Структура энергетики

По прогнозам, с 2005 по 2030 г. годовое потребление энергии в мире увеличится на 50%. Поскольку основной вклад в производство энергии сегодня вносит сжигаемое топливо, при сохранении этой тенденции может резко возрасти объём сбрасываемого углекислого газа и воздействие этих выбросов на экологию планеты. Тенденция может быть изменена при переходе на возобновляемые источники энергии, однако этот переход сдерживается главным образом из-за отсутствия необходимых материалов.

Применение наноматериалов в энергетике позволяет решить многие проблемы, стоящие перед человечеством. Пока это применение довольно ограничено, поэтому часть сведений, приведенных в главе, имеет во многом предположительный характер, поскольку результаты новых разработок раскрываются поверхностно или не раскрываются совсем, многие разработки находятся в стадии НИР или НИОКР, а некоторые – только намечаются. Главной целью при составлении главы явилось освещение основных направлений применения наноматериалов.

Наноматериалы могут применяться на всех стадиях энергетического комплекса: при получиении (генерировании) энергии, её передаче, хранении и использовании (потреблении). ^7-1

Генерирование энергии производится несколькими методами. Это традиционная энергетика (гидроэлектростанции, топливные электростанции), атомная энергетика, использование возобновляемых источников энергии (солнечная энергетика, ветроэнергетика и др.). Возобновляемые источники энергии являются частию стратегии устойчивого развития человечества, поэтому часто употребляется понятие устойчивой энергетики.

Примерами применения наноматериалов в традиционной энергетике могут служить перспективные стабилизированные водоугольные дисперсии на ТЭЦ с концентрацией ультрадисперсных частиц до 50–80 мас.% (такие дисперсии из угля любого качества обладают высокой агрегативной устойчивостью и обеспечивают практически 100%-ное сгорание угля), а также катализаторы в нефтепереработке и получении синтез-газа.

Передача энергии предполагает прежде всего использование традиционных линий электропередачи (ЛЭП). Новым направлением является водородная энергетика, предполагающая передачу энергоносителей без потерь по трубопроводам и при полном развитии далеко выходящая за рамки одной этой функции. Водородная энергетика может называться распределённой, поскольку генераторы тока распределяются непосредственно у потребителей.

Накопление энергии включает традиционные методы – гидроаккумулирующие станции и химические источники тока. Источники делятся на первичные – батареи – и вторичные, перезаряжаемые – стационарные и транспортируемые электрические аккумуляторы. Разрабатываются новые методы и средства.

К химическим источникам тока относятся топливные элементы, которые считаются одним из компонентов водородной энергетики, но являются генераторами электроэнергии.

В области потребления энергии главное направление – энергосбережение.

Мировой рынок наноматериалов для энергетики в 2007 г. был весьма скромным и оценивался всего в 200 млн. долл. США, к 2015 г. ожидается его рост до 5 млрд. долл. США, а рост вклада нанотехнологий в энергетику – до 36%. При этом наибольшие доходы будут получены за счет модифицирования процессов преобразования энергии (49%), несколько меньший – накопления энергии (32%) и наименьший – в энергосбережении (19%).