричество с КПД 47,1%. Вариация той же ячейки установила рекорд эффективности при непостоянном освещении на уровне 39,2%.

Ученые из Национальной лаборатории по возобновляемым источникам энергии (NREL) в США установили новый мировой рекорд эффективности преобразования солнечной энергии. Они сделали это благодаря инновационному элементу, который преобразует свет в электричество с КПД почти 50%.

Они использовали «шестипереходный» элемент, в котором есть 140 слоев полупроводниковых материалов для достижения коэффициента преобразования в 47,1%. Это новый рекорд — исследователи превзошли результат в 46%, установленный Институтом Фраунгофера в Германии. 

При создании устройства исследователи NREL опирались на материалы III-V, они обладают широким спектром свойств поглощения света. Каждое из шести соединений ячейки специально подбирали для захвата света из определенной части спектра. Для максимальной эффективности ученые создали 140 слоев из комбинации различных материалов.

«Это устройство демонстрирует необычайный потенциал многослойных солнечных батарей. В ближайшее время мы достигнем эффективности в 50%», — заявил ведущий исследователь и главный научный сотрудник группы высокоэффективной фотоэлектрической кристаллографии NREL Джон Гайш.

АВСТРАЛИЙСКАЯ КОМАНДА ЗАЯВЛЯЕТ, ЧТО ОНИ В 5 ГОДАХ ОТ ПОЛУЧЕНИЯ ЧИСТОЙ ЭНЕРГИИ. ВОТ ГДЕ МЫ НА САМОМ ДЕЛЕ

Недавние сообщения ученых, изучающих новый вид технологии ядерного синтеза, обнадеживают, но мы все еще на некотором расстоянии от «святого Грааля чистой энергии».

Технология, разработанная Генрихом Хора и его коллегами в Университете штата Новый Южный Уэльс, использует мощные лазеры для соединения атомов водорода и бора, высвобождая частицы высокой энергии, которые можно использовать для выработки электроэнергии.

Однако, как и в случае других видов технологии ядерного синтеза, сложность заключается в создании машины, которая может надежно инициировать реакцию и использовать энергию, которую она производит. 

Что такое энергия синтеза?

Синтез — это процесс, который питает Солнце и звезды. Это происходит, когда ядра двух атомов оказываются настолько близки друг к другу, что объединяются в один, высвобождая энергию в процессе.

Если реакция может быть воспроизведена в лаборатории, она может обеспечить практически неограниченную электроэнергию при базовой нагрузке с практически нулевым выбросом углерода.

Самая простая реакция, которую можно инициировать в лаборатории, — это синтез двух разных изотопов водорода: дейтерия и трития. Продуктом реакции является ион гелия и быстро движущийся нейтрон. Большинство исследований синтеза до настоящего времени преследовали эту реакцию. 

Дейтерий-тритиевый синтез лучше всего работает при температуре около 100 000 000 ℃. Ограничение плазмы — название пламеноподобного состояния материи при таких температурах.

Ведущий подход к использованию силы синтеза называется тороидальным магнитным ограничением. Сверхпроводящие катушки используются для создания поля, примерно в миллион раз более сильного, чем магнитное поле Земли, для удержания плазмы.

Ученые уже достигли синтеза дейтерия-трития в экспериментах в США (испытательный реактор для синтеза в Токамаке) и Великобритании (Объединенный европейский Торус). Действительно, в этом году в британском эксперименте будет проведена кампания по синтезу дейтерия с тритием.

Эти эксперименты инициируют реакцию синтеза, используя массивный внешний нагрев, и для поддержания реакции требуется больше энергии, чем реакция производит сама.

Следующая фаза основных исследований слияния будет включать эксперимент под названием ITER («путь» на латыни), который будет построен на юге Франции. В ИТЭР ионы ограниченного гелия, образованные в результате реакции, будут производить столько же энергии, сколько и внешние источники. Поскольку быстрый нейтрон несет в четыре раза больше энергии, чем ион гелия, мощность возрастет в пять раз.

Чем отличается использование водорода и бора?

Технология, о которой сообщили Хора и его коллеги, предполагает использование лазера для создания очень сильного ограничивающего магнитного поля и второго лазера для нагревания топливно-водородной топливной таблетки, чтобы достичь точки воспламенения.

Когда ядро водорода (один протон) сливается с ядром бора-11, образуются три энергетических ядра гелия. По сравнению с реакцией дейтерий-тритий, преимущество в том, что нет нейтронов, которые трудно удержать.

Решение Хоры состоит в том, чтобы использовать лазер для нагрева небольшой топливной таблетки до температуры воспламенения, а другой лазер для нагрева металлических катушек, чтобы создать магнитное поле, которое будет содержать плазму.

Технология использует очень короткие лазерные импульсы, длительностью всего лишь наносекунды. Требуемое магнитное поле было бы чрезвычайно сильным, примерно в 1000 раз сильнее, чем поле, используемое в экспериментах с дейтерием и тритием.

Хора и его коллеги утверждают, что их процесс создаст «лавинный эффект» в топливной таблетке, что означает, что произойдет намного больше синтеза, чем можно было бы ожидать.

Хотя есть экспериментальные данные, подтверждающие некоторое увеличение скорости реакции синтеза, адаптируя лазерный луч и мишень, для сравнения с дейтериево-тритиевыми реакциями лавинный эффект должен был бы увеличить скорость реакции синтеза более чем в 100 000 раз при 100 000 000 ℃.

Эксперименты с водородом и бором, безусловно, дали захватывающие физические результаты, но прогнозы Хоры и коллег о пятилетнем пути к реализации термоядерной энергии кажутся преждевременными. Другие ученые уже пытались запустить лазерный синтез. Например, попытались добиться воспламенения от синтеза водород-дейтерий, используя 192 лазерных луча, сфокусированных на небольшой цели.

Эти эксперименты достигли одной трети условий, необходимых для одного эксперимента. Проблемы включают точное расположение цели, неравномерность лазерного луча и нестабильность, возникающую при взрывах.

Развитие термоядерной энергии, скорее всего, будет реализовано основной международной программой, в основе которой лежит эксперимент ITER. Австралия имеет международное сотрудничество с проектом ITER в области теории и моделирования, материаловедения и технологий.

Мэтью Хоул, старший научный сотрудник, Институт математических наук, Австралийский национальный университет.

Эта статья опубликована The Conversation.

ГЭС – возобновляемый источник, но он имеет и “темную сторону”

Гидроэнергетика, по сути, является крупнейшим возобновляемым источником энергии в мире. Она почти равна по мощности всем солнечным и ветровым электростанциям вместе взятым. Однако у нее есть и “темная сторона”.

По состоянию на 2019 год общая мощность возобновляемых источников энергии в мире составляла 2 351 ГВт, из которых около половины (или 1172 ГВт) составляли гидроэнергетические мощности. Однако последние довольно негативно влияют на окружающую среду.

Исследователь Джефф Опперман недавно рассказал изданию Forbes, что две трети крупных рек мира перекрыты плотинами ГЭС. Приблизительно 70% водно-болотных угодий планеты понесли из-за этого серьезный ущерб. 

В частности, количество видов, обитающих в этих пресноводных экосистемах, сократилось на ошеломляющие 83% в период с 1970 по 2014 год. Данная статистика приводится в последнем докладе Всемирного фонда дикой природы.

Это крупнейшие потери биоразнообразия на планете, хотя, как отмечает Опперман, внимание средств массовой информации больше привлекают тропические леса и кораллы. Утрата такого количества видов сама по себе является трагедией, но кроме того, она негативно влияет на человечество. Исчезновение многих видов пресноводных рыб, например, означает потерю средств к существованию для сообществ, полагающихся на рыбный промысел. 

ГЭС наносят вред природе тремя способами

Негативное влияние гидроэнергетики на окружающую среду имеет три аспекта. Первый – затопление пахотных земель или лесов. Второй – блокирование потока осадков и питательных веществ, которые необходимы для пресноводных экосистем.

И третий – блокирование путей миграции рыбы, сокращение и исчезновение таких популяций. Правда, в случае, если развитие гидроэнергетики правильно планировать, ее вредное влияние на окружающую среду может быть смягчено.

В принципе, в Европе и Северной Америке данная проблема стоит менее остро. Ведь многие плотины там построены еще в 1950-х годах, и срок их службы подходит к концу. В конечном итоге, они будут демонтированы, и экосистема рано или поздно придет в норму.

Однако в Азии строительство новых крупных ГЭС продолжается. Это означает вырубку лесов, затопление земель, а также изменение структуры рек. Если азиатские страны учтут ошибки европейских и американских строителей гидроэлектростанций, то, возможно, новые ГЭС не будут наносить серьезного ущерба окружающей среде. 

Повышение уровней углекислого газа может ухудшить когнитивные функции

Исследователи из Колорадского и Пенсильванского университетов создали математическую модель, которая предсказывает, как повышение уровней углекислого газа на открытом воздухе и в закрытых помещениях повлияет на когнитивные способности людей. О своей работе исследователи рассказали в журнале GeoHealth. 

Уровни CO₂ в атмосфере неуклонно растут. Прогнозируется, что к концу века они увеличатся с примерно 400 частей на миллион до 930. Это намного больше, чем когда-либо испытывал человек. В связи с этим возникает вопрос, насколько сильно такое изменение атмосферного состава повлияет на жизнедеятельность Homo sapiens.

Чтобы ответить на этот вопрос, ученые разработали комплексный подход, который учитывает прогнозируемые в будущем концентрации CO₂ на открытом воздухе и влияние локальных городских выбросов, а также взаимосвязь между уровнями углекислого газа в помещении и на открытом воздухе. Ученые использовали свою модель для оценки влияния роста уровней CO₂ на когнитивные функции человека.

Авторы обнаружили, что если концентрации CO₂ на открытом воздухе действительно возрастут до 930 частей на миллион, то концентрация этого газа в помещениях вырастет до целых 1400. Более ранние работы продемонстрировали, что при таких концентрациях у людей будут наблюдаться серьезные когнитивные нарушения. Так, при повышении уровней углекислого газа до 1400 частей на миллион эффективность принятия решений у людей снижается на 25%, а комплексное стратегическое мышление — примерно на 50%. 

Влияние повышенного содержания CO₂ на когнитивные функции — это пример так называемого прямого действия углекислого газа. По словам авторов, это во многом похоже на увеличение кислотности океана. В обоих случаях проблемы вызывают именно высокие уровни этого газа, а не потепление, которое он провоцирует. Конечно, по словам исследователей, у людей есть механизмы адаптации к этому явлению, но они тоже имеют предел. Поэтому наилучший способ избежать вреда для здоровья людей — снизить антропогенные выбросы углекислого газа в атмосферу.