На днях в Китае был установлен мощнейший в мире морской ветрогенератор, лопасти которого охватывают площадь эквивалентную девяти футбольным полям. Пиковая мощность установки достигает 20 МВт. За год при средней скорости ветра 8,5 м/с генератор будут вырабатывать 80 ГВт·ч электричества. Ему не страшны даже тайфуны со скоростью ветра до 79,8 м/с. И это не предел гигантомании. Ветряки в Китае продолжат увеличиваться в размерах и по мощности.

Источник изображения: Mingyang Smart Energy

Поднебесная колоссальными темпами движется к углеродной нейтральности. Обилие угольных электростанций в Китае не позволяет сделать это быстро, но цель обещает быть достигнута ближе 2040–2050 году. Постройка мощнейших ветряных генераторов приближает этот момент, позволяя заметно повышать эффективность отдачи от каждого введённого в строй ветряка. Только в июне этого года стало известно о постройке в Китае 18-МВт морской ветроэлектростанции, а в конце августа пришло сообщение о завершении монтажа 20-МВт установки.

Создателем турбины называется компания Mingyang Smart Energy. Завершение строительство отмечено 28 августа. Турбина MySE18.X-20 может работать как с выходной мощностью 18 МВт, так и в диапазоне мощностей до 20 МВт включительно. Конструкция ветряка, по словам компании, лёгкая и модульная, что достигается благодаря использованию углепластика. Это допускает простую транспортировку частей турбины к месту сборки.

В следующем году компания Mingyang обещает установить ветрогенератор мощность 22 МВт с ротором диаметром 310 м — выше Эйфелевой башни. И вряд ли это станет последним достижением.

Действующий министр окружающей среды Австралии Таня Плиберсек (Tanya Plibersek) объявила о выдаче экологического разрешения на создание в стране крупнейшей в мире солнечной электростанции. Детали проекта будут улажены к 2027 году, а ввод станции в строй ожидается в 2030 году. Две трети энергии Австралия оставит себе для питания 3 млн домов, а остальное по подводному кабелю передаст Сингапуру, став мировым центром солнечной энергетики.

Источник изображения: SunCable

Проект намерена реализовать местная компания SunCable. Его стоимость составит $24 млрд. Экологи согласились выдать разрешение только после того, как проектировщик убедил власти в бережном отношении к местам популяции местной разновидности бурундуков — кроличьих бандикутов.

Солнечная ферма раскинется на севере Австралии на площади 12 тыс. га. В стоимость работ войдёт создание линии электропередачи длиной 800 км до города Дарвин и прокладка подводного кабеля длиной 4300 км до Сингапура. Пиковая мощность выработки будущей электростанции будет достигать 20 ГВт. Буфером станет пул аккумуляторов ёмкостью до 42 ГВт·ч. Для потребностей Дарвина и округи будет предоставлено 4 ГВт, а для Сингапура — 2 ГВт. Министр и источники путаются в размерностях, но, скорее всего, речь о гигаватт-часах.

До сих пор самой мощной в мире солнечной электростанцией был новый объект в Китае с проектной мощностью 8 ГВт. Если власти Австралии сдержат обещания, то смогут гордиться новой супердержавой на карте мира — самой могучей в мире солнечной энергетикой.

«Это будет самый большой солнечный комплекс в мире, который провозгласит Австралию мировым лидером в области зеленой энергетики», — заявила министр окружающей среды Таня Плиберсек.

Подводный электрический кабель сможет удовлетворять до 15 % потребностей Сингапура в электричестве. В основном проект направлен на обеспечение Австралии экологически чистой энергией. Правда австралийские учёные бьют тревогу, указывая на то, что страна стремительно превращается в свалку убитых солнечных панелей. Однако политики у руля Австралии непреклонны — атомной энергетики с её дорогими и медленно строящимися реакторами в стране не будет.

Хотя 2024 год обещает установить новый рекорд по нагреву Земли, возобновляемые источники энергии успешно справляются с возросшей потребностью в электричестве, которую раньше закрывали угольные электростанции. В США в 2024 году впервые солнечные и ветряные электростанции седьмой месяц подряд выдают больше энергии, чем угольные. Это на два месяца дольше, чем год назад, в чём помогли новые установленные мощности в сфере солнечной и ветряной энергетики.

Источник изображения: Copilot

О достижении рекордного результата сообщили в Управлении энергетической информации США (EIA). В США впервые за первые семь месяцев года было произведено больше энергии из возобновляемых источников, чем при использовании угольных электростанций. Кроме того, в течение двух месяцев подряд — в марте и апреле — выработку энергии с использованием угля превзошла одна только ветряная энергетика. Ветроэнергетические установки произвели в марте 45,9 ГВт·ч и рекордно высокие 47,7 ГВт·ч в апреле, по сравнению с произведёнными угольными электростанциями 38,4 ГВт·ч в марте и 37,2 ГВт·ч в апреле.

В США пик спроса на электрическую энергию приходится на летние месяцы и начало осени, а также на конец весны. Решающими окажутся данные за август — сможет ли возобновляемая энергетика перебить хребет ископаемой? Но поскольку в США продолжают наращивать объёмы производства чистой энергии, перелом не за горами. Так, если в прошлом году в США было введено в работу 18,4 ГВт солнечных мощностей, то в текущем году прирост составит уже 36,4 ГВт.

Похожие тенденции происходят также в сфере ветровой генерации. По сообщению Scientific American, производство энергии силой ветра в США выросло примерно на 8 % по сравнению с прошлым годом. По состоянию на июнь 2024 года было добавлено около 2,5 ГВт ветровой мощности, и ожидается, что еще 4,5 ГВт будут введены до конца 2024 года. Представители техасского и калифорнийского операторов энергосистем отметили, что вопреки рекордной жаре этого лета системы впервые ведут себя стабильно, за что они благодарят солнечную и ветряную энергетику, а также резервные (батарейные) системы хранения энергии.

Норвежская компания Wind Catching Systems сообщила о получении экспертного одобрения на создание прототипа гигантской плавучей стены ветряных турбин. Будут построены четыре 40-МВт установки для размещения вдоль побережья Норвегии. Каждая из них будет представлять собой вертикальное поле из множества турбин с роторами уменьшенного диаметра. Такой подход обеспечит простоту производства, развёртывания и обслуживания на фоне кратного роста выработки.

Источник изображений: Wind Catching Systems

Плавающая ветряная ферма WCS получила поддержку от крупных мировых инвестиционных фондов. В случае успеха она может преобразить ветроэнергетику. Вместо одиночных ветряных турбин большой мощности, а Китай уже приблизился к производству одиночных 22-МВт ветряков с лопастями до 150 м, норвежцы предлагают фактически модульную сборку из множества турбин меньшей мощности с лопастями длиной до 15 м. Модульная ферма многократно снизит затраты на логистику, а также обслуживание. Ремонтникам не нужно будет быть скалолазами. К месту ремонта на ветряке их доставит обычная строительная гондола.

Полученное компанией экспертное одобрение поступило от международного регистратора Det Norske Veritas (DNV), который известен разработкой стандартов, правил и инструкций, на основе которых национальные агентства и регуляторы создают собственные и международные стандарты в области судоходства, нефтегазовой отрасли, возобновляемой энергетики и других сферах промышленности. Это запускает создание проекта 40-МВт установки «стены ветряков», первая из которых будет установлена у побережья Ойгардена на юго-западе Норвегии.

Проект плавающей стены из ветряков компании WCS был представлен в 2021 году. Подход компании впечатлял и вызывал сомнения — она предложила ферму высотой с Эйфелеву башню (324 м) мощностью 126 МВт. Тем не менее, проект заинтересовал инвесторов. В ходе первого раунда сбора инвестиций компания получила около $10 млн от GM Ventures и заключила с General Motors стратегическое соглашение о разработке технологий.

Затем в сентябре 2022 и феврале 2023 годов последовали гранты в размере 22 млн и 9,3 млн норвежских крон ($2,1 млн и $0,9 млн). Эти гранты предоставлены норвежским государственным предприятием Enova SF, которое занимается сокращением выбросов парниковых газов и изучением новых технологий экологически чистой энергетики. На полученные средства было проведено несколько разработок, включая создание и испытание прототипа плавающего основания для гигантской фермы. Будет удивительно увидеть реализацию этого проекта в море.

Национальное бюро статистики Китая представило данные о финансировании в области климатической энергетики (CEF), где сообщило, что достижение промежуточных климатических целей произойдёт в КНР на шесть лет раньше запланированного. Так, одной из задач до 2030 года было получение из возобновляемых источников 1200 ГВт энергии. По состоянию на май 2024 года, в Китае уже развернули солнечные и ветряные установки суммарной мощностью 1152 ГВт, значительно опередив планы.

Очевидно, знаковый рубеж будет пройден в ближайшие недели. Китай, считающийся одной из самых загрязнённых стран с точки зрения промышленных выбросов парниковых газов, показал пример, как надо заботиться об экологии. Это не исключает того факта, что Поднебесная продолжает создавать угольные электростанции, но введение новых мощностей в строй существенно снизилось. В частности, на 45 % в годовом отношении, если говорить о периоде с января по май 2024 года.

За первые пять месяцев 2024 года в Китае было введено в эксплуатацию 103,5 ГВт экологически чистых энергетических мощностей (включая атомную и гидроэнергетику). Как и в 2023 году, солнечная энергетика остаётся лидером в стране по наращиванию мощности. За первые пять месяцев этого года установленная мощность в этой сфере составила 79,2 ГВт или 68 % от новых установленных источников энергии. За год этот показатель вырос на 29 % и продолжает расти.

Источник изображения: CEF

Ветряная энергетика стала вторым по распространённости источником экологичной энергии в Китае, достигнув в 2024 году в общей сложности 19,8 ГВт новых мощностей, что составляет 17 % от общего объёма. Количество ветроэнергетических установок выросло на 21 % в годовом исчислении и, как и количество солнечных, продолжает расти с рекордного уровня 2023 года. Тем самым общая установленная мощность ветряной и солнечной энергии в Китае достигла в конце мая 2024 года 1152 ГВт и, исходя из текущих темпов, совсем скоро должна превысить целевой показатель, ранее установленный для 2030 года.

Несмотря на впечатляющие достижения в сфере чистой энергетики, любое отклонение от планов — даже опережающее график — должно вызывать вопросы и даже опасения. Ранее была информация, что китайская инфраструктура неспособна воспринять настолько бурный прирост солнечной выработки.

Китайская компания Mingyang Smart Energy завершила создание уникальной морской двухроторной ветряной турбины OceanX общей мощностью 16,6 МВт. Установка способна оставаться в работе даже при скорости ветра 260 км/ч. Масса этого уникального плавучего объекта достигает 16 500 т, а конструкция выдерживает волны высотой 30 м. Вскоре вдоль морского побережья Китая могут появиться сотни и тысячи таких ветряных установок, обеспечивая материк чистой энергией.

Источник изображений: Mingyang Smart Energy

Прототип двухроторной плавучей ветряной установки OceanX в масштабе 1:10 компания Mingyang изготовила ещё в 2020 году. На днях было завершено производство полномасштабной серийной версии турбины. Колоссальная плавучая установка изготовлена из высоконадёжного бетона, устойчивого к агрессивной среде. Поплавок имеет вид буквы Y. Он крепится ко дну глубиной свыше 35 м одним якорем, что позволяет ветряной турбине всегда разворачиваться по ветру.

Две турбины мощностью по 8,3 МВт каждая размещены на вершинах стойки в форме буквы V. Турбины дополнительно закреплены растяжкой из тросов. Диаметр каждого ротора составляет 182 м. Лопасти вращаются в разных направлениях, чтобы избежать центробежной нагрузки на установку. Вся система выдерживает турбулентность на уровне 0,135, что означает возможность работы в чрезвычайно сложных условиях. Обычно турбины отключают при превышении турбулентности значения 0,06, чтобы механизм не вышел из строя от сильных вибраций, что, явно, не грозит китайской морской турбине.

По данным Глобального совета по ветроэнергетике, Китай шестой год подряд занимает первое место в мире по развитию морской ветроэнергетики. Цель Китая — обеспечить к 2025 году треть своего национального энергопотребления за счет возобновляемых источников. Протяженность береговой линии Китая составляет около 9 010 миль (14 500 км), поэтому для морских ветряных электростанций там вполне достаточно места. Но кроме всего этого, мало кого оставит равнодушным полёт инженерной мысли — это просто колоссально.

С 19 июля по заливу Сан-Франциско начнёт регулярные рейсы первый в мире коммерческий пассажирский паром на водородном топливе. В течение шести месяцев (пока будут длиться испытания судна) услуга будет бесплатной. В каждый рейс судно сможет брать до 75 пассажиров. По словам властей, этот маленький шаг станет первым на пути к безуглеродному морскому судоходству.

Источник изображений: AP/Terry Chea

Судно-катамаран MV Sea Change длиной 21 м построено компаниями Bay Ship and Yacht в Аламеде, Калифорния, а также All-American Marine в Беллингеме, Вашингтон. Его электрические силовые установки питаются от энергии, вырабатываемой топливными водородными ячейками. Запаса водорода на борту хватит для преодоления 300 морских миль (555 км) или путешествия длительностью 16 часов. Сколько именно и в каком режиме судно будет проводить в пути, не уточняется. Сказано, что оно будет курсировать вдоль побережья по заливу от пирса 41 к пирсу у центрального пассажирского терминала Сан-Франциско.

Водородное топливо обещает стать центральным в усилиях стран по декарбонизации транспорта от грузового автомобильного до железнодорожного, авиационного и судоходного. Но произойдёт это лишь тогда, когда водород будет производиться с использованием возобновляемой энергетики. В таком случае он будет получаться с помощью электролиза — расщепления воды на водород и кислород под воздействием электричества, а электричество будет генерироваться солнечными и ветряными электростанциями. В этом идеальном мире из выхлопных труб транспортных средств будет вытекать обычная вода, а не углекислый газ с примесями тяжёлых металлов.

Ещё раньше топливные ячейки для судоходства стали использовать в Европе. Так, с лета 2023 года по Рейну начал курсировать контейнеровоз на водородном топливе. Вскоре парк таких судов будет насчитывать не один десяток штук. Опыт США с водородными пассажирскими паромами станет ещё одним вкладом в копилку безуглеродного судоходства и примером практической реализации экологически чистых транспортных технологий.

Учёные Университета МИСИС и Института синтетических полимерных материалов им. Н.С. Ениколопова (ИСПМ РАН) представили органические полупроводники для солнечных перовскитных модулей, которые при низком освещении увеличивают мощность выработки до 90 %, а КПД на 2,42 %. Подобный тип солнечных батарей позволит эффективно вырабатывать электроэнергию вдали от солнечных регионов, в условиях плотной облачности и даже внутри зданий.

Источник изображений: Journal of Power Sources

Исследователи занимались вопросом повышения эффективности и практической надёжности солнечных элементов из таких тонкоплёночных структур, как галоидные перовскиты. Это нанокристаллический перовскитный поглотитель, который размещается между слоями переноса заряда. Такая структура способна вырабатывать больше энергии, чем кремний, и обещает быть дешевле в производстве. Максимальный КПД, который учёные смогли достигнуть в лаборатории, сегодня составляет 26,1 % и продолжает расти.

Перовскитные материалы и галоидные соединения в частности очень чувствительны к внешней среде — температуре, влажности, освещению и прочему. Поэтому во всём мире учёные ищут возможность защитить их от коррозии и химического (фотохимического) разрушения, без чего коммерческая эксплуатация подобных фотоэлементов будет невозможна. Российские учёные также двигались в этом направлении. В ходе исследований коллектив учёных МИСИС и ИСПМ РАН синтезировал органический самособирающийся монослойный материал, который оказался химически совместим с перовскитными соединениями и обладал необходимыми защитными функциями.

По сути, учёные создали технологию образования упорядоченной (защитной) молекулярной структуры толщиной в одну или несколько молекул, образующейся при поглощении активных веществ с поверхности. Такие активные вещества образуются естественным образом под воздействием тепла и света. Например, это могут быть летучие соединения йода и другие побочные продукты, которые вызывают коррозию и окисление. Исследователи смогли обратить этот негативный эффект себе на пользу, заставив его работать на создание защитного слоя.

Химическую работу при самосборке монослоя производит состав на основе трифениламина с карбоксильной связующей группой. Его применение также улучшило перенос заряда между перовскитными поглотителями и неорганическими слоями.

«Новый самособирающийся монослой — один из наиболее простых с точки зрения синтеза. Подобные материалы широко применяются благодаря высокой стабильности и адгезии. Однако для получения материала важно учитывать ряд требований. Среди них: термическая, фото- и электрохимическая стабильность, подходящий уровень молекулярной орбитали для переноса положительно заряженных носителей заряда с перовскита на электрод и химическая совместимость между покрытиями. Также важно избегать "паразитического" поглощения энергии при прохождении солнечных лучей через трёхслойную структуру материала», — рассказала сотрудница лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС Екатерина Ильичёва.

Выяснилось, что после образования монослоя эффективность носителей заряда выросла, а также снизилась потеря энергии. Тесты при естественном свете показали, что перовскитные элементы с монослоем сохраняют до 98 % своей первоначальной производительности после 1000 часов работы, тогда как необработанные устройства теряют более 20 % мощности уже через 400 часов. Результаты исследования подробнее описаны в журнале Journal of Power Sources.

«В ходе исследования мы также изготавливали перовскитные солнечные модули с применением новой технологии. Их КПД вырос с 13,22 % до 15,64 %, а при низком освещении максимальная мощность увеличилась на 47–90 %. Мы выяснили, что монослой значительно снижает количество дефектов и усиливает взаимодействие между слоями, что ведёт к более стабильной работе перовскитных солнечных элементов. Кроме того, обработанные образцы оказались менее подвержены влиянию внешних факторов, таких как свет, влага и температура», — поделилась Полина Сухорукова, инженер лаборатории перспективной солнечной энергетики НИТУ МИСИС, исследователь лаборатории полимерных солнечных батарей ИСПМ РАН.

Работающие в условиях слабой освещённости солнечные панели и панели для работы внутри помещений — это одно из важных направлений в фотовольтаике. В условиях плотной городской застройки солнечный свет редкий гость на улицах городов. Фотопанели для выработки электрической энергии в таких условиях будут востребованы и сыграют свою роль в сфере возобновляемой энергетики.

Исследователи научной сети им. Фраунгофера (Fraunhofer) представили автономный компактный модуль по извлечению водорода из воды с помощью энергии Солнца. Модуль поддерживает простое масштабирование. Со 100 м² модулей в год можно получить 30 кг водорода, что обеспечит среднестатистическому легковому автомобилю пробег до 20 тыс. км.

Quadratisch, Praktisch, Gut. Источник изображения: Fraunhofer IKTS

Предложенная немецкими специалистами разработка использует эффект фотоэлектрохимической катализации. Это не электролизёр, который расщепляет воду на кислород и водород с помощью электрического тока, хотя обычные солнечные панели также встроены в данный модуль. Вырабатываемая солнечными панелями энергия используется для «турбонаддува», что ускоряет реакцию по извлечению водорода из воды.

Основную работу по расщеплению воды на кислород и водород выполняет катализатор, произведённый из почти что обычного листового стекла. На стекло методом осаждения в вакууме наносятся специально подобранные материалы, плёнка которых получается не толще нескольких нанометров с каждой стороны. Точность нанесения также играет роль в увеличении эффективности катализатора, как и выбранные для этого полупроводниковые материалы.

Когда солнечный свет падает на стекло, коротковолновое излучение поглощается на его внешней поверхности и производит кислород. Длинноволновое излучение проникает вовнутрь и на внутреннем покрытии производит водород. Оба газа разделены перегородкой и собираются раздельно. При размерах рабочей поверхности модуля 50 см², поле из модулей площадью 100 м² позволит каждый год производить до 30 кг экологически чистого водорода. Для автомобиля на водородном топливе это обеспечит пробег от 15 000 до 20 000 км, что примерно соответствует годовому пробегу среднестатистического автомобиля в России.

Добавим, фотоэлектрические катализаторы — это изобретение не сегодняшнего дня. Но у них всегда была одна серьёзная проблема — очень быстрый износ. Как с этим обстоят дела у немецких модулей, не уточняется.

Пневматические или компрессионные системы накопления энергии — это давно не новость. Первый такой объект был введён в эксплуатацию в Германии ещё в 1978 году. Воздух под давлением закачивается в полости в земле и затем расходуется для вращения турбин. Но теперь хранить энергию предлагается в сжиженном воздухе, что не требует подземных резервуаров. Одну из первых в мире таких установок начинают строить в Великобритании, которая сможет запасать до 300 МВт·ч энергии.

Источник изображения: Highview Power

Проект будет реализовывать компания Highview Power. В качестве площадки выбран посёлок Каррингтон в Манчестере. Работы начнутся немедленно, если верить компании. Ожидается, что установка LAES (liquid air energy storage) промышленного масштаба обеспечит мощность на уровне 50 МВт в течение 6 часов. В эксплуатацию объект обещают ввести в 2026 году.

На строительство объекта британская компания привлекла капитал, собранный в рамках первого раунда финансирования, который провёл Государственный инфраструктурный банк Великобритании и энергетическая транснациональная компания Centrica. Среди инвесторов можно отметить Rio Tinto, Goldman Sachs, Kirkbi и Mosaic Capital. Иными словами, более чем серьёзная поддержка. В общей сложности инвесторы предоставили на проект 300 млн фунтов стерлингов ($383 млн).

Установка LAES будет использовать излишки возобновляемой энергии на сжижение атмосферного воздуха, который затем будет храниться в изолированных резервуарах. При наличии спроса запасённый воздух извлекается под высоким давлением, повторно нагревается и расширяется, в результате чего создаётся поток газа высокого давления, который может направляться на турбину для производства электроэнергии.

Китайская госкомпания Dongfang Electric Corporation сообщила, что на днях завершила установку самой высокой в мире прибрежной ветряной турбины мощностью 18 МВт. Установка сможет вырабатывать 72 ГВт·ч чистой энергии в год, обеспечивая баланс потребления на восточном побережье Поднебесной вместе с поставками солнечной энергии с западных пустошей.

Источник изображения: Dongfang Electric Corporation

Западные эксперты призывают не спешить следовать по пути Китая и не создавать сверхгигантские ветряные установки. Это экономически невыгодно по массе причин, включая отсутствие вменяемых цепочек поставок и необходимого кранового оборудования. Китай, в свою очередь, делает ставку на ветряную энергию, как на основу безуглеродной энергетики после 2060 года. С прошлого года в стране создали технологию возведения 16-МВт ветряков всего в течение одних суток. Теперь они могут расти как грибы.

Только что развёрнутый ветряной генератор мощностью 18 МВт имеет ротор диаметром 260 м. Это примерная площадь более 7 стандартных футбольных полей. Чем больше площадь «пропеллера», тем быстрее окупается генератор и тем больше мощности он вырабатывает. Новым рекордом обещает стать 22-МВт ветряк выше Эйфелевой башни с диаметром ротора 310 м. Но это будет уже другая эпичная история. Пока это только проект.

Министерство внутренних дел и коммуникаций Японии заявило, что будет на законных основаниях закрывать проекты фотоэлектрической генерации в случае создания ими радиочастотных помех. С 2021 года Министерство получило 44 жалобы от оборонных и правительственных структур на помехи связи со стороны солнечных электростанций. Производители фотопанелей и интеграторы должны ответственно отнестись к этому заявлению и принять меры.

Безэховая камера для тестирования на радиопомехи. Источник изображения: Stan Zurek, Wikimedia Commons

В основном жалобы на создание помех радиосвязи поступали на крупномасштабные проекты, но не ограничивались ими. В этой связи Министерство уведомило Японскую ассоциацию производителей электрооборудования и Японскую ассоциацию фотоэлектрической энергетики (JPEA) о нежелательных радиопомехах от систем солнечной генерации, которые способны приводить к сбоям беспроводной связи. Если на таких объектах проблемы не будут устранены, то у властей есть все законные основания закрыть их.

В частности, жалобы были на помехи цифровым радиосистемам местных органов власти, используемым для предотвращения стихийных бедствий, служб реагирования на пожары и экстренной связи. Чтобы этого не было, производителям панелей и интеграторам следует использовать систему фильтрации помех в электрических цепях солнечной генерации, а также учитывать вероятность их появления в случае тех или иных недоработок в проектах.

Также регулятор призвал японских проектировщиков взять на вооружение соответствующие рекомендации Международной электротехнической комиссии (IEC). В документах IEC есть положения, которые регламентируют вопросы снижения нежелательного излучения радиоволн от систем солнечной генерации. Но это не сильно помогло в Европе, где регуляторы Нидерландов и Швеции, например, сообщали о радиопомехах от солнечных электростанций ещё в 2023 и, соответственно, 2021 годах.

Базовые знания по биологии подсказывают, что жизненные процессы в растениях сопровождаются производством электричества. Водно-ионный обмен в живых тканях создаёт потенциал на подключённых электродах. В теории зелёные насаждения могут стать прямым источником электрической энергии, к чему учёные из Индии призывают готовиться уже сейчас. Для этого они изучили динамику выработки тока растениями в зависимости от циркадных ритмов.

Источник изображения: Indian Institute of Technology (IIT) Kharagpur

Очевидно, что растения по-разному ведут себя днём и ночью, а также в зависимости от погодных факторов. Из этого также следует, что производство электрической энергии тоже будет зависеть от суточных ритмов насаждений. Исследователи из Индийского технологического института в Харагпуре решили с максимально возможной точностью изучить влияние циркадных ритмов и других факторов на генерирующие свойства растений.

В качестве подопытных были выбраны эйхорния толстоножковая (водяной гиацинт, Eichhornia crassipes) и лаки бамбук (драцена сандера, Dracaena sanderiana). Учёные прикрепили к ним электроды, а также подключили датчики к резервуарам с питающей жидкостью для контроля за щелочным составом.

«Этот потоковый [генерирующий] потенциал, по сути, являющийся следствием естественной энергии, получаемой на растении, предлагает возобновляемый источник энергии, который работает непрерывно и может быть устойчивым в течение длительного периода, — сказал автор работы Суман Чакраборти (Suman Chakraborty). — Вопрос, на который мы хотели ответить, заключался в том, какой потенциал оно может вырабатывать и как на электрический потенциал влияют биологические часы растения?».

Эксперименты показали, что электричество на растении можно производить в циклическом ритме. Также учёные установили точную связь между генерацией и присущим растениям суточным ритмом. Сверх того, процессы генерации удалось привязать к потреблению растением воды и ионному обмену в процессе движения сока по их сосудам.

«Мы не только заново открыли электрический ритм растений, описав его в терминах напряжений и токов, но мы также предоставили информацию о возможном использовании вырабатываемой растениями электроэнергии устойчивым образом без воздействия на окружающую среду и без нарушения экосистемы, — пояснили учёные. — Полученные результаты могут помочь в разработке биомиметических, вдохновленных природой систем, способных противостоять глобальному энергетическому кризису с помощью экологически чистого, устойчивого решения, при котором посадка дерева не только устраняет кризис изменения климата и ухудшения качества окружающей среды, но и обеспечивает получение электроэнергии из насаждений».

Учёные придумали множество реакций по превращению углекислого газа в топливо или химреактивы, но все они имеют недостатки и далеки от 100-% эффективности. Такие реакции ведут к побочным продуктам в виде водорода или карбонатов и зря расходуют энергию. Но учёные из США придумали техпроцесс, в ходе которого происходит абсолютно эффективное преобразование CO₂ в топливо или химические реактивы с использованием дешёвого цинкового катализатора, что меняет всё.

Источник изображения: Nature

Открытие сделали исследователи из Школы молекулярной инженерии Притцкера Чикагского университета (UChicago Pritzker School of Molecular Engineering). Рецензируемая публикация по работе вышла в журнале Nature. Учёные поставили перед собой цель создать условия для высочайшего контроля молекул воды в растворе, чтобы каждый протон в электрохимическом процессе преобразования CO₂ во что-то полезное расходовался не на пустышки типа образования газообразного водорода или карбонатов, а вовлекался в синтез синтетического топлива или химических реактивов: этанола, метилового спирта, муравьиной кислоты и других соединений.

«Представьте, что мы можем получать экологически чистое электричество от солнца и ветра, а затем использовать это электричество для преобразования любого углекислого газа обратно в топливо», — поделился своей мечтой первый автор статьи Реджи Гомес (Reggie Gomes).

Исследователи не стали изобретать велосипед, а воспользовались хорошо известной реакцией электрохимического восстановления диоксида углерода (CO₂R, electrochemical carbon dioxide reduction). В ходе этой реакции углекислый газ в присутствии воды разлетается на атомы углерода, кислорода и водорода как бильярдные шары после первого удара. Задача состоит в том, чтобы в итоге собрать необходимые молекулы без образования побочных продуктов. Учёные решали её с помощью получения контроля над поведением молекул воды в растворе. Для этого они игрались с его кислотностью и регулировали электрохимические и электростатические связи молекул.

Наилучший результат был получен в присутствии катализаторов из золота, серебра и платины. Эти металлы наиболее эффективно подавляли реакции образования водорода в процессе электрохимической реакции. Но для массового производства химреактивов и синтетического топлива это не годится — они получатся буквально золотыми. Поиск привёл к катализаторам из обычного цинка, которого в земных недрах более чем достаточно и по бросовой цене.

«На данный момент лучший способ сделать это [преобразовать CO₂] электрохимически при комнатной температуре — это использовать драгоценные металлы. Золото и серебро могут немного подавлять реакцию выделения водорода, — поясняют авторы работы. — Благодаря нашему открытию мы теперь можем использовать распространенный на Земле металл цинк, потому что у нас теперь есть отдельный способ контроля воды».

Из Калифорнии сообщают, что последние 45 суток штат ежедневно живёт с превышением выработки электрической энергии из возобновляемых источников над спросом. Излишки либо оседают в аккумуляторах, либо экспортируются в другие штаты. «Это не аномалия, — заявляют аналитики. — Это новая реальность!»

Источник изображения: ИИ-генерация Кандинский 3.0/3DNews

Баланс потребляемой и вырабатываемой штатом электроэнергии отслеживает профессор гражданского строительства и охраны окружающей среды Стэнфордского университета Марк З. Джейкобсон (Mark Z. Jacobson). Он докладывает о состоянии энергосети Калифорнии в сети X (бывшая Twitter). В последнем обновлении от 21 мая 2024 года Джейкобсон сообщил, что в течение 45 дней подряд (69 из 75 дней подряд) предложение солнечной энергии #WindWaterSolar в Калифорнии каждый день частично превышало спрос. 20 мая это продолжалось в течение 7,58 часов, достигнув максимума в 135,4 % от спроса.

Как следует из хештега, учитываются показатели выработки солнечной, ветряной и гидроэнергетики. Благодаря обильным дождям в штате в последние месяцы гидроэнергетика бьёт все рекорды. Поэтому аналитики призывают не спешить праздновать победу в сфере энергетики с нулевым выбросом. Впереди частые в этом штате периоды засухи, а одни только солнце и ветер возможный дефицит в электричестве не покроют.

Джейкобсон отмечает, что предложение превышает спрос «на 0,25-6 часов в день», и это важный факт. Непрерывность заключается не в том, что возобновляемые источники энергии обеспечивают работу сети в течение всего дня, а в том, что это происходит ежедневно, чего раньше никогда не достигалось. Иначе говоря, в вечернее и ночное время штат закрывает вопрос со спросом либо гидроэнергетикой, либо поставкой из аккумуляторных хранилищ. В дневное время происходит запасание энергии в хранилищах, а также продажа излишков в соседние штаты.

Отметим, что в Калифорнии находится крупнейшее в мире сетевое хранилище энергии на аккумуляторных батареях (оно было запущено в эксплуатацию в январе 2024 года), а это означает, что эти батареи теперь весь день наполняются избыточной солнечной энергией и отдают её в сеть в вечернее и ночное время. Подобные проекты будут множиться в штате. Также в Калифорнии будут создаваться новые солнечные и ветряные электростанции. Существует рекомендация начать 26 новых «зелёных» проектов в штате общей стоимостью $6,1 млрд. В основном это должны быть ветряные электростанции в прибрежных водах.

Ранее Калифорния приняла закон, который обязывает к 2045 году обеспечить 100-% переход на выработку электричества с нулевым выбросом. По мнению Джейкобсона, Калифорния полностью перейдёт на возобновляемые источники энергии и аккумуляторы в режиме 24/7 ещё раньше — к 2035 году.