Екологія

20 інновацій, які врятують нашу планету

Людина – головна причина глобального потепління. Але вона, водночас, може стати і порятунком для екосистеми Землі. Сьогодні мова піде про передові технології, які допоможуть (або вже це роблять) уникнути негативних наслідків кліматичних змін, викликаних, як вважають вчені, діяльністю людей. Зустрічайте топ-20 проектів, програм і напрямків, який дозволять зробити наш світ кращим.

Електромобіль

Хтось за старою, доброю традицією критикує Ілона Маска, а хтось захоплюється модними електричними авто. У той же час статистика абсолютно беземоційно наводить дані, які ще десять років тому здавалися фантастикою: у першому кварталі 2013 року в Штатах продали майже п’ять тисяч Tesla Model S, що зробило модель найпопулярнішим люксовим седаном. Такі гіганти, як BMW сьомої серії, залишилися позаду. Далі – більше. Тільки в четвертому кварталі 2018 року виробили майже 62 тисячі одних Tesla Model 3, а всього за позаминулий рік їх виготовили 245 тисяч, що зробило модель найбільш продаваним електромобілем в світі.

Зараз вчені не можуть однозначно оцінити користь і шкоду від електромобілів. Варто відзначити, що електричні авто споживають енергію, яку виробляють неекологічні електростанції, що працюють на викопному паливі. Однак ясно, що нульові викиди парникових газів – набагато краще, ніж навіть найвищі показники у звичайних машин, а рішення проблем з утилізацією небезпечних для екології батарей електромобілів остаточно зробить цей вид транспорту екологічно чистим.

Водневий транспорт

Сьогодні по всьому світу активно виробляють автомобілі, автобуси і навіть поїзди, що використовують водень в якості палива. Так, ще в 2016 році в Німеччині показали перший водневий поїзд – Coradia iLint – від компанії Alstom. Серед брендів, що представили водневі автомобілі: BMW, Mazda, Ford, Honda, Hyundai, Toyota і багато інших.

За оцінками вчених, застосування водню в якості енергоносія дасть можливість різко скоротити споживання викопного вуглеводневого палива. Однак не все так просто. Висока летючість водню і легкість його займання роблять це паливо дуже небезпечним. Сюди слід додати відсутність необхідної для зберігання інфраструктури (принаймні, сьогодні) і досвіду повсюдного застосування.

Зелена авіація

Те, що літаки забруднюють навколишнє середовище, очевидно і не викликає ніяких сумнівів. За словами професора Ульріха Шумана з Інституту фізики атмосфери німецького аерокосмічного центру, на частку авіації припадає приблизно три відсотки антропогенного парникового ефекту. Це набагато більше, ніж може здатися, адже з такого роду складових частин в результаті і вимальовується несприятлива картина.

“Сонячний” літак Solar Impulse 

Замінити звичайний літак зеленим складніше, ніж замінити електромобілем звичайне авто. Але це теж здійсненне завдання. Вперше про перспективи екологічно чистих літаків всерйоз заговорили після того, як в 2009 році «сонячний» літак Solar Impulse зміг протриматися в повітрі десятки годин. Це перший пілотований літак, який здатний літати за рахунок енергії Сонця необмежено довго, запасаючи енергію в акумуляторних батареях і набираючи висоту вдень. Машина отримала чотири електромотори, які приводяться в рух енергією, що збирається масивом з безлічі фотоелементів, розміщених на крилах.

І це тільки початок. Ще в 2017 році корпорація Airbus спільно з Rolls-Royce і Siemens почала реалізовувати програму E-Fan X, яка передбачає створення великого пасажирського «електричного» літака. Демонстратор технологій повинен здійснити перший політ у 2020 році.

Сонячні колектори

Сонячні колектори можна вважати першою серйозною спробою людства приборкати енергію світила, витягуючи з неї вигоду. У порівнянні з сонячними батареями, що виробляють безпосередньо електрику, сонячні колектори нагрівають матеріал-теплоносій, наприклад воду. Один із прикладів такого колектора – Іспанська сонячна електростанція Planta Solar 10. Її серце – гігантська бетонна вежа висотою в 115 метрів: її північна частина оточена полем з 624 величезних дзеркал. Вони відбивають світло і фокусують його на вершині вежі, де розташовані сонячний приймач і парова турбіна, яка управляє генератором, що виробляє електроенергію.

Сонячна електростанція поруч із містом Севілья, Іспанія 

З боку технологія виглядає ідеально, але не варто забувати про технічні складнощі. У багатьох випадках робота сонячних колекторів пов’язана з великими тепловтратами, невисокою працездатністю в холодну пору року, а також складністю і дорожнечею конструкції.

Сонячна батарея

Перейдемо до нашого наступного «гостя», який теж спирається на енергію світила. У порівнянні з сонячними колекторами, батареї здатні на пряму трансформацію сонячної енергії в електроенергію, що більш універсально і ефективно. В основі сучасних сонячних батарей лежать фотоелементи – напівпровідникові пристрої, що перетворюють сонячну енергію в електричний струм. Цей процес називається фотоелектричним ефектом. Спочатку в якості фотоелектричного матеріалу вибрали селен, проте він мав дуже низький коефіцієнт корисної дії. Масове виробництво сонячних батарей стало можливим після того, як компанія Bell Telephone розробила фотоелемент на основі кремнію, який досі залишається найпоширенішим матеріалом у виробництві сонячних батарей.

Незважаючи на недоліки сонячних батарей, такі як складність обсаджування і велика площа, яку вони займають, переваги очевидні. Це екологічно чиста енергія у великих обсягах. У 2014 році експерти Міжнародного енергетичного агентства прийшли до висновку, що сонячні батареї до середини століття зможуть генерувати 16 відсотків електрики, а ще 11 відсотків припаде на геліотермічні електростанції: тобто сонячна енергетика стане основним джерелом електрики до середини століття. Результати будуть досягнуті в тому числі за рахунок зниження ціни на фотоелектричні модулі.

Термоядерний реактор

Як уже зазначалося, глобальне потепління багато в чому обумовлено залежністю людства від вуглеводневого палива. На жаль, різкого переходу на сонячну енергетику не відбудеться – з причин, давно всім відомим. Але вчені сподіваються, що допомогти в боротьбі з глобальним потеплінням зможе «ручне Сонце» – термоядерний реактор.

Так виглядає термоядерний реактор 

Нагадаємо, термоядерною реакцією називають злиття атомних ядер, в результаті чого вивільняється енергія, здатна вирішити енергетичну кризу. Схожий процес має місце всередині нашого світила: його вважають чистим і відносно безпечним. Керований термоядерний синтез відрізняється від звичної ядерної енергетики тим, що в останній застосовують реакцію розпаду, при якій з важких ядер виходять більш легкі.

На жаль, проблем на шляху будівництва термоядерних реакторів дуже багато, і деякі з них не були повністю вирішені. Один з головних викликів – необхідність надміцної оболонки реактора, здатної стримати плазму – гарячий ядерний «бульйон», в якому відбувається синтез під величезним тиском.

Вітрогенератори високої потужності

У 2017 році данський вітрогенератор MHI Vestas V164 побив світовий рекорд, виробивши 216 мегават-годин електроенергії за добу. Сама конструкція являє собою гігантську споруду з гондолою вагою в 390 тонн і 140-метровою вежею: повна висота вітрогенератора з урахуванням розмаху лопатей – 220 метрів.

Лопаті вітрогенератора 

Нові технології такого типу, як вважають вчені, зможуть зробити вітряну енергетику одним із шляхів порятунку від загрози кліматичних змін. Ще в 2014 році вітряні електростанції Німеччини виробили 8,6 відсотка від усієї виробленої в країні енергії. Всього ж до 2025 року Берлін має намір видавати 40-45 відсотків електроенергії з відновлюваних джерел. Аналогічні плани є у інших країн: наприклад, навіть Індія раніше планувала до 2012 року збільшити свої вітряні потужності в два рази в порівнянні з 2008 роком. І цієї мети вдалося досягти.

Видобуток корисних копалин на астероїдах та інших планетах

Одним з видів альтернативної енергетики вважається космічна енергетика, що виключає шкідливі викиди, пов’язані зі звичайними методами видобутку корисних копалин. Вчені давно знають, що в металевих або кам’яно-металевих астероїдах багато заліза, нікелю і кобальту. Крім того, там можна знайти золото, платину, родій і так потрібні сучасній промисловості рідкоземельні метали.

У астероїдах можна знайти багато корисних металів 

На жаль, видобуток корисних копалин на астероїдах або інших планетах може допомогти в боротьбі з глобальним потеплінням тільки в майбутньому. І хоча сучасні технології теоретично дозволяють організувати такий процес і доставку копалин на Землю, зараз це просто нерентабельно. Нагадаємо, один запуск важкої ракети Falcon 9 коштує понад 60 мільйонів доларів: і це відносно дешево на тлі аналогів виробу Ілона Маска.

Викачування вуглекислого газу з атмосфери Землі

Ця ідея не нова, і частину планів вже активно реалізують. Нагадаємо, в 2018 році швейцарська компанія Climeworks відкрила третій завод, який викачує вуглекислий газ з атмосфери Землі. Проект, як нескладно здогадатися, покликаний зменшити негативні наслідки глобального потепління.

Машини захоплення повітря Climeworks 

Згідно з озвученими планами, щороку підприємство буде захоплювати 150 тонн вуглекислого газу, який потім будуть перетворювати в метан і використовувати як паливо для поїздів. Відзначимо, що перший завод, що висмоктує вуглекислий газ з атмосфери, Climeworks запустила в 2017 році. За прогнозами фахівців, підприємство може викачувати до 900 тонн вуглекислого газу щороку.

А в 2019 році німецький технологічний інститут Карлсруе разом з партнерами розгорнув першу в світі дослідну контейнерну мобільну установку для видобутку палива з навколишнього повітря. Вона буде як очищати атмосферу від насичення вуглекислим газом, так і виступати в ролі акумулятора для відновлюваної енергетики.

Розпилення в атмосфері сірки

Наступним важливим напрямком, покликаним допомогти в боротьбі з наслідками шкідливих викидів, можна назвати ідею розпилення в атмосфері нашої планети діоксиду сірки.

Викид діоксиду сірки в атмосферу 

Варто сказати, що сама концепція далеко не нова, але саме нові дослідження і технічні можливості дозволили вченим краще зрозуміти, як саме це можна реалізувати найоптимальнішим способом. Нещодавно група вчених з Гарварду, Прінстонського університету і Массачусетського технологічного інституту прийшла до висновку, що метод може бути ефективний і безпечний, якщо вірно розрахувати оптимальну кількість аерозолів. Однак якщо все зробити правильно, то за рахунок розпилення сірки можна різко підвищити відбивну здатність верхніх шарів атмосфери Землі, що запобіжить підвищення температур на планеті.

“Конструювання” перистих хмар

Нові технології в теорії дозволять змінити склад перистих хмар, що дасть можливість більш ефективно протидіяти глобальному потеплінню. Але як саме цього хочуть досягти? Справа в тому, що перисті хмари поглинають довгохвильове випромінювання, яке йде від Землі, що заважає охолодженню планети. Вчені розробили спеціальні моделі, щоб вивчити можливості знищення або створення штучних перистих хмар, що поглинають менше тепла. Все можна робити за допомогою гранул-зародків, що концентрують вологу – наприклад, шляхом розсіювання крижаних кристаликів. Такі частинки можуть стати центрами утворення більших кристалів льоду з одночасним зменшенням їх кількості. За оцінками вчених, результатом може стати те, що довгохвильове випромінювання буде безперешкодно йти в космос, а температура на Землі неухильно поповзе вниз.

Перисті хмари 

Однак не все так просто: як вважають дослідники, реалізація подібного методу на практиці загрожує коливаннями температур, які складно прогнозувати. Словом, поки що вчені не готові до однозначних відповідей.

Проект Carbfix

Що ще можна зробити зі шкідливими викидами, крім їх недопущення апріорі? Фахівці проекту Carbfix з Ісландії пропонують їх … закопувати. Звичайно, в звичайних умовах негативні наслідки такого рішення не змусили б себе довго чекати.

Станція проекту Carbfix в Ісландії 

Однак європейські дослідники пішли особливим шляхом: вони вирішили перетворити викиди вуглекислого газу в камінь, закачавши його в землю. Експеримент проходив на заводі Hellisheidi – одній з найбільших у світі геотермальних станцій. У базальтових породах, розташованих нижче рівня підприємств Hellisheidi, 95 відсотків введеного вуглецю затверділо менш ніж за два роки. На думку представників проекту, це демонструє ефективність такого способу утилізації шкідливих викидів.

Проект від The Ocean Cleanup

Індійські фахівці з Технологічного інституту в Мумбаї і Національного центру полярних і океанологічних досліджень з’ясували, що накопичення в Світовому океані пластика веде до глобального потепління. Вчені визначили, що пластмаса скорочує рівень поглинання океаном сонячного світла: це призводить до того, що істотна частина його відбивається в атмосферу, сприяючи глобальному потеплінню.

Судно The Ocean Cleanup 

Якщо висновки індійських фахівців вірні, це стане додатковим стимулом для компанії The Ocean Cleanup з Голландії. Її метою стала ліквідація Великої тихоокеанської сміттєвої плями, площа якої, за оцінками фахівців, в два рази перевищує площу штату Техас.

Нагадаємо, комплекс System 001 від The Ocean Cleanup – 600-метровий «поплавок» у формі літери U, що пересувається по поверхні океану. У нижній частині закріплена мережа, що опускається на три метри в глибину. В силу спеціальної конструкції система слідує у напрямку руху води, захоплюючи при цьому сміття. Установка покликана збирати різні відходи в одному місці, а потім їх повинні витягувати судна, відправляючи потім на переробку. На думку творців, комплекс з 60 таких систем здатний за п’ять років прибрати половину Великої тихоокеанської сміттєвої плями.

Штучний замінник м’яса

Величезний внесок у глобальне потепління вносить тваринництво. Згідно з висновками дослідників, на нього припадає 15 відсотків світових викидів вуглекислого газу, що приблизно дорівнює викидам всіх автомобілів, поїздів, кораблів і літаків. При цьому в розвинених країнах, таких як США, на одну людину в день припадає чверть кілограма м’яса, що до того ж не особливо корисно з точки зору харчування.

Штучне м’ясо з вівса та бобів 

Експерти з Фінляндії запропонували свій спосіб вирішення такого роду проблем. Фінський стартап Gold & Green Foods створив замінник м’яса з вівса і квасолі. Як повідомило Reuters, отриманий продукт назвали pulled oats. Безпечний для екології і корисний для здоров’я продукт вже встигли оцінити звичайні жителі Фінляндії. Втім, навряд чи нам варто очікувати повсюдної відмови від м’яса: швидше за все, штучні замінники зможуть в кращому випадку доповнити його. Складно уявити, що люди на Землі відразу поміняють свої гастрономічні пристрасті.

Розумний будинок

Під словосполученням “Розумний будинок” розуміють автоматичне централізоване управління опаленням, вентиляцією, кондиціонуванням повітря, а також освітленням через систему управління будівлею. По суті, мова йде про набір різних датчиків, кожен з яких виконує свої завдання.

“Розумним будинком” можна буде керувати зі смартфона або планшета

Розумний будинок не тільки робить наше життя легшим, але також може допомогти в боротьбі з глобальним потеплінням. Адже завдяки синхронізації електропобутових приладів, економії природних ресурсів і правильному вибору екологічних систем вироблення електрики можна зробити своє житло частиною навколишнього середовища. Без загрози для нього.

У більш широкому сенсі розумні будинки можна вважати проявом індивідуального розуміння колективної відповідальності за глобальне потепління, коли кожен житель міста і кожна сім’я будуть вносити свій неоціненний внесок у боротьбу зі змінами клімату.

Енергетичні мікромережі

Як уже зазначалося вище, людина не завжди здатна визначити, скільки енергії їй потрібно для нормального життя. І добре б мати алгоритм, який зможе сам обчислювати такі потреби, економлячи енергію і не приводячи до зайвих шкідливих викидів. Відповіддю на нові виклики стала концепція MicroGrid. Йдеться про локальну енергетичну мережу, що складається з набору генеруючих електроенергію об’єктів і кінцевих користувачів. Чіткої межі потужності немає: компанія АВВ встановила її собі на потужності близько 20 МВт.

Схема мережі MicroGrid 

Система, використовуючи постійний аналіз рівня вироблення і споживання енергії, сама може вибирати найкраще джерело генерації і подавати електроенергію в локальну мережу, забезпечуючи при цьому її потужність на необхідному рівні. Тобто, наприклад, якщо в одному з елементів генерації трапиться аварія, система перенаправить електрику з іншого джерела. Ну а якщо буде надлишок енергії, система направить надлишки в загальну мережу.

“Просунутий” штучний інтелект

Ця технологія частково перетинається з вищезгаданими, але є і важлива відмінність. В майбутньому ШІ зможе взяти на себе не тільки розподіл енергії, але і краще прогнозувати застосування тих чи інших методів боротьби з глобальним потеплінням взагалі. Іншими словами, ШІ зможе краще і швидше людини аналізувати, чи є сенс застосовувати ті чи інші підходи.

Штучний інтелект може допомогти впоратися з глобальним потеплінням 

І якщо так, то як найкраще це здійснити. Втім “повноцінний” штучний інтелект, який був би по багатофункціональності порівняємо з людським мозком, створять ще не скоро. Якщо взагалі колись створять.

Сонячна парасолька

Американський астроном Роджер Енджел з Університету Арізони для протистояння глобальному потеплінню запропонував розгорнути в космосі величезну сонячну парасольку з гігантської кількості тонких кремнієвих дисків, які разом повинні сформувати хмару циліндричної форми шириною в 100 тисяч кілометрів.

Проект Starshade, показаний NASA

Завдяки спеціальній прозорій плівці сонячне світло може відхилятися: сам учений вважає, що концепція може стати досить ефективним рішенням при правильному використанні. Однак вже зараз ясно, що реалізація чогось подібного на практиці зажадає гігантських капіталовкладень і злагодженої роботи безлічі країн.

Моніторинг лісових ресурсів з орбіти Землі

Звичайно, висадку дерев складно віднести до “нових технологій”, проте потрібно розуміти, що тільки зараз, маючи просунуті технічні можливості і набір статистичних даних, люди можуть ефективно прогнозувати, як можна поліпшити екологію шляхом “озеленення” планети.

Фото з супутника

Так, нещодавно швейцарські вчені значно підвищили точність цих розрахунків, проаналізувавши майже 80 тисяч фотографій різних лісових масивів на всіх континентах Землі, отриманих супутниками Європейського космічного агентства. За оцінками, площа лісів на сьогодні становить приблизно 5,5 мільярда гектарів. Спираючись на нові дані, швейцарці прийшли до висновку, що цей показник можна підвищити приблизно на третину без особливого збитку для життя людей і економічної ситуації.

В цілому вчені вважають, що подальше зростання СО2 можна уповільнити, якщо повністю відновити вирубані ліси. Завдання дуже складна, але не неможлива.

Міста зі штучним мікрокліматом

У разі якщо людство все ж програє боротьбу глобального потепління, йому доведеться якось з ним жити. Один з варіантів – створення в майбутньому міста “під куполом”, де буде штучний мікроклімат, що дозволяє ефективно вести сільське господарство, розводити тварин і багато іншого. Як приклад можна згадати комплекс Bay South Garden з Сінгапурського природного парку “сади біля затоки”. Тепличний комплекс включає в себе дві оранжереї – квітковий купол і хмарний ліс. Вони розташовані вздовж берегів водосховища. Перша визнана найбільшою в світі і займає 1,2 гектара, складаючись з семи садових зон.

Парк Bay South Garden в Сінгапурі 

Якщо і цей спосіб протидії глобальному потеплінню не стане ефективним, у людства є як мінімум ще два потенційних місця, де можна жити, — дно океану і інші планети. Втім, будівництво міста на океанському дні і терраформування Марса будуть коштувати в сотні разів дорожче кожного з методів порятунку, описаних вище.


Підписуйтеся на нас в Гугл Новини, а також читайте в Телеграм і Фейсбук


comments powered by HyperComments
Back to top button
comments powered by HyperComments