Инновационные энергосберегающие технологии будущего

Потребление электроэнергии в настоящее время очень иррационально, и, если не найти способы улучшить эти показатели, то мы сами можем спровоцировать непоправимые последствия, которые приведут к глобальной экологической катастрофе. Технологии, которые появятся к 2050 г., должны быть рентабельными и удобными для пользователя, способными кардинально изменить наше будущее и спасти мир от техногенного краха.

По оценкам специалистов, процессы отопления, вентиляции, кондиционирования и освещения зданий приводят к ежегодному выбросу в атмосферу более 100 млн. тонн парниковых газов (главным образом, углекислого газа СО2) – это прямой путь к загрязнению и глобальному потеплению.

Климатолог Лауреат Нобелевской Премии Дэн Кэммэн (Dan Kammen) провёл анализ инновационных технологий, которые способны изменить наши города и обеспечить нам более яркое будущее. Исследования проводились в двух направлениях:

1. энергосбережение зданий будущего;

2. альтернативные источники энергии будущего.

Наряду с энергетическими, социальными и экологическими показателями определяющим критерием стал фактор снижения выбросов парниковых газов.

Здания будущего

Примерно 65 % всей вырабатываемой электроэнергии потребляется зданиями (отопление и пр.). Современные здания чрезвычайно неэффективны, около 1/3 тепла утекает сквозь стены, окна и крышу. Для снижения тепловых потерь жилые и производственные здания должны быть коренным образом перепроектированы. Нас беспокоит глобальное потепление, а тем временем наши дома и офисы обогревают пространство снаружи почти так же как внутри. Если бы люди могли увидеть мир через призму инфракрасного излучения, то щепетильность во многих вопросах сильно возросла бы.

Рисунок 4.33. Тепловые потери современных зданий

В жёлтой-красной части (рис. 4.33.) – места наибольшей потери тепла. Такое впечатление, будто все эти здания охвачены пожаром. Одни только здания теряют 10-15 % мировой вырабатываемой энергии, что эквивалентно 4 млрд. баррелей нефти в год. Целые электростанции просто подогревают воздух – невероятное расточительство.

Технологические внедрения способны положить конец тепловым потерям в будущем. Далее будут рассмотрены четыре кардинально различные инновационные технологии энергосбережения зданий:

- аэрогель;

- гибридное солнечное освещение;

- живая зелёная крыша;

- гелиотехнология.

Аэрогель

Аэрогель – это один из самых удивительных теплоизоляционных материалов, известных науке. Он сохраняет тепло там, где ему и положено быть, внутри.

Есть одно место, где хорошая изоляция жизненно необходима – ледяные просторы космоса. Благодаря теплоизоляционным свойствам аэрогеля космические корабли выдерживают адский холод поверхности Марса.

Технический твёрдый аэрогель больше похож на игру света (рис. 4.34.). Люди воспринимают его как «замороженный дым», и в некотором смысле кажется, что он существует лишь мгновения. Это твёрдое вещество, с самой маленькой плотностью сред всех твёрдых веществ, известных на Земле. Зафиксированный рекорд плотности – 1,9 кг/м³. Ааэрогель на целых 99 % состоит из воздуха, он пропускает свет, но практически не пропусках тепло. Такое уникальное свойство рождается из его особенной структуры.

Аэрогель производится из желеобразного вещества – полужидкого, полутвёрдого – сухая субстанция цепочки диоксида кремния SiO₂, окружённая спиртом. Чтобы высушить гель, спирт под высоким давлением заменяется жидкой углекислой кислотой СО₂. При снижении давления жидкий диоксид углерода превращается в газ, который улетучивается, оставляя крошечные воздушные включения – в тысячу раз более тонкие, чем паутина. Они сразу же превращаются в соты зажатого воздухом тепла.

Рисунок 4.34. Технический твёрдый аэрогель

В 90-х годах НАСА провела испытания аэрогеля в самой экстремальной среде солнечной системы – на застывших просторах Марса. Температура на поверхности красной планеты может падать до минус 70 ºС, что недопустимо для чувствительного оборудования автоматических зондов. Марсианские исследовательские зонды, заключённые в аэрогель, проработали три холодных месяца и передали на Землю потрясающие фотографии.

Аэрогель – лучший из существующих изоляторов, но применение этого современного космического материала в обыденной жизни проблематично: это не только дорогостоящий, но и очень хрупкий материал. Одно нажатие – и аэрогель превращается в пыль, что не позволяет использовать его в какой бы то ни было отрасли промышленности.

Для придания аэрогелю прочностных свойств было найдено простое, но по-своему выдающееся решение – влажный гель покрывается полиэфирным волокном, которое служит остовом для материала, предавая ему прочность и удивительную гибкость. Конечной продукт обладает всеми теми же невероятными изолирующими свойствами аэрогеля, но стоит в разы дешевле материала, который летает на красную планету, что позволяет надеяться на его внедрение в строительную промышленность.

Аэрогелевый покров невероятно эффективен при изоляции стен и крыш. Однако 30 % тепловых потерь зданий происходит через окна. Следующий шаг – сделать аэрогель достаточно прозрачным и прочным, чтобы обеспечить теплоизоляцию окон.

Но пока такие высокотехнологичные окна слишком хрупкие. Стоит грузовику проехать мимо, и от вибрации они разлетятся вдребезги. Ещё одна из сложностей, связанных с аэрогелем, заключается в том, что сейчас он выпускается в виде волокон, поэтому он отнюдь не так удобен, как изоляционный материал, которым мы заделываем щели.

Учёные должны справиться и с этой проблемой, их успех может оказать существенное влияние на решение проблемы энергосбережения в будущем. Лет через 30-40, возможно, аэрогель будет в каждом здании, и станет так же распространён, как сегодня материалы вроде пластика.

Изоляция при помощи аэрогеля – футуристическая идея, но станет ли она лучшим оружием в борьбе с выбросами углекислого газа?

По данным Центра Альтернативных Технологий чудесный материал будущего снижает уровень выбросов на 29 %. Вполне возможно, что ему под силу снизить потери тепла в мегаполисе будущего.