Жёсткие экологические требования решат инновационные энерготехнологии

2024-04-27 10:22:15 Время чтения 8 мин 47

Экспансия сектора солнечной энергетики и ветрогенерации в сочетании с жесткими экологическими нормами окажет негативное влияние на нефтепереработку. Исследование, проведенное агентством Wood Mackenzie, показывает, что рентабельность нефтепереработки будет снижаться по мере уменьшения спроса на нефтепродукты.

Специалисты агентства прогнозируют, что к 2030 году около 121 из 465 проверенных нефтеперерабатывающих производств могут полностью прекратить свою деятельность с высокой долей вероятности. В наиболее критическом положении окажутся производства в странах с самыми строгими экологическими нормами, таких как страны ЕС и, к примеру, Китай, который активно форсирует производство электромобилей.

Отмена бесплатных квот на выбросы углекислого газа в ЕС к 2030 году приведёт к значительному снижению прибыли европейской индустрии. Прогнозируется, что спрос на топливо в развитых странах начнет падать уже со следующего года. Учитывая эти негативные тенденции, некоторые нефтеперерабатывающие производства уже начали объявлять о перепрофилировании. Например, завод Eni в Ливорно, Италия, планируется перепрофилировать в предприятие по производству биотоплива, а НПЗ Shell в Весселинге, Германия, — в предприятие по производству масел. Это только первые шаги на пути глобального пересмотра энергетического рынка, который окажет влияние на российскую нефтедобывающую отрасль и предприятия нефтепереработки.

Прогнозируемое сокращение спроса на нефтепродукты является следствием перехода транспорта на электрическую тягу. Однако переход на электромобили первого поколения, которые требуют зарядки от централизованных линий электроснабжения, требует значительных инвестиций не только в развитие инфраструктуры зарядных станций, но и в систему распределения электроэнергии и строительство объектов «зеленой» энергетики. В противном случае переход на электромобильность станет бессмысленным.

По своей сути отказ от использования ископаемого топлива — это крайне дорогой и технологически сложный процесс, который требует учета и управления потенциальными рисками и снижения их воздействия. Например, при строительстве ветрогенераторов мало кто обращал внимание на возможную гибель птиц. Климатический портал MIT сообщил, что только в Соединенных Штатах, согласно исследованиям за 2013–2014 годы, ежегодно в результате вращения лопастей турбин погибало от 140 000 до 679 000 птиц. За прошедшие 10 лет количество ветрогенераторов значительно увеличилось, пропорционально увеличив и количество погибших птиц.

Другие исследования показали, что гораздо больше птиц — от 12 до 64 миллионов ежегодно — погибает в США из-за линий электропередач, которые соединяют ветряные и другие виды энергетических объектов с людьми, потребляющими электричество.

Исследования показывают, что ветроэнергетика убивает меньше птиц по сравнению с другими источниками электроэнергии, особенно с использованием ископаемого топлива. На ветряные электростанции и атомные электростанции приходится от 0,3 до 0,4 смерти птиц на 1 ГВт*ч электроэнергии, в то время как на электростанции, работающие на ископаемом топливе, приходится около 5,2 смертей на ГВт*ч, что связано в основном с воздействием потребления ископаемого топлива на окружающую среду и изменение климата. Но проблемы с глобальным распространением солнечной энергетики и ветроэнергетики не ограничиваются только гибелью птиц. Существуют серьезные экологические, но и технологические проблемы, связанные с надежностью работы оборудования, утилизацией отходов и другие.

Глобальное потепление, которое привело к затоплению огромных территорий в Сибири, Казахстане и Дубае, а также к прогнозируемому очень жаркому лету, является предупреждением о том, что самое худшее еще впереди. Эти катаклизмы могут нанести серьезный ущерб экономике в мировом масштабе. Как заявил исполнительный секретарь Рамочной конвенции ООН об изменении климата Саймон Стилл, следующие два года будут решающими для спасения нашей планеты. На его призыв откликнулся Илон Маск, согласившись, что человечеству необходимо как можно быстрее перейти к устойчивой энергетике. Правда, он добавил, что «у нас есть по крайней мере несколько десятилетий, чтобы сделать это».

Создание устойчивой энергетики не может основываться только на солнечной и ветровой генерации, учитывая их нестабильную работу и необходимость создания дорогих систем хранения энергии. Это противоречит одному из определений: «Устойчивая энергетика не наносит вреда окружающей среде (или, в лучшем случае, существует минимальный риск), не усиливает изменение климата и не требует больших затрат». Кроме того, дальнейшая трансформация энергетической отрасли должна быть максимально ориентирована на создание распределенной электрогенерации, при которой электрогенерирующее оборудование устанавливается непосредственно в месте потребления электроэнергии. Всё это говорит о том, что для создания устойчивой энергетики требуются новые электрогенерирующие технологии.

Двумерный материал графен

Одним из прогрессивных направлений является использование двумерных материалов толщиной в один атом, которые обладают уникальными свойствами, недоступными для трехмерных материалов. Например, активно проводятся лабораторные исследования по использованию квантовых материалов в качестве активного слоя в солнечных элементах. Учёные используют «ван-дер-ваальсовы зазоры», атомарно малые промежутки между слоистыми двумерными материалами, вставляя атомы нулевой валентной меди между слоями двумерного материала, изготовленного из селенида германия и сульфида олова.

Следует отметить и направление использования двумерного материала графена для преобразования энергии частиц невидимого спектра в электрический ток. Результаты проводимых работ дают все основания говорить о появлении принципиально новой графеновой технологии электрогенерации. Электрогенерирующее оборудование для электроснабжения жилых и производственных помещений находится на стадии ресурсных испытаний, после которых должно стартовать производство. Отличительной особенностью данной технологии является её гибкость в аспекте решения различных энергетических задач.

Из известных технологий электрогенерации только графеновая технология позволяет решить задачу создания электромобиля, которому не нужна зарядка от внешнего источника. Эта задача решается созданием корпуса электромобиля из метаматериала с использованием графеновых электрогенерирующих точек сбора энергии как под воздействием полей материи невидимого спектра, так и в результате перепада температур, возникающих из-за нагрева корпуса излучением видимого спектра.

Президент компании Neutrino Energy Group Holger Thorsten Schubart оптимистично оценивает уже полученные результаты научно-технологических работ по технологии Neutrinovoltaic, проводимых совместно с индийскими коллегами, и прогнозирует создание такого электромобиля в 2026 году.

Постоянные инновации, прогрессивные технологии и создание новых материалов при участии ИИ, повышающих эффективность энергоперехода, становятся сегодня решающими, особенно для удовлетворения глобальных потребностей в энергии.