Настоящее и будущее энергетики

Настоящее и будущее энергетики

Отрывок из главы 3, книги «Проблемы изобретеательства»
 Авторы: Галифанов Г.Г., Галифанов Р.Г., Карлиев Р.А.

Глава 3. Альтернативная энергетика
          В начале XXI в. существенно изменились условия развития экономики и мировой энергетики диктующей необходимость обеспечения сбалансированности между энергетической безопасностью, экономическим развитием и охраной окружающей среды. Ключевую роль в этом процессе занимает формирование будущей энергетики, основанной на альтернативных, преимущественно возобновляемых источниках энергии, интегрированных  в единую энергетическую систему каждой страны. Именно такой подход позволит максимально не только полностью задействовать потенциал альтернативной энергетики, но и в автоматическом режиме управлять процессами производства, учета, аккумулирования, перераспределения и непрерывного обеспечения потребителей электроэнергией, независимо от времени дня и суток. Причем удельный вес альтернативных источников энергии в общем объеме вырабатываемой энергии будет все более и более возрастать, что со временем приведет к утрате углеродной энергетикой своего доминирующего положения. Трудно сказать, когда это свершится, но то, что свершится – в этом нет сомнений. Ниже приводится краткий обзор основных альтернативных источников энергии с описанием их достоинств и недостатков, а также причин препятствующих задействованию этих источников в полной мере. Тем самым очерчен круг проблем, над которыми должна работать изобретательская мысль.
3.1. Вечный двигатель.

         Начиная с древнейших времен человек мечтал о нечто таком, что без приложения каких- либо усилий обеспечивало бы его всем необходимым. В отражающих его мечты сказках различных народов мира полно захватывающих дух удивительных явлений.  Из кувшина после произнесения заветных слов вырываются джины и выполняют любое желание хозяина, ковер-самолет переносит на любые расстояния, скатерть - самобранка обеспечивает превосходным питанием, волшебное зеркальце позволяет увидеть интересующие события, где бы они ни происходили. Золотая рыбка, волшебники, маги, кудесники, колдуны, чародеи творят различные чудеса – оживляют мертвых героев, создают множество идентичных злодеев, помогают или вредят людям, обращают их в зверей или чудовищ, поражают огненными стрелами, погружают в летаргический сон, воздвигают по мановению рук дворцы, разоряют или обогащают несметным богатством, наделяют животных человеческим разумом и т.п. Благодаря таким услышанным в детстве сказкам, наиболее впечатлительные и зачастую талантливые личности пытаются нередко на деле воплотить в жизнь, отраженные в сказках чудеса. И кое-что им удается. Самолеты, телевизоры, лазерные лучи, клонирование животных – это неполный перечень того, что удалось. Не удается пока лишь одно, получить нечто материальное из ничего. Попытки создать такого рода двигатель не прекращаются с незапамятных времен. Не в смысле бормотания сопровождаемых магическими пассами заклинаний, а в смысле создания неких хитроумных устройств, черпающих энергию из ничего. Ну, может быть не совсем из ничего, а например, из воды, из умножающей саму себя энергии, из вакуума, из окружающего пространства и т.п., не затрачивая при этом никаких материальных ресурсов и не получая никаких отходов. Причем стоит такое устройство запустить в работу один раз, и потом можно будет неограниченное время пользоваться вырабатываемой им энергией, пока не износятся его детали. Ссылки на принципиальную невозможность создания таких, противоречащих закону сохранения энергии устройств, вырабатывающих энергию из ниоткуда, при минимальных эксплуатационных затратах, сторонников вечных двигателей (Perpetuum Mobile) не убеждают. У них имеются иные железобетонные доказательства – это беспрестанное вращение планет Солнечной системы вокруг своей оси при одновременном вращении вокруг Солнца, а также вечное движение звезд, комет, и иных космических тел во Вселенной. Обращаясь к происходящим в микромире явлениям, они указывают на вечное вращение электронов вокруг ядра атомов. И раз такие явления имеют место, то и попытки создания их земных аналогов будут продолжаться вечно.
          С древнейших времен и до наших дней на ниве извлечения энергии из воздуха, воды, вакуума, эфира, электрических и магнитных полей и т.д. усердно трудится плеяда энтузиастов мечтающих создать беззатратные или малозатратные генераторы энергии. Неудачи не останавливают их. Так например,  довольно квалифицированный инженер-радиофизик Первеев Г.П. из Ханты-Мансийска опубликовал в на своем сайте: http://ut27972.narod.ru/index.html «Иллюстрированное методическое учебное пособие по разработке и конструированию «Перпетуум мобиле» под названием «Парадоксальные механизмы». Огромный труд объемом  более 2000 страниц машинописного текста с описанием и изображением различных разработанных устройств, подкрепленных расчетами, позволит по его убеждению, решить поставленную задачу. Некоторые из этих устройств самим Первеевым и вдохновленными им последователями сконструированы и безуспешно опробованы на практике. Загублено огромное количество конденсаторов, трансформаторов, диодов, резисторов, катушек. Закупаются в ущерб семейному бюджету новые детали. Конструируются, меняются и испытываются различные электросхемы с использованием ферритов, постоянных магнитов, искровых разрядников и т.д. Но все безуспешно. На выходе устройств количество получаемой энергии неизменно ниже, чем на входе. Но это не останавливает. Анализируются причины неудач, и с утроенной энергией вновь и вновь продолжается штурм бастионов сокрытой энергии. 
             Сколько было в разные времена безуспешных попыток создать подобные устройства - одному Богу известно. Но что интересно, даже зная это, в каждом новом поколении, находится немалое количество людей, которые с упорством достойным лучшего применения,  продолжают, несмотря, ни на что, пытаться решить проблему даровой энергетики. В настоящее время такие попытки сводятся в основном к созданию устройств, обеспечивающих беззатратное получение электрической энергии. Так, например, некий Кушелев изобрел в лаборатории «Наномир» резонансную систему, которая по его заверениям способна выдавать 10000 ГВт/кг  на один мкг нановещества. Не менее впечатляет созданный Мотовиловым из города Пензы абсолютно ничего не потребляющий портативный индивидуальный генератор электричества. Аналогично этому швейцарский инженер  Пауль Бауман на основе унитарной квантовой теории изобрел электростатическую индукционную машину «Тестатика», которая вырабатывает электрический ток сама по себе, без всякой подпитки ресурсами извне, причем изобретатель, по некоторым сообщениям, сам не вполне понимает принцип ее действия. В 1990 году американец Свит Флойд создал «вакуумный триодный усилитель», состоящий из двух ферритовых магнитов и трех катушек без сердечника. Запуск усилителя  осуществляется при помощи обычной карманной батарейки, но затем генератор начинает питать сам себя, вырабатывая не совсем обычную энергию. В частности, при коротком замыкании выходные провода покрываются инеем, человек при ударе током получает не ожоги, а обморожения, температура воздуха вокруг работающего «усилителя» понижается на несколько градусов, а сам прибор теряет в весе в зависимости от количества вырабатываемой им энергии. В создание вечного двигателя включились и ученые.  Доктор технических наук Марухин и кандидат технических наук В. Кутьенков изобрели работающее на принципе гидравлического тарана компактное и легкое в изготовлении устройство, позволяющее получать неограниченную и экологически чистую энергию, не потребляя при этом ни грамма топлива .
          Весьма интересным является «Способ получения электрической энергии и устройство для его осуществления», на которое группой авторов получен российский патент № 2339152. В основу изобретения положен тот факт, что система контактов наноструктурированных проводящих поверхностей с водным слоем толщиной от нескольких нанометров до долей миллиметра при определенных условиях становится источником электродвижущей силы (ЭДС). Возникновение разности потенциалов обусловлено структурированием водной среды, которое инициируется неоднородным электрическим полем, существующим вблизи наноразмерных структурных и/или параметрических неоднородностей проводящих поверхностей пластин, контактирующих с молекулами воды. Попытки представить данное изобретение, как доказательство осуществимости создания вечного двигателя, не выдерживают критики. В частности, описанные в патенте результаты экспериментов показывают, что после запуска устройства в работу происходит постепенное существенное уменьшение вырабатываемого напряжения и силы тока. По мнению авторов, это обусловлено испарением воды, с устранением которого можно добиться стабильных результатов . Однако, это мнение экспериментально не подтверждено, что не позволяет сделать вывод о возможности бесконечной выработки энергии предложенным устройством. В силу ряда причин, подобно тому, как постепенно останавливается раскрученное велосипедное колесо, точно также количество получаемой энергии при работе предложенного устройства носит затухающий характер.
          Вообще, строго говоря, создание устройств, работающих без подпитки внешними источниками питания, является утопией, поскольку «из ничего и будет ничего». Даже в том случае, когда действительно невозможно установить за счет чего работает тот или иной «вечный двигатель» можно быть уверенным, что в основе его работы лежат материальные процессы. Это могут быть неизвестные науке новые виды энергии (помимо электромагнитной, механической, химической, гравитационной, тепловой и  ядерной энергии), преобразование и концентрация рассеянной в пространстве энергии, приращение энергии в процессе работы устройства, подобно тому, как увеличивается масса скатывающего с холма снежного кома (эффект снежного кома), извлечение энергии за счет использования неоднородности или разностных характеристик энергии окружающей среды и т.д. В связи с этим вполне обоснованно можно полагать, что  любые сколь-либо долго работающие «вечные двигатели», таковыми на самом деле не являются,  поскольку они либо результат хитроумного мошенничества, либо в основе их работы лежит использование неочевидных материальных энергоресурсов и явлений. В качестве таких неочевидных явлений, можно, например, отнести  сведения о беспроводной передаче изобретателем Николой Тесла  электроэнергии на большие расстояния. На наш взгляд, такие утверждения нельзя отнести к разряду безосновательных. Аналогией беспроводной передачи энергии, могут быть, например, лазерные лучи. Другой аналогией - излучаемые из разных точек нашей планеты электромагнитные телевизионные и радиосигналы, получающие энергетическое воплощение в теле- и радиоприемниках. Окружающее нас пространство пропитано энергией электромагнитных волн. Задача изобретателей состоит в создании концентраторов этой энергии с преобразованием ее в электрическую форму.  В науке много непроторенных путей и неизученных явлений. Поэтому, как правило, неправы те, кто утверждает о невозможности создания каких-либо выходящих за пределы наших нынешних знаний необычных материалов, устройств и способов. Будущее, как свидетельствует история науки и изобретательства, низвергает с пьедестала пессимистически настроенных оракулов и отдает пальму первенства авторам дерзновенных идей, в том числе тем из них, которые являются поборниками альтернативной энергетики.
    
3.2. Возобновляемые источники энергии.
Говоря об альтернативной энергетике, следует иметь ввиду, что согласно общераспространенному мнению под ней понимаются не только так называемые «вечные двигатели», но и устройства, потребляющие для своей работы возобновляемые источники энергии (ветровая, солнечная и световая энергия, энергия отливов и приливов, речного потока, водопадов, вулканов, перепадов температур и т.д.). И с этим мнением следует, безусловно, согласиться, поскольку, несмотря на имеющуюся между ними принципиальную разницу, и те, и другие не ставят целью использование невозобновляемых энергетических ресурсов. Устройств использующих возобновляемые виды энергии становится все больше, и это несмотря на то, что на их изготовление и эксплуатацию приходится иногда вкладывать огромные затраты времени, труда и средств. Обусловлено это иссякающими ресурсами невозобновляемых источников энергии, проблемами захоронения радиоактивных отходов атомных электростанций, увеличением парникового эффекта и возрастающим загрязнением окружающей среды. В связи с этим  человечество вынуждено переходить на освоение энергии солнца, ветра, атмосферного электричества, геотермальной энергии и т.д. Анализ источников информации свидетельствует о все возрастающем интересе к использованию возобновляемых источников энергии, о чем свидетельствует увеличение удельного веса патентов на изобретения, посвященные этой проблеме. Наряду с этим немало пессимистичных прогнозов о бесперспективности широкого применения устройств, работающих на биогазе, солнечной, ветровой и геотермальной энергии, а также энергии приливов и морских течений, в связи с чем их доля в общем объеме вырабатываемой электроэнергии не превысит 1-3%. Мы не разделяем этот пессимизм, поскольку он не учитывает дальнейших перспектив развития науки, техники и технологии.

3.2.1. Гидроэлектростанции.

Отнесение гидроэлектростанций к числу альтернативных источников энергии несколько спорно, ввиду их определенного негативного воздействия на окружающую среду. Согласно имеющимся данным, удельный вес гидроэлектростанций в общем объеме производимой электроэнергии составляет примерно 20%. Поскольку возможности дальнейшего развития гидроэнергетики в развитых странах в основном исчерпаны, в последние годы происходит ее смещение из развитых стран в развивающиеся страны, обладающих значительным гидропотенциалом. В отличие от огневых и атомных технологий генерации электроэнергии, обладающих возможностью свободного размещения в любой местности, расположение гидроэлектростанций жестко обусловлено физико-географическими факторами, что сильно сказывается на стоимости их сооружения и эксплуатации. В частности, когда они значительно удалены от энергопотребителей к цене гидроэнергии добавляются затраты на строительство и обслуживание линий электропередач, что существенно удорожает стоимость получаемой энергии.  Кроме того, длительный срок окупаемости  и повышение удельного веса атомной и огневых технологий выработки электроэнергии становится причиной снижения инвестиций в реализацию крупных гидропроектов .
           Значительно более гибкими, экологически выгодными и рентабельными по сравнению с гидроэлектростанциями являются гидроаккумулирующие электростанции. Принцип их действия основан на перекачивании воды из нижнего бьефа в верхний бьеф (естественный или искусственный гидроаккумулирующий водоем) за счет излишков электроэнергии электростанций. Накопленная в верхнем бьефе потенциальная энергия воды затем преобразуется посредством  гидротурбин в электроэнергию. Таким образом, гидроаккумулирующие электростанции в зависимости от обстоятельств попеременно работают либо в режиме закачки воды в верхний бьеф, либо в режиме использования этой воды для производства электроэнергии. Нарастающая потребность в гидроаккумулирующих электростанциях обусловлена тем, что электроэнергия не тот товар, который можно хранить на складах. Ее особенностью является сочетание процесса генерации с одновременным потреблением. Ритм же человеческой жизнедеятельности и работы различных производств таков, что затраты электроэнергии в ночные и дневные часы, в рабочие и нерабочие дни носят неравномерный характер, в связи с чем их трудно увязать с объемом потребной энергии в различное время суток без использования компенсационных механизмов. В создании же таких механизмов человечество пока мало преуспело, что является одной из наиболее серьезных проблем электроэнергетики. Наиболее эффективно эту проблему в данное время решают гидроаккумулирующие электростанции, позволяющие устранить дисбаланс между производством и потреблением электроэнергии посредством сглаживания пиковой нагрузки на энергосистему. Другим преимуществом таких электростанций является их относительно быстрое сооружение, хорошая эксплуатационная маневренность и возможность размещения вблизи крупных объектов энергопотребления .
           Привлекательной особенностью гидроаккумулирующих электростанций является возможность  вывода потока воды после гидротурбины назад в гидроаккумулирующий водоём не прибегая к использованию электроэнергии посредством гидротарана. В основе работы гидротарана лежит так называемый гидравлический удар - резкое повышение давления в трубопроводе при мгновенном перекрытии заслонкой отбойного клапана потока воды, что приводит к возникновению гидравлического удара в результате резкого возрастания давления в трубопроводе. Возросшее давление открывает напорный клапан, через который вода поступает в напорный колпак, сжимая в нем воздух. Сжатый в колпаке воздух гонит воду по напорной трубе в верхний бьеф гидроаккумулирующей электростанции на высоту до 50 метров. Давление в трубопроводе падает, напорный клапан закрывается, а отбойный открывается, и цикл повторяется снова .
           К недостаткам гидроэнергетики можно отнести зависимость работы электростанций от гидрологического режима реки, удаленность от объектов энергопотребления, большая площадь отчуждения земель под строительство водоемов, затопление плодородных земель, нарушение естественных нерестилищ, негативное воздействие на руслоформирующие процессы, возможные аварии наподобие той, что произошла 17 августа 2009 года на Саяно-Шушенской гидроэлектростанции (разрушение плотины и гидроагрегатов при неожиданном подъеме уровня воды и несрабатывании запорных устройств). Однако, там где имеются недостатки, там широкое поле деятельности для изобретателей, благодаря техническим решениям которых эти недостатки можно устранить или обратить во благо.
3.2.2. Ветровая энергетика.

В сфере ветровой энергетики имеется много проблем и следовательно существуют большие возможности для изобретательского творчества.  Данный вид возобновляемого источника энергии интересен тем, что в отличие от нефти, угля, газа и т.д. ветер не имеет никакой стоимости, стоимость имеет лишь то оборудование, с помощью которого возможно преобразование воздушного потока в электрическую или иную энергию. Ветроэнергетика не ведет к загрязнению окружающей среды продуктами углеродного горения, не требует для установки и эксплуатации большой площади отчуждения земель, и при дальнейшем совершенствовании ветрогенераторов  в сочетании с размещением в зоне интенсивных ветровых потоков может успешно конкурировать с невозобновляемыми энергоисточниками. Наиболее выгодно использовать энергетические ветроустановки на открытой местности, в прибрежной зоне, на некотором удалении от берега моря или океана, в горах или на холмах. Важно при этом, чтобы не было никаких препятствий, создающих сопротивление движению ветрового потока.
           Несмотря на колоссальные возможности получения энергии из ветра, на порядок превышающий потребность в ней человечества, практическое использование ветроэнергетики осуществляется пока в небольших объемах и не превышает 2,3% от количества всей вырабатываемой электростанциями мира энергии. Это объясняется нестабильностью работы и высокой стоимостью производимой  ветрогенераторами энергии, вследствие чего энергетические компании неохотно подключают их к электросетям. Тем не менее, согласно имеющимся прогнозам примерно к 2030 году доля вырабатываемой ветровыми электростанциями энергии достигнет 15-20%. Это обусловлено тем, что правительства ряда стран в последнее время стали обращать на ветроэнергетику серьезное внимание, в связи  с чем она стала входить в число бурно развивающихся отраслей. Среди таких стран особенно выделяются Германия, Китай, Дания, Испания, Португалия, США, Индия, Великобритания. Италия, Франция и Канада, на долю которых приходится примерно 85% всей производимой ветрогенераторами электрической энергии. К сожалению, в России и странах СНГ отношение к ветроэнергетике пока более чем прохладное. Между тем отставание в этой области может привести к тому, что со временем это приведет к необходимости закупки за немалые деньги передовой зарубежной техники и технологии в сфере ветроэнергетики.
           Причины, по которой удельный вес ветроэнергетики в общем объеме производимой электроэнергии составляет по данным 2013г.  немногим более 2% заключаются в нестабильности выработки энергии вследствие изменчивости силы ветрового потока, обледенения в зимнее время лопастей и других частей ветрогенераторов, относительно высокой стоимости оборудования, излишнем шумовом и электромагнитном воздействии на окружающую среду, в том числе на прохождение радио- и телесигналов, необходимости развития сетевой инфраструктуры, риске гибели птиц под ударами лопастей ветрогенератора, необходимости предохранения от ударов молний, срабатывании электрозащиты и/или риске обрушения ветрогенераторов при резких перепадах силы ветра, географической неравномерности распределения ветровой энергии, ограниченного рабочего диапазона скорости ветра (5-15м/с). В связи с этим ветроэнергетика скорее является средством частного решения энергетической проблемы, чем общим принципиальным ответом на энергетический вызов времени.
        Как видно из вышеизложенного, ветроэнергетика имеет большое количество проблем. Но их будет еще больше, если задаться целью не только их решения, но и разработкой техники и технологии по искусственному усилению силы ветра, созданию эффективных безлопастных ветрогенераторов, аккумулирования и регулирования энергии ветрового потока с целью повышения стабильности вырабатываемой электроэнергии. Успешное решение этих проблем позволит довести конкурентоспособность ветроэнергетики до уровня тепловых электростанций, что позволит со временем увеличить ее вклад в энергетический баланс мира до 10-15%.

3.2.3. Использование энергии приливов и морских течений

         Достаточно много нерешенных проблем имеется также в сфере возобновляемой энергии приливов и морских течений, которые могут быть использованы для выработки электроэнергии по принципу работы гидроэлектростанций и ветрогенераторов. Как известно, источником приливной энергии являются гравитационные взаимодействия нашей Планеты с Луной и отчасти с Солнцем. К числу недостатков приливных электростанций относятся необходимость их устройства на морском побережье, что входит порой в конфликт с интересами туристического бизнеса цикличность работы, малая удельная мощность на единицу занимаемой площади, удаленность от объектов энергопотребления,. Недостатки же электростанций, работающих на энергии океанских течений, связаны с необходимостью устройства огромных сооружений в морской воде, сложностью их технического обслуживания, обрастанием элементов станций водорослями, созданием помех судоходству, подверженностью коррозийным явлениям и трудностью передачи энергии. Привлекательной же стороной рассматриваемых электростанций является стабильность работы, предсказуемость количества вырабатываемой электроэнергии, ее дешевизна, достаточно высокий КПД, достигающий 45-50% и экологическая безопасность. Эти обстоятельства являются той побудительной силой, которая заставит не одно из поколений изобретателей усиленно работать в сфере разработки эффективных устройств по использованию практически неисчерпаемой энергии мирового океана в интересах человечества.

3.2.4. Энергия солнечного излучения

         Еще одним неистощимым источником возобновляемой энергии является солнечное излучение, лидерами использования которого являются США, Китай и особенно Япония, взявшая курс на замещение ядерной и тепловой энергии на генерацию электроэнергии за счет энергии солнца и обладающая наибольшим количеством запатентованных изобретений в этой сфере. Согласно имеющимся сведениям количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли за неделю, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана. Однако следует сразу оговориться, что, по мнению отдельных авторов, солнечные электростанции в основу работы которых будут положены кремниевые батареи, никогда не найдут применения, поскольку для выплавки, очистки и обработки кремния требуется больше энергии, чем они способны выдать в течение всего своего срока службы. Поэтому они будут применяться либо в космосе, либо очень ограниченно в самых отдалённых южных районах . Но положение с кремниевыми батареями сразу изменится, как только будут изобретены дешевые технологии очистки кремния, что отнюдь не является неразрешимой задачей. Наконец, для изготовления солнечных батарей может быть использован аморфный кремний, оптическое поглощение которого в 20 раз выше, чем кристаллического, вследствие чего вместо дорогостоящих кремниевых 300-мкм подложек для существенного поглощения видимого света достаточно использовать покрытия из аморфного кремния толщиной 0,5–1,0 мкм. Хорошие перспективы сулит также создание солнечных батарей на основе арсенида галлия, поликристаллических тонких пленок диселенида меди и индия, а также теллурида кадмия. Кроме того, помимо солнечных батарей, имеются и другие способы преобразования солнечного излучения в тепловую и электрическую энергии. Это системы солнечного отопления и горячего водоснабжения, концентрирующие гелиоприемники на основе сферических или параболических зеркал, а также солнечные коллекторы, абсорберы и кремниевые солнечные батареи .
         К недостаткам использования солнечной энергии для практических нужд относится возможность ее использования только в светлое время суток, существенное ослабление энергии светового потока в пасмурную погоду, низкий КПД солнечных генераторов, необходимость аккумуляции солнечной энергии, а также необходимость очистки отражающей поверхности зеркал гелиоприемников от загрязнений. Однако, изобретательская мысль не стоит на месте.   Нельзя исключить изыскание новых неочевидных решений по концентрированию энергии солнечного излучения посредством изыскания более эффективных  способов и устройств. Несомненно, что в будущем будут изобретены иные эффективные способы и устройства сгущения и уплотнения светового потока. Возможно, это будут устройства для электромагнитного отражения светового потока в пределах определенного контура в заданную точку; притягивающие (улавливающие), наподобие магнита световой поток интеграторы с преобразованием его в лазерное излучение; новые, сверхактивно взаимодействующие с солнечным светом и преобразующие его в электричество, материалы и т.д.

3.2.5. Геотермальная энергия

Нельзя оставить без внимания, также такой альтернативный источник энергии, как геотермальная энергия, которую хотя и нельзя назвать возобновляемой (скорость остывания Земли примерно равна 300—350 °C в миллиард лет), но неиссякаемой назвать вполне можно, поскольку энергетический потенциал тепла нашей Планеты на глубине 10 000 метров в 50 000 раз больше энергии, чем все мировые запасы нефти и газа и может обеспечить нужды человечества на многие тысячи лет вперед. Наглядно проявление этой энергии демонстрируют, в частности, извержения вулканов и фонтанирующие гейзеры. С технико-экономических позиций внутреннее тепло Земли выгодно использовать в виде залегающих на небольшой глубине (от нескольких десятков до сотен метров) источников гидротермальной энергии. Количество этой энергии на десять порядков меньше глубинного (3-5 километров) тепла сухих горных пород (петротермальная энергия), но вполне достаточно для полного обеспечения мировой потребности в энергоресурсах без использования невозобновляемых источников энергии. По данным 2013г. использование гидротермальной энергии для производства электричества наиболее развито в странах, территория которых характеризуется высокой сейсмической и вулканической активностью, а именно в Исландии (30%), Филиппинах (27%), Сальвадоре (25%), Коста-Рике (14%), Кении (11,2%) Никарагуа (10%) и  Новой Зеландии (10%). В Исландии в настоящее время более 60% всей потребляемой энергии приходится на гидротермальные источники, за счет которых обеспечивается 90% отопления и 30% выработки электроэнергии. В других странах использование гидротермальной энергии носит существенно менее выраженный характер, что объясняется отсутствием или малым количеством термических аномалий литосферы  Земли, обусловливающих выход энергии земных недр на поверхность. На территории России упомянутые аномалии имеют место на Камчатке, Чукотке, Курильских островах, Кавказе и в горах Южной Сибири.  Согласно имеющимся сведениям количество имеющейся в этих районах гидротермальной энергии теоретически могло бы хватить для полного удовлетворения энергетических потребностей всей России. На деле же доля гидротермальной энергии в общем объеме производства электроэнергии в России ничтожна мала - всего 0,04%, что объясняется сильными позициями и большим потенциалом традиционной энергетики, а также опасениями инвесторов не получить ожидаемых выгод от вложения средств в развитие геотермальной  энергетики. В частности, помимо затрат на строительство геотермальной станции, глубокое бурение требует проведения дорогостоящей предварительной сейсмогеологической разведки.   Тем не менее, использование источников геотермальной энергии в России, будет иметь в будущем согласно прогнозам большие перспективы и их доля в общем энергетическом балансе страны может достигнуть 20-25%.
          Основными преимуществами геотермальной энергетики, является то, что она  не требует под свое устройство больших площадей (занимает 400 м2 в пересчёте на 1 ГВт вырабатываемой электроэнергии против 3600 м2 для угольных электростанций), не загрязняет атмосферу и имеет низкое водопотребление (20 литров пресной воды на 1 кВт против 1000 литров для тепловых электростанций). Вследствие этого наибольшие перспективы дальнейшего развития имеет именно этот вид энергетики, который уже сейчас занимает 86% в структуре всех используемых альтернативных источников энергии. К недостаткам геотермальной энергетики можно отнести возможную остановку работы геотермальной электростанции в результате смещения горных пород или чрезмерной закачки воды в нагнетательную скважину. Другим серьезным недостатком, является выход из строя турбин геотермальных электростанций под коррозионным воздействием продуктов выброса эксплуатационных скважин. Устранить этот недостаток можно посредством передачи тепла земных недр другому, не обладающему агрессивными коррозионными свойствами теплоносителю, в том числе такому, который имеет более низкую температуру кипения. Кроме того, если не принять профилактических мер, возможно химическое загрязнение атмосферы, воды и почвы термальной водой, горючими и токсичными газами, а также выбрасываемыми из скважин твердыми химическими соединениями. Однако, при вложении соответствующих средств, эти недостатки можно превратить во благо, если использовать термальную воду эксплуатационной скважины для повторной закачки в нагнетательную скважину, наладить технологию переработки попутных горючих газов и жидкостей в топливо, а также организовать производство по переработке твердых продуктов выброса из эксплуатационной скважины в ценное химическое сырье .

3.2.6. Биотопливо

 Среди исследователей и практиков довольно ожесточенные споры в последние годы ведутся в отношении перспектив использования биотоплива в качестве альтернативного возобновляемого источника энергии, причем ряд сторонников этого направления относит его к наиболее экологически чистой энергетике и поэтому нуждающейся в поддержке и развитии. Другая часть подвергает разгромной критике вплоть до рекомендации рассматривать использование биотоплива, как  «преступление перед человечеством» .   
          Не вдаваясь в существо возникшей полемики отметим, что под биотопливом понимаются получаемые из регулярно воспроизводимого в результате фотосинтеза или репродукции органического сырья различные горючие продукты, такие как: биоэтанол (этиловый спирт), биогаз (смесь метана и двуокиси углерода), биобутанол (смесь бутанола, ацетона и этилового спирта), биодизель (метиловые или этиловые эфиры жирных кислот), пеллеты (продукты таблетирования древесины), бионефть (продукт термически инициируемых превращений). В принципе биотопливо не есть нечто новое. В качестве горючего материала оно используется человечеством с незапамятных времен. Высохшая трава, солома, хворост, кустарники, обломки древесины, животные жиры и другие виды биотоплива издревле использовались человеком для обогрева, освещения жилищ и приготовления пищи. Они и по сей день используются в этом качестве во многих районах Земного шара. Если вдуматься, то уголь, нефть, газ, торф, горючие сланцы – это также биотопливо, но только невозобновляемое. В связи с эти правильнее было бы подразделять биотопливо на возобновляемое и невозобновляемое.
         К преимуществам возобновляемого биотоплива относят мобильность, транспортабельность, стабильность, высокую энергоемкость, пригодность для использования в различных устройствах и технологиях, возможность получения из различных органических материалов, в том числе из органо-биологического мусора. Важным достоинством биотоплива является его экологическая  нейтральность в смысле количества выбросов углекислого газа в атмосферу, поскольку выбросов будет ровно столько, сколько его было поглощено растениями в процессе фотосинтеза. В принципе биотопливо - есть ничто иное, как сконцентрированная в нем в процессе фотосинтеза и последующих химических превращений солнечная энергия, вследствие чего биотопливо можно причислить к трансформированному источнику солнечной энергии. К недостаткам возобновляемого биотоплива относят опасения вырубки лесных массивов и нанесение вреда окружающей среде, истощение плодородных земель и подрыв продовольственной безопасности, который особенно негативно может сказаться на населении стран третьего мира, в связи с чем отдельные исследователи относят биотопливо к тупиковой ветви технической эволюции.
         Согласно имеющимся данным, мировыми лидерами по производству и использованию возобновляемого биотоплива являются США и особенно Бразилия. На долю этих стран приходится 95 % мирового объема производства этанола. В Бразилии, лидеру производства этого вида горючего, 4,5% площади занято плантациями сахарного тростника, из которого ежегодно производится двадцать с лишним миллионов кубометров биоэтанола, причем ради новых плантаций вырубаются лесные массивы Амазонки. Это, в определенной мере, недальновидно, не только потому, что количество продуцируемого плантациями сахарного тростника кислорода существенно меньше, чем у обладающей значительно большей листовой поверхностью древесной растительности, но и потому, что ведет к нарушению сложившегося биогеоценоза растений, грибов, микроорганизмов и животных. Вообще, строго говоря, любые утверждения в любой области деятельности о том, что спасительным является лишь одно какое-то определенное направление решения задачи, следует считать ошибочным. Развивать нужно все направления альтернативной энергетики и ровно в той мере, насколько они соответствуют экономическим возможностям и требованиям охраны окружающей среды. В этой связи наиболее выгодной с экологической точки зрения является переработка в биотопливо различного органического мусора. Далее можно обратить взгляд на морские водоросли и наконец, на возделывание в разумных пределах растений с наибольшей теплотворной способностью. Вполне естественно, что в области рационального использования биотоплива имеется достаточно много нерешенных проблем, особенно в сфере переработки органо-биологического мусора в пригодный для использования источник энергии, в связи с чем здесь можно ожидать появления на изобретательском уровне множества новых устройств и технологий. В частности, большие перспективы могут открыться в области прямой микробиологической переработки органо-биологического мусора, а также растительной биомассы под действием гидролитических ферментов в биогаз на основе метанового брожения без доступа воздуха.

3.2.7. Электромагнитное поле окружающей среды

Попытки использовать энергию электромагнитного поля являются наиболее экзотичными, что сближает их с попытками создания вечных двигателей. Определенную известность в данном направлении получили устройства американского изобретателя Эдвина Грея, защищенные патентами US 3 890 548, US 4 595 977, US 4 661 747, описывающие механизм получения новой формы электроэнергии, так называемого «холодного электричества» (другой термин «радиантное электричество») из окружающей среды посредством сильного и очень короткого магнитного импульса. Особенности холодного электричества в отличие от традиционного состоят в том, что провода малого сечения способны проводить ток любой силы оставаясь  холодными, не происходит нагрева работающих электродвигателей, электрический заряд не растекается по поверхности проводника, а свободно проникает через любые материалы, в том числе через воздух без участия материальных носителей. На этом основании был сделан вывод о существовании в окружающей среде некой субстанции способной быть переносчиком новой формы электричества и возможно такой субстанцией является эфир (гипотетическая всепроникающая субстанция), упраздненный в начале 20 века из физических понятий и замененный понятием «электромагнитное поле».  Если верить имеющимся публикациям сам изобретатель не понимал, как работают его устройства, и если бы даже захотел, то не смог бы объяснить основные принципы их функционирования.
Известен также генератор В. Хайда (патент США № 4897592, 1987 г.) под названием «Система генерирующая мощность из электрического поля». Согласно имеющимся сведениям выходная мощность генератора Хайда составляет 22,9 кВт при мощности на входе 2,4 кВт и суммарной мощности в нагрузке равной 20,5 кВт . Не менее впечатляет разработанный в 2010 г. турецким изобретателем Муаммер Йылдызом мощный магнитный двигатель, работающий на постоянных магнитах (Патент EP 2,153,515 от 17 февраля 2010). Можно упомянуть также румынского инженера Николае Василеску-Карпен, создавшего в 1950 г. одновольтную электрическую батарейку, которая непонятно на каких принципах работает вроде бы до сих пор. Можно назвать еще множество других создателей хитроумных устройств функционирующих якобы за счет извлечения энергии из окружающего пространства.
Серьезного практического интереса заслуживают патенты Николы Тесла US 593 138, US 685 958, US 787 412, которые развивают основные положения электродинамики, и на основе которых во многом зиждется периодическое появление в Интернете и в отдельных средствах массовой информации сообщений о якобы обуздании атмосферного электричества с получением любого потребного ее количества из электромагнитного поля Земли. Но здесь мы вынуждены констатировать, что такие сообщения и даже реальные демонстрации действия «энергодоилок» электромагнитного поля неизменно попадают в разряд вечных двигателей, чему способствует позиция самих создателей, не желающих под различными предлогами подтвердить их работу на доказательной основе. Это, в частности, нашумевшие устройства Тариела Капанадзе и Андрея Мельниченко, которые с помощью искрового разрядника способны извлекать особого рода «радиантное электричество» из «эфира» в достаточно больших количествах. Известно, что в 2007г. совместно с турецкими заявителями Капанадзе была подана международная заявка PCT/TR2007/000050 на изобретение под названием «Независимый трансформатор энергии» для патентования в 110 странах мира. Однако о дальнейшей судьбе поданной заявки нет никаких сведений. Аналогично этому на имя Мельниченко в Роспатент было подано около 20-ти заявок на изобретение под различными названиями, но ни на одно из них не был получен патент ввиду неоплаты пошлины за проведение экспертизы по существу. Интересно то, что Капанадзе утверждает, что его устройства извлекают энергию не из электрического поля, а из эфира, поскольку именно, эфир является проводником радиантного электричества энергии, подобно тому, как проводником звука является воздух. В связи с этим имеются мнения, о необходимости возврата в физику электричества и магнетизма понятия «эфир», незаслуженно замененного со временем на понятие «поле». В обоснование этого утверждения сторонники существования эфира ссылаются на авторитет Д.И. Менделеева, периодическая система элементов которого до своей фальсификации содержала нулевую группу с элементом «Ньютоний», и который, по мнению великого химика, является эфиром – основным элементом мировой среды, передающим энергию на расстояния, без реального понимания которого задачу тяготения и задачи всей энергетики нельзя представить реально решёнными .
         Удивляет лишь одно – известны вроде бы эффективные бестопливные генераторы электроэнергии Грея, Хайда, Капанадзе, Мельниченко, Муаммера и других, но неизвестно их практическое применение в сколь либо серьезных масштабах. И это на фоне мрачных прогнозов приближающегося энергетического голода и призывов к поиску альтернативных источников энергии! Традиционно этот феномен объясняют тем, что сильные мира сего противодействуют практическому использованию подобных устройств, поскольку это приведет к потере углеводородными магнатами своих прибылей, нарушит сложившийся порядок вещей и приведет к непредсказуемым последствиям. И хотя в это слабо верится, но например, в России практически все работы такого рода корпоративным сектором и государством игнорируются, что является вполне нормальным для неолиберальной периферийной экономики. Даже в США и ЕС правительства и крупный бизнес со скрытым страхом относятся к ученым, мечтающим опрокинуть старую энергетику и прорвать блокаду консервативной среды . Готовые же пожертвовать своими средствами ради создания энергетики будущего меценаты пока не находятся, что также затрудняет осуществление крупных проектов в инновационной энергетике.
  Другая же причина состоит в том, что устройства предложенные Капанадзе, Греем, Хайдом, Муаммером и другими их последователями не получили сколь-либо серьезного практического применения. Кроме того в их работе много неясного, а там где нет ясности – там питательная среда для сомнений и недоверия, и слабость позиций поборников новой энергетики. По этой причине эти и подобные им устройства являются в основном предметом различных нескончаемых дискуссий. Мы же хотим отметить, что вся история развития техники и технологии свидетельствует лишь об одном – нельзя получить нечто не потратив чего то, причем полученное  нечто - всегда меньше произведенных затрат. Предлагаемые же устройства генерации энергии из окружающей среды – электростатического поля, эфира, окружающего пространства по утверждению их создателей, способны выдавать в десятки раз больше первоначально затраченной энергии, что противоречит многовековому опыту человечества и наталкивает на мысль либо о хорошо замаскированном мошенничестве, либо о желании поразвлечься демонстрацией устройств, выходящих за пределы установившихся представлений. Изложенное не означает, принципиальную невозможность решения проблемы по созданию концентраторов энергии электромагнитных волн различной частоты со сведением их к единой частоте и преобразованием в электрическую энергию. Такие устройства со временем возможно будут созданы, но они не будут относиться  к категории вечных двигателей, поскольку в основе их работы будут лежать конкретные материальные носители энергии. 

3.2.8. Атмосферное электричество.

Весьма заманчивым возобновляемым источником энергии является атмосферное электричество, которое пока не получило сколь либо значительного практического воплощения.  Как известно, между земной поверхностью несущей отрицательный заряд и, создаваемой солнечным ветром, положительно и отрицательно заряженной ионосферой располагается воздух, являющийся превосходным изолятором, причем область ионосферы начинается с высоты 50 км и простирается до 400 км. и выше. По мере удаления от поверхности Земли плотность ионизированного газа постепенно уменьшается и на высоте 1000-1500 км достигает минимальных величин. Земная поверхность и ионосфера образуют между собой гигантский сферический конденсатор с колоссальным количеством электрической энергии  оцениваемым в 3·109 кВт.ч при  емкости 15·103 микрофарад и напряженности электрического поля равном в среднем 130-150 В/м . Эти обстоятельства побуждают многих исследователей искать пути извлечения этой энергии для удовлетворения нужд человечества. Сложность решения поставленной задачи связана с тем, что проводимость ионосферы всего лишь на 10 порядков выше проводимости воздуха, чего явно недостаточно для эффективного взаимодействия поверхности Земли с ионосферой для съема электрического потенциала с конденсатора «Ионосфера-Земля». В результате максимум чего пока можно добиться, это получение газосветной «лампы» длиной 60-80 км. при использовании в качестве проводника электрического тока лазерного луча большой мощности. Но если даже будут изобретены эффективные способы и устройства, позволяющие использовать энергию атмосферного электричества, то и тогда нужно будет крайне внимательно изучить природу этого вида энергии и возможные негативные последствия вмешательства человека в процессы ее функционирования .
 В данное же время изобретательская мысль в направлении улавливания атмосферного электричества достигла весьма скромных результатов. Предложенные в этих целях устройства крайне маломощны, их энергии едва хватает для питания электрической лампочки. В качестве примеров иллюстрирующих потенциальную возможность извлечения электричества из атмосферы можно привести патенты на изобретения Российской Федерации №№ 2030132, 2245606, 2293451, 2332816, 2414106, 2403691, 2482640, 2340126 и др. Однако предложенные этими  изобретениями устройства страдают большим количеством недостатков, что лишний раз подчеркивает огромное количество проблем, которые ждут своего решения. Прежде всего, эти недостатки лежат в плоскости технической недоработанности и крайне малого количества извлекаемой электроэнергии, не представляющей сколь-либо практического интереса.
Значительно больше доверия у общества к попыткам изыскания способов и устройств съема грозового электричества. Источником молний являются разряды наэлектризованных облаков в результате скачкообразного преобразования обычного воздуха в плазменный канал вследствие сильной ионизации атмосферных слоев вблизи грозовых туч. Именно по нему, отличному проводнику электричества и происходит разряд облаков в виде молний. Доверие к возможности использования грозового электричества в удобную для потребления форму обусловлено наглядным проявлением этого вида энергии в виде грозовых разрядов, тогда как электромагнитные волны не проявляют себя подобным образом. Согласно имеющимся данным, на Земле ежесекундно происходит около 2 тыс. гроз. Это колоссальная энергия. Разность потенциалов между концами молний может достигать 1-2,5 миллионов вольт, а ток в канале разряда доходит до 200 тысяч ампер (у некоторых, особенно сильных, в среднем – от 5 до 20 кА) .  Температура воздуха в месте прохождения заряда (молнии) достигает 30 тысяч градусов, а скорость распространения молнии — 200 тысяч километров в час. Человечество буквально купается в океане бушующей энергии, которая в случае ее обуздания может стать одним из основных источников энергетики будущего, в связи с чем изобретательская деятельность в этом направлении является весьма перспективной.
      Проблемы связанные с обузданием электрических молний связаны с их событийной непредсказуемостью, различной степенью выраженности в различных географических местностях Земли (частота молний возрастает от полюсов планеты к ее экватору),  необходимостью преобразования постоянного тока молний в переменный ток. Поскольку молния – это кратковременный, измеряемый долями секунды энергетический всплеск, ее мгновенное освоение требует создания дорогих сверхмощных конденсаторов и использования различных колебательных систем с контурами 2-го и 3-го рода, позволяющих согласовывать нагрузку с внутренним сопротивлением генератора. При использовании сверхмощных конденсаторов может получиться так, что их стоимость будет дороже полученной электроэнергии. Поэтому потребуется, скорее всего, разработка иных устройств поглощения и сохранения колоссальной энергии молний.
        Наиболее же безопасным и дешевым, а потому желательным решением проблемы является на наш взгляд изыскание способов и устройств замедленного съема потенциала грозового электричества до его разряда на поверхность Земли или в верхние слои атмосферы посредством, например  плазменного канала лазерного луча. Подчеркнем именно замедленного, поскольку улавливание мгновенного электрического разряда молнии непредсказуемой мощности представляет собой крайне трудно осуществимую техническую задачу, и к тому же сопряжено с опасностью повреждения или разрушения не только улавливающей грозовой разряд аппаратуры, но и с риском для жизни обслуживающего ее персонала. Трудность таких изысканий состоит в том, что слишком близкое расположение лазерного луча к наэлектризованным облакам может спровоцировать удар молнии с повреждением оборудования, а недостаточно близкое окажется экономически неоправданным, поскольку даст возможность улавливать электричество лишь в виде слабых микротоков. Поэтому перед изобретателями обязательно встанет проблема автоматической синхронизации нахождения лазерного луча с находящейся в постоянном движении пограничной областью грозовых облаков, что позволит осуществлять слив их статического заряда без угрозы спонтанного разряда молний.
     Не лишена интереса также идея управления грозовыми разрядами посредством создания устройств, позволяющих регулировать мощность разряда молний таким образом, чтобы она не превышала определенного порога. В случае успешного решения этой научной и изобретательской задачи появится возможность захвата разрядов маломощных молний специально построенными молниеотводами с последующим сохранением их энергии в различных аккумулирующих системах. Понятно, что при этом можно будет уловить лишь только часть энергии статического разряда молний, поскольку другая ее часть будет потрачена на нагрев атмосферного воздуха.  Тем не менее, даже с учетом этих потерь, создание устройств регулирования и управления мощностью молний сулит фантастические перспективы в энергетическом развитии мира в плане удешевления стоимости энергии и уменьшения загрязненности окружающей среды.
        Среди различных разновидностей молний (линейных, горизонтальных, ленточных, бисерных, спрайтовых и т.д.) особое внимание привлекают шаровые молнии (плазмоиды – сгустки сильно ионизированного газа), природа которых до сих пор остается неясной и является одним из самых загадочных явлений природы. Все имеющиеся гипотезы об их происхождении имеют определенные противоречия,  связи с чем не укладываются в стройную логическую картину. Одни исследователи считают, что шаровые молнии являются порождением коротковолновых электромагнитных колебаний в пространстве между грозовыми тучами и земной поверхностью (П.Л. Капица), другие полагают, что они являются переплетённой плазменными нитями ячеистой структурой (Б.М. Смирнов), третьи – следствием термохимических эффектов, протекающих в насыщенном водяном паре при наличии сильного электрического поля (Д. Тернер), четвертые склонны считать шаровые молнии не молниями вовсе, а неким другим образованием и т.д. вплоть до самых экзотических объяснений, отвергаемых официальной наукой. Особенностью этого вида молний является не кратковременный всплеск энергии, а живучесть, которая составляет от нескольких секунд до одной минуты, после чего растаяв или взорвавшись с оглушительным грохотом, они бесследно исчезают. В редких случаях процессу исчезновения предшествует распад на отдельные части. В случае взрывного исчезновения находящиеся рядом предметы подвергаются оплавлению, что служит доказательством реальности произошедшего. Размеры молний находятся в пределах 5-30 сантиметров, скорость движения 0,5-1,0 м/с, иногда до 10 м/с, цвет - красный, оранжевый или жёлтый, реже - голубой, белый или синий. Шаровые молнии свободно просачиваются через мельчайшие щели и даже стекло с приобретением прежней формы, не оставляя следов оплавления контактирующих с ними предметов. Имеются сообщения об их способности исчезать в одном месте и мгновенно появляться в другом. При встрече с препятствием, например, с человеком ведут себя мирно, но могут напасть, обжечь и даже убить. Их возникновение чаще всего происходит в грозовую погоду, а также возле электролиний высокого напряжения и электрических розеток. Вместе с тем описаны случаи появления шаровых молний в солнечную ясную погоду посреди чистого поля .
       Согласно имеющимся данным, попытки генерации долгоживущих шаровых молний в лабораторных условиях успеха пока не имели, за исключением экспериментов Тесла, который по свидетельствам очевидцев, не только умел генерировать эти сгустки энергии, но и брал их в руки, укладывал в коробку, закрывал крышкой и снова доставал. По приведенным Чикиным П.С. сведениям, через шаровую молнию  благодаря конверсии вакуума «транзитом» течёт поток энергии мощностью не менее 106 вт, что сравнимо с мощностью небольшой электростанции. В основу такого утверждения положен случай возникновения  огненного шара, в ходе экспериментального исследования А.В. Антоновым импульсного разряда, повлекшего испарение части оборудования, лучевой ожог экспериментатора и длительное восстановление здоровья. К сожалению,  из-за отсутствия финансирования опыты Антонова не были продолжены, что  не позволяет однозначно говорить о природе произошедшего явления. Тем не менее, проведенный эксперимент свидетельствует о необычайно мощной энергетике полученного плазмоида и крайне заманчивых перспективах изыскания способов и устройств искусственного создания долгоживущих шаровых молний с целью практического использования их энергетического потенциала . 

3.2.9. Низкоэнергетические ядерные реакции

Человечество относительно быстро после изготовления атомной бомбы разработало технологию использования выделяемой при ядерных реакциях энергии атомных ядер посредством их управляемого радиоактивного распада. Этому благоприятствовало то обстоятельство, что в ходе управляемых ядерных реакций температура активной зоны в водо-водяных реакторах находится в пределах 1200 Co, что позволяет существующими техническими возможностями осуществлять контролируемое высвобождение ядерной энергии. В качестве топлива для таких реакций обычно используются тяжелые элементы, такие как уран 235 или плутоний, реже уран-238 или торий-232, запасы которых не беспредельны, в связи с чем получаемая из этих элементов энергия является невозобновляемой. Однако из-за колоссальной энергетики ядерных реакций доля атомных электростанций в общем производстве электроэнергии составляет около 20%. Несомненные энергетические преимуществах ядерной энергетики перед другими способами генерации энергии иллюстрируются тем, что энергия одного грамма урана эквивалентна энергии 2,5 тонн бензина. Вместе с тем существенным ее недостатком является опасность радиационного загрязнения окружающей среды в случае аварий и длительная (до 300 лет) дезактивация захороненных радиоактивных отходов.            
         В отличие от ядерной термоядерная энергия является результатом не распада, а реакции синтеза новых элементов за счет объединения лёгких атомных ядер изотопов водорода в более тяжёлые с образованием атомов гелия. Особенностью термоядерных реакций является их протекание при очень высокой температуре, от десятков до сотен миллионов градусов, в связи с чем такие реакции имеют приставку «термо». Так как, любые материалы при такой температуре мгновенно испаряются - это является  причиной препятствующей использованию термоядерной реакции в мирных целях. Кроме того, управляемый ядерный синтез возможен в условиях глубокого вакуума, создание которого потребует огромных затрат энергии.  Однако, учитывая, что количество высвобождаемой энергии при термоядерной реакции  существенно выше, чем при ядерной (энергия от использования одного грамма изотопов водорода эквивалентна четырем тоннам бензина), а запасы топлива для такой реакции практически неисчерпаемы, ученая и изобретательская мысль интенсивно работает над поиском путей обуздания термоядерной энергии . Другим обстоятельством, побуждающим вести работу в этом направлении, является высокая экологическая чистота производства энергии, отсутствие веществ, которые могут быть использованы для производства ядерного оружия, крайне низкая вероятность аварий и радиоактивного заражения окружающей среды. Последние результаты проведенных экспериментов свидетельствуют, что в решении проблемы управляемого ядерного синтеза наметились определенные успехи. В частности, имеется принципиальная возможность создания надежно функционирующей тороидальной камеры с магнитными катушками (токамак) в которой плазма будет удерживаться в условиях глубокого вакуума не стенками тороидальной камеры, а специально создаваемым магнитным полем. Согласно одним прогнозам человечество овладеет термоядерной энергией в конце 21 века, по другим же из-за огромных трудностей и колоссальных затрат на поддержание глубокого вакуума добиться успеха можно будет лишь во внеземных условиях, например на Луне или в космосе. В земных же условиях - никогда.
          Последнее обстоятельство является причиной поиска альтернативных низкоэнергетических ядерных реакций (lowenergy nuclear reactions, общепринятая аббревиатура - LENR). Возможность таких реакций отвергалась и отвергается по сей день официальной наукой, на том основании, что термоядерные реакции не могут идти при пониженной температуре. Однако эксперименты ряда ученых (И.Б. Савватимова, А.Б. Карабут (Россия), Йосиаки Арата, Юэчан Чжан (Япония), А Росси (Италия)) показали обратное, в связи с чем известные законы физики нуждаются в новых теоретических дополнениях. Некоторые из исследователей полагают, что холодный ядерный синтез (ХЯС) и LENR - суть синонимы, но на самом деле, несмотря на наличие определенной схожести, по условиям протекания реакции, они являются явлениями разного порядка. В частности, под ХЯС понимают реакцию слияния ядер изотопов водорода при температуре, существенно меньшей, чем в термоядерных реакциях, а под LENR – трансмутацию химических элементов при сверхнизких энергиях, не сопровождающейся появлением жесткого ионизирующего излучения. В настоящее время в исследованиях по использованию ХЯС для получения дешевой экологичной энергии наметились существенные сдвиги. Сильную брешь в позиции официальной науки пробил итальянский инженер Андреа Росси, создавший реально действующий опытный образец автономного реактора E-Cat, в основе действия которого лежит низкоэнергетическая ядерная реакция. В качестве топлива в реакторе E-Cat используется обогащённый водородом никель с некоторыми добавками. В ходе 32-двух дневного испытания реактора установлено, что в  результате реакции происходит соединение атомов водорода с атомами никеля с образованием меди и выделением такого количества энергии, которое позволяет заключить, что энергоемкость реактора возможно в миллион раз выше, чем у бензина.
           Согласно имеющимся данным определенные успехи намечаются также в сфере ХЯС. В частности в 2011 году, в  университете Болоньи  (Италия) состоялся успешный пробный запуск реактора Леонардо, работающего на энергии холодного ядерного синтеза. Проектная мощность реактора 1 МВт. Во время испытаний реактор развивал мощность 470 кВт, и  производил тепловую энергию в течение 5 часов. Не исключено, что доведенные до степени практического использования технологии LENR и ХЯС откроют новую эпоху революции в энергетике .
          Вместе с тем нельзя полагать, что эта революция свершится в ближайшие годы. Теория ХЯС пока еще находится в зачаточном состоянии. Имеется множество научных и изобретательских проблем. Опытные образцы реакторов, пока носят характер демонстрационных и имеют относительно небольшую мощность. Кроме того, как оказалось, реакторы LENR и ХЯС испускают «странное» излучение, воздействие которого на биообъекты пока не изучено, в связи с чем при работе с ними следует проявлять крайнюю осторожность. Установлено, также, что  реакторы LENR и ХЯС большой мощности взрывоопасны, способы же регулирования скорости их энерговыделения пока не разработаны, в связи с чем происходящие в них реакции идут в неуправляемом режиме. На базе демонстрационных неуправляемых реакторов малой мощности невозможно  спроектировать энергетические реакторы управляемого синтеза для выработки тепловой и электрической энергии в промышленных масштабах . В связи с этим ранее конца 21 столетия нельзя ожидать, что ХЯС и LENR могут потеснить углеводородную энергетику. Но даже и тогда, когда такие генераторы будут созданы, их использование будет скорее носить бытовой характер, в частности для энергообеспечения квартир, домов, автомобилей, тракторов и иной малоэнергоемкой техники. Что касается энергопитания крупных производств, оно будет осуществляться за счет иных источников энергии. Несмотря на это, в случае успешного вхождения в жизнь генераторов ХЯС и LENR, их доля в общих энергозатратах человечества может составить 25-30 процентов.

3.2.10. Водородная энергетика.

Основными преимуществами водородной энергетики является экологическая безопасность и высокая энергетическая отдача (143 кДж/г), которая примерно в 5 раз выше, чем у углеводородов (29 кДж/г). Вместе с тем чрезвычайно малая плотность водорода (самое неэнергоемкое топливо на Земле), затрудняет его практическое использование. В частности, требуется 3,73 литра жидкого водорода, чтобы получить энергию, эквивалентную энергии 1 литра бензина. Другим недостатком  водорода является его сильная текучесть, повышенная пожаро- и взрывоопасность. В случае взрыва водородного бака одного автомобиля площадь пораженной территории может охватить несколько квадратных километров. Безопасные методы хранения водорода либо слишком дороги, либо нетехнологичны. Абсолютно надежных путей устранения утечек водорода и полного исключения взрывов и пожаров пока не существует и это в злонамеренных руках может быть легко превращено во взрывное устройство в сотни килограммов тротилового эквивалента . Несмотря на это водородная энергетика входит в число наиболее перспективных направлений решения проблемы истощения углеводородных ресурсов. Это обусловлено широкой распространенностью водорода на Земле и во Вселенной, а также все возрастающим вниманием общества к вопросам охраны окружающей среды.
         На Земле водород находится преимущественно в связанном виде в воде, углеводородах, растениях и многих других веществах. Во Вселенной он составляет  большую часть межзвездного газа и около половины массы звезд. Отсутствие водорода на Земле в свободном состоянии связано с его очень малым весом. По этой причине даже то небольшое количество водорода, которое выбрасывают земные вулканы, тут же покидает Землю, уносясь в космическое пространство. Эти особенности позволяют считать водород носителем энергии, но не ее источником, поскольку его использование невозможно без предварительного извлечения из других веществ.
         В настоящее время к числу основных научно-изобретательских проблем в сфере водородной энергетики относятся вопросы получения, хранения, транспортировки и использования водорода. Наиболее дорогим является получение водорода посредством электролиза воды. Себестоимость водорода при этом способе в 3-6 раз выше по сравнению с получением его из природного газа. По этой причине данный способ находит ограниченное применение и используется лишь в случае, когда требуется получить особо чистый водород. Но и получение водорода из нефти  и газа тоже не всегда экономически оправдано, если учесть, что эти продукты сами по себе являются ценными, мощными и полезными энергоносителями.
        Серьезной проблемой является изыскание способов надежного хранения водорода. В настоящее время его хранят под большим давлением в баллонах или в жидком состоянии в теплоизолированных сосудах - криостатах. Атом водорода настолько мал, что при достаточно сильном сжатии может просочиться и улетучиться через стенки баллона, чему способствует свойство водорода повышать хрупкость металла. В  связи с этим газообразный водород обычно хранят и перевозят под давлением от 15 до 35 Мпа в баллонах емкостью от нескольких литров до нескольких кубических метров. В случае использования баллонов из тонкой алюминиевой или пластиковой гильзы, покрытой снаружи композитным пластиком водород можно хранить под давлением 35-70 Мпа при объемной плотности до 30 кг/м3. Преимуществом хранения водорода в баллонах является простота и отсутствие энергозатрат на его выдачу. Недостатком же существенные затраты энергии на сжатие водорода, взрывоопасность и необходимость повышенной герметизации подвижных уплотнений для предотвращения утечек. 
        Что касается хранения водорода в жидком состоянии при плотности 70 кг/м3, здесь тоже достаточно проблем, хотя требования к прочности и материалоемкости криостатов не такие высокие, как для баллонов высокого давления. Прежде всего, эти проблемы связаны с неизбежными потерями водорода на испарение, которые ежедневно составляют  при объеме емкости 50,  100 и 20000 м3 соответственно 0,4%, 0,2% и 0,06%. Таким образом, чем больше объем емкости, тем меньше потери водорода. Однако длительное хранение водорода в сжиженном состоянии в емкостях требует проведения его орто-пара-конверсии. Дело в том, что в обычных условиях при температуре выше 273о К водород представляет собой смесь изомеров: 25% пара и 75% ортоводорода, которые не различаясь по своим химическим свойствам, имеют выраженные различия физических свойств, что вызывает определенные сложности при его сжижении.  В частности удельная теплота сжижения водорода при 20 К составляет 0,216-0,228 ккал/моль, теплота же орто-пара конверсии при той же температуре составляет 0,337 ккал/моль, т.е. в 4,5 раза выше. Поэтому простое сжижение водорода приводит к тому, что после сжижения начинается спонтанный с ускорением во времени процесс орто-пара конверсии водорода с его бурным вскипанием и испарением, что может привести к серьезным авариям. Избежать этого можно посредством осуществления орто-пара конверсии при получении жидкого параводорода, хранение которого затруднений не вызывает. Другая проблема состоит в высоких затратах энергии на получение и хранение жидкого водорода, которые составляют 30-50% его теплотворной способности. В связи с этим изыскиваются иные относительно дешевые способы хранения водорода.
        Известны, в частности химические методы хранения водорода (аммиак, алюминий кремний, губчатое железо и т.д). Так, например, при нагревании аммиака в присутствии катализатора до 800-900оС происходит его химическое разложение с выделением водорода. Особняком является губчатое железо и подобные ему энергоаккумулирующие вещества, которые не содержат водород, но способны генерировать его при окислении водой. Основной недостаток химических методов – это необратимость процессов.
        Наиболее перспективными по всеобщему признанию способов является адсорбционные и абсорбционные методы. В качестве адсорбентов водорода используются материалы с высокой удельной поверхностью - цеолиты, высокопористые металлорганические каркасы, клатратные гидраты водорода, активированный уголь низкой плотности. Однако водородоемкость этих материалов не превышает 3-5%, тогда как с экономических позиций желательно довести этот показатель, как минимум до 13-15% . 
       Абсорбционные методы хранения водорода основаны на его способности, благодаря малому размеру, проникать в больших количествах в пустоты кристаллической решетки многих металлов, образуя их гидриды. Рекордсменом по абсорбции водорода является палладий, который на единицу своего объема впитывает 800 объемов водорода, однако ввиду дороговизны находит ограниченное применение. Другие металлы абсорбируют водород значительно меньше. Тем не менее металлическом гидриде находится больше водорода, чем в том же объеме жидкого водорода. Не абсорбируют или очень мало абсорбируют водород такие, металлы как серебро, золото, свинец, цинк, стронций, кадмий. Основными преимуществами гидридного способа хранения водорода являются его компактность, безопасность и не слишком высокие энергозатраты, в связи с чем он имеет хорошие перспективы для создания эффективных систем хранения водорода.
        Способность водорода абсорбироваться в металлах положена в основу создания топливных элементов, в которых  химическая энергия, высвобождающаяся в ходе реакции водорода с кислородом, превращается непосредственно в электрическую. Коэффициент полезного действия такого топливного элемента может достигать 90%, что несравненно выше, чем у любой тепловой машины, в которой процесс превращения тепловой энергии в электрическую проходит через промежуточные этапы. Разработанные в настоящее время топливные элементы напоминают по принципу работы обычную электрическую батарейку с тем отличием, что электроды являются пористыми с высокой активной поверхностью, а выработка электричества производится не за счет расходования активных веществ электродов, а в результате химической реакции между подаваемыми извне водородом и кислородом. К сожалению, из-за высокой стоимости получаемой электроэнергии (один квт.ч обходится в несколько тысяч долларов) и короткого срока службы топливные элементы находят пока крайне ограниченное применение. Тем не менее, вопросы развития водородной энергетики продолжают оставаться в числе приоритетных. Это подтверждается тем, что согласно имеющимся данным, в ближайшие годы планируется перевести автомобильную промышленность США на водородное питание, а перед Исландией поставлена задача удовлетворить в недалеком будущем энергетические потребности           страны за счет  водородного топлива .
        Существенные проблемы в сфере водородной энергетики связаны с транспортировкой водорода к местам его потребления. В частности, согласно данным Поляковой Т.В. грузовик с грузоподъемностью в 40 тонн способен перевезти лишь 0,4 тонны водорода, остальное приходится на вес водородосодержащих емкостей. Причем при расстоянии до места потребления равном 250 км 20% энергии перевозимого водорода будет израсходована на транспортировку. Естественно, что это крайне неэкономичный вариант транспортировки. Не лучше обстоит дело с прокачкой водорода посредством трубопроводов. Газопроводы для этой цели не годятся, ввиду большого диаметра и ломкости под воздействием водорода. Единственная альтернатива - это производство и использование водорода на месте, пока не будут изобретены эффективные технологии и устройства его доставки к местам потребления.
         
3.2.11. Общие закономерности получения энергии

         Анализ различных способов получения энергии четко свидетельствует о том, что все они основаны на перепадах (разности, различии) температур, уровней, давлений, концентраций, явлениях синтеза или распада веществ, противоположных физических или химических явлениях и свойствах веществ, неустойчивости (неоднородного, неравновесного) состояния систем и т.д. В частности, на основе перепада  температур на глубине и на поверхности океана построена работа градиент-температурных генераторов электричества. На этой же основе построен принцип работы термопар (термоэлектрические преобразователи). Благодаря перепаду уровней воды создается напор воды, вращающий лопасти турбины гидроэлектростанций. За счет перепада давления на газораспределительных  станциях и газораспределительных пунктах можно получить электроэнергию посредством использования детандер-генераторных агрегатов. На принципе осмотического давления, возникающего вследствие разности концентраций солей в пресной и минерализованной воде, разделенных полупроницаемой мембраной, возможна работа осмотических электростанций.
            Работа атомных электростанций основана на принципе расщепления в ядерном реакторе ядер атомов урана с высвобождением нейтронов, расщепляющих новые ядра атомов урана. Здесь также имеет место введение в состояние неуравновесности урана 235U, результатом которой является цепная ядерная реакция с выделением огромного количества энергии и образованием новых химических элементов  таблицы Менделеева. Примерно то же самое происходит при термоядерной реакции с тем отличием, что здесь происходит не расщепление, а слияние двух легких ядер в одно тяжелое за счет кинетической энергии их теплового движения с образованием нового химического элемента. Для того, чтобы это произошло, ядра атомов, преодолев силу отталкивания должны сблизиться на расстояние, сравнимое с размером самих ядер и тем самым нарушить равновесное состояние, в котором они находились до начала сильного взаимодействия между ними.
           Происходящие в гальванических элементах или аккумуляторах физико-химические процессы связаны с движением заряженных частиц от электрода с избытком электронов к электроду, где имеется их недостаток, то есть со стремлением системы восстановить равновесие, что собственно и обусловливает появление тока в электрической цепи. Находящаяся на вершине горы снежная лавина будет сохранять равновесное состояние до тех пор, пока внешние силы не нарушат его. Когда же это случится, лавина сорвется вниз и будет падать до тех пор, пока имеющийся в ней запас потенциальной энергии не будет полностью израсходован на кинетическую энергию движения и вся снежная масса не придет в новое равновесное состояние. 
       Вообще, строго говоря, любая энергия (механическая, химическая, электрическая, ядерная) является результатом стремления введенных в неравновесное состояние систем обречь равновесное состояние. Так, например, разница в атмосферном давлении и температуре между различными географическими местностями и на различных высотах над землей является причиной движения воздушных масс, стремящихся к равновесному состоянию, которое можно использовать для получения энергии. Бомбардировка ядер урана 235U нейтронами выводит их из равновесного состояния, вернуться к которому они могут лишь на качественно иной основе, превратившись в новые элементы и выделив огромное количество ядерной энергии. Под воздействием света в кремниевых пластинах солнечных батарей, происходит возбуждение электронов (нарушение равновесия), которые начинают перемещаться из пластины содержащей атомы бора (переизбыток электронов) в пластину, содержащую атомы мышьяка (нехватка электронов, дырочная область), то есть совершается так называемый электронно-дырочный переход электронов (p-n переход), обусловливающий возникновение электрического тока. Для того, чтобы произошел процесс горения, горючий материал необходимо привести в неравновесное состояние. В частности, инициировать его воспламенение посредством огня, искры, кислорода, давления и т.д., под воздействием которых происходит воспламенение горючего материала и образование находящихся в равновесном состоянии с внешней средой продуктов горения. Текущие реки, океанские приливы и отливы, ветер, атмосферное электричество по свойственной им природе постоянно находятся в неравновесном состоянии и этим отличаются от других источников энергии, которые способны стать таковыми лишь при введении их в неравновесное состояние. К слову сказать, практически все проекты создания вечных двигателей построены на попытках введения их в непрерывное неравновесное состояние, или другими словами в состояние неустойчивости, благодаря которому могла бы осуществляться их беспрестанная работа.
           Из вышеизложенного следует, что энергию можно извлечь тогда, и только тогда, когда два или несколько элементов системы входят в асимметричное взаимодействие, при котором действие не равно противодействию и система вводится в состояние неустойчивости. Происходящие при этом процессы носят необратимый характер, то есть могут протекать  после их инициации только в сторону равновесия и являются источником возникновения энергии направленной на выравнивание происходящих процессов. Процессы продолжаются до тех пор пока не прекратится воздействие внешних сил и/или не будет полностью истощен источник энергии, после чего наступает окончательное равновесие. В длительном  неравновесном  состоянии систему может поддерживать постоянный приток и отток вещества и/или энергии. Для гидроэлектростанций – это постоянный приток и отток воды. Для солнечных батарей -  световая энергия. Отсутствие притока воды приведет к прекращению работы гидроэлектростанции, а отсутствие освещения к прекращению работы солнечных батарей. И в том, и в другом случае с исчезновением внешнего воздействия наступает равновесие систем с внешней средой. В результате в одном случае прекращается вращение лопастей турбин гидроэлектростанции, а в другом - движение электронов в солнечной батарее.
           В данной главе кратко описаны лишь некоторые источники альтернативной энергии. На самом деле их неизмеримо больше. Это, например, получение энергии посредством пьезогенераторов, наногенераторов, преобразователей энергии колебаний движущихся объектов (людей, транспорта), электростатических ГЭС, песчано-стальных ТЭЦ, и т.д. Причем нельзя исключить и такие экзотичные, вызывающие сомнения в возможности осуществления, способы получения энергии посредством генератора Капанадзе и других подобных устройств. Как известно, принцип их работы построен на возбуждении искровым разрядником электромагнитного поля окружающей среды, и поддержании его в этом неравновесном состоянии неопределенно долгое время. Некоторую уверенность в возможности получения энергии таким способом дают эксперименты Н. Тесла, в которых им широко использовался искровой резонансный трансформатор. Возможно также, что не лишены перспективы, делающие пока первые робкие шаги, низкоэнергетические ядерные реакторы. Совершенствование способов использования известных возобновляемых источников энергии, включая изыскание новых, продолжается и на этом пути человечество ожидает еще немало интересных находок. Энергии вокруг нас – непочатый край, но и проблем, связанных с обузданием этой энергии не меньше. Ученые и изобретатели ясно видят эти проблемы и готовы приложить все силы для их решения. Важнее однако другое, а именно оказание им со стороны правительства и предпринимательского сообщества всемерной поддержки и внимания в решении этих проблем.
 
Список использованной литературы

1. Петров В.М. Альтернативная энергетика XXI века. Бестопливные источники электричества. Электронный ресурс a_bestoplivnye_istochniki_elektrichestva/ Версия для печати. Электронный ресурс. 2012
2. Синицын Н.И., Ёлкин В.А., Кислов В.В., Бецкий О.В., Таранов И.В. Способ получения электрической энергии и устройство для его осуществления. Патент РФ № 2339152
3. Ингард Ш. Мировые тенденции развития гидроэнергетики. "ЭнергоРынок" №9, 2004
4. Южный С. Мифы альтернативного топлива. http://www.economics.kiev.ua/?id=336&view=article. Электронный ресурс
5. Агеев В.А. Нетрадиционные и возобновляемые источники энергии. Курс лекций. abes.ime.mrsu.ru/studies/nrps/nrps.htm Электронный ресурс
6. Дегтярев К. Тепло Земли. Геотермальная энергия. «Наука и жизнь» №9, №10, 2013
7. Смил В. Энергетика: мифы и реальность. Научный подход к анализу мировой
энергетической политики. – М.: АСТ-ПРЕСС КНИГА, 2012
8. Rauscher E., Bise W. Harnessing the Earth–Ionosphere Resonant Cavity. // Harnessing the Wheelwork of Nature: Tesla’s Science of Energy, 2002. –233. № 3.
9. Атмосферное электричество, как новый источник альтернативной энергии.  Электронный ресурс
10. Эткин В.А. Энергодинамика (синтез теорий переноса и преобразования энергии). К бестопливной энергетике.ч. 2. Преобразователи энергии электрических полей - СПб., «Наука», 2008
11. Родионов В.Г. Место и роль мирового эфира в истинной таблице Д.И. Менделеева Электронный ресурс
12. Колташов В. Бычкова Л., Минаков Г., Кагарлицкий Б., Паульман В., Очкина А. Энергетическая революция: проблемы и перспективы мировой энергетики. Дайджест-финансы, Выпуск № 4 / 2012
13. Электростанции на молниях. http://www.komimeteo.ru/printout181.html. Электронный ресурс
14. Кириллов В. Шаровая молния: оптическая иллюзия или явление природы? Энергия: экономика, техника, экология,  № 7, 2013
15. Чикин П.С. Извлечение энергии из эфира путем генерации шаровых молний, Актуальные проблемы современной науки, № 5, 2008
16. LENR — ключевые события и их анализ. http://lenr.su/lenr-klyuchevye-sobytiya-i-ix-analiz/ Электронный ресурс
17. Левин А. Мирный термояд: Энергонадежды человечества. «Популярная механика» № 35, 2005
18. Просвирнов А.А., Ратис Ю.Л. Низкоэнергетические ядерные реакции и перспективы альтернативной атомной энергетики. Промышленные ведомости» № 9, 2013
19. Полякова Т.В. Состояние и перспективы развития водородной энергетики. Вестник МГИМО Университета. Выпуск № 1 / 2012
20. Тарасов Б.П., Лотоцкий М.В., Яртысь В.А. Проблемы хранения водорода и перспективы использования гидридов для аккумулирования водорода. Российский химический журнал, 2006, т.50, № 6, 2006. c. 34-48
21. Глебова Е. Рывок в водородное будущее, Наука и жизнь, № 2. 2017
22. Гуртовцев А.Л. Гидроаккумулирующие электростанции. Электро. 1/2007. Минск
23. Арменский А.Е., Кочубей С.Э., Устюгов В.В. Экономика устойчивого развития: прорывные идеи и технологии, Глава 4. Прорывные технологии в системах жизнеобеспечения. 4.7. Энергетика. Монография, М., 2009