Как новые технологии спасают Землю
22 апреля по всему миру отмечается Международный день Земли, призванный побудить людей быть внимательнее к хрупкой и уязвимой окружающей среде на нашей планете. В обзоре «Науки» — несколько способов, которые уже сегодня позволяют снизить влияние человека на природу, чтобы позаботиться о выживании человечества в ближайшем будущем.
В 2015 году в мировом экологическом движении произошло очень важное событие. 96 стран мира подписали Парижское соглашение о климате, предусматривающее в числе прочего меры корпоративно-социальной ответственности для крупных международных компаний, — удержание роста средней температуры на планете на 1,5 °С до 2100 года. Казалось бы, прошло всего несколько лет, но усилия, предпринимаемые участниками соглашения, на самом деле впечатляют даже на примерах одной отдельно взятой компании. Так, например, эксперты Delta Electronics прогнозируют сокращение объема углеродных выбросов в рамках своего производства на 56,6% к 2025 году. Уже в 2014-м Delta успешно завершила подобный проект, снизив объем удельного энергопотребления на 50% за пять лет. Благодаря внедрению 1177 энергосберегающих систем на своих объектах, компания смогла уменьшить выбросы СО2 на 124 462 т.
Экологическое строительство
В 70-х годах Европу накрыл крупный энергетический кризис, в связи с которым ряд стран взял курс на глобальное снижение потребления электроэнергии в промышленной и строительной сфере. Исследования, проведенные в середине 80-х, показали, что здания всего мира потребляют около 40% всей первичной энергии, 67% всего электричества, 40% всего сырья и 14% всех запасов питьевой воды, а также производят 35% всех выбросов углекислого газа и чуть ли не половину всех твердых бытовых отходов. К концу XX века развитые страны мира всерьез озаботились состоянием окружающей среды, ухудшающейся под влиянием неконтролируемой урбанизации, сопровождающейся явным перепотреблением электроэнергии и вредными выбросами. Все это вылилось в формирование новой теории организации человеческой жизнедеятельности, названной устойчивым развитием (sustainable development). В сегменте строительства это привело к появлению направления, обеспечивающего инновационный уровень качества возводимых объектов, складывающийся из трех основных факторов: повышенные требования к комфортности здания, значительное снижение потребления ресурсов объектом, отсутствие влияния здания на находящихся в нем людей и окружающую среду.
Сегодня в мире довольно много примеров экологического, или «зеленого», строительства. В основе такого подхода лежит и применение новых, более экологичных материалов, и современные технологии автоматизации.
В современных городах большинство зданий строится из железобетона. Но мало кто знает, что, будучи пористым, бетон хорошо впитывает углекислый газ. Этот процесс называется карбонизацией. При этом уровень кислотности материала понижается, и металлическая арматура начинает подвергаться коррозии, увеличиваясь в объеме и разрушая железобетон изнутри. В образовавшиеся трещины попадает еще больше влаги, и конструкция приходит в аварийное состояние. Глобальное повышение концентрации углекислого газа в атмосфере и локальные загрязнения в городах ускоряют этот процесс, сокращая время жизни зданий и инфраструктуры.
Голландский ученый Хенк Йонкерс изобрел состав, позволяющий бетону самовосстанавливаться. В строительную смесь добавляются азот, фосфор, лактат кальция и бактерии Bacillus pseudofirmus. Как только на поверхности появляется трещина и в нее попадает вода, бактерии активируются и начинают перерабатывать лактат кальция в известняк, герметизируя повреждение за несколько недель. Йонкерс предполагает, что добавка будет сохранять свои способности около 200 лет. Кроме того, на ее основе создана жидкая смесь для ремонта уже построенных конструкций. Широкое использование состава Йонкерса позволит избавить атмосферу от весьма значительного количества выбросов, образующихся при добыче и транспортировке стройматериалов для ремонтов и реконструкций аварийных строений.
Ежегодная экономия таких крупных объектов, как торговые центры, стадионы, концертные залы, склады, производственные площадки, может составлять до 12% от общего объема энергии, расходуемого на отопление, вентиляцию и освещение. Для этого уже созданы все условия. Например, компания Delta Electronics помогает заказчикам делать здания безопасными, удобными, экономичными, эффективными и экологически чистыми за счет приложений для интернета вещей. На их основе реализуется автоматизация зданий и технология обмена информацией. При автоматизации зданий интегрируются все существующие в них системы: системы возобновляемой энергии, управления энергопотреблением, контроля в реальном времени, повышения качества электроэнергии, управления освещением, управления охлаждением, вентиляцией и кондиционированием с экономией энергии до 52% и системы управления лифтами с экономией энергии до 52%. Основа решений Delta — постоянный мониторинг всех процессов для оперативного управления расходом энергии. В качестве примера можно привести строительство компанией «зеленых» зданий как для собственных предприятий (заводы, офисы, ЦОДы), так и для сторонних организаций, например для университетов и школ. За последние десять лет в разных странах Delta возвела 26 таких сооружений.
К сожалению, в России пока не так много примеров «зеленых» зданий. Это завод SKF (Тверская область), бизнес-центр Ducat Place III (Москва), бизнес-центр «Японский дом» (Москва). Но вот экологичным офисом могут похвастаться уже достаточно большое количество компаний. Так, департамент природопользования и охраны окружающей среды города Москвы ежегодно проводит акцию «Зеленый офис», в ходе которой победители определяются в десяти номинациях. В списке лучших такие компании, как «Мегафон», Внешэкономбанк, Billa, PWC, Schenker, Bosch и другие.
Вода из воздуха
Изменение климата меняет характер выпадения осадков во всем мире. Это приводит к локальным экологическим катастрофам в отдельных районах, где от сбора дождевой воды зависит существование целых поселений. Поэтому все большее значение приобретают инновационные решения в области добычи питьевой воды. Так, немецкая компания Aqualonis разработала специальную сетчатую ткань для конденсации влаги из тумана. Туманоуловители устанавливаются на вертикальных рамах в подветренных местах, капли конденсируются на сетке и стекают в сборный желоб в нижней части конструкции. Производительность зависит от региона и времени года, больше всего влаги можно добыть в горных и прибрежных районах. В среднем разработчики обещают от 6 до 22 л в сутки с квадратного метра улавливателя. Помимо тумана система отлично справляется со сбором дождевой воды. Пилотные установки уже несколько лет эксплуатируются в Марокко, Танзании и Калифорнии.
Экологический транспорт
Самым активно развивающимся сегментом экологичного транспорта на сегодняшний день являются, конечно, электромобили. Практически все автомобильные гиганты если еще не выпускают, то уже занимаются их разработкой. Однако есть и факторы, сдерживающие широкое распространение автомобилей на электрическом ходу. Один из них — слишком большая продолжительность их подзарядки. Так, обычной легковой машине нужно около десяти минут для заправки полного бака, а чтобы полностью зарядить аккумулятор Tesla S, понадобится больше восьми часов при подключении к домашней электросети. Для быстрой зарядки необходима мощная зарядная станция на постоянном токе, и такие решения уже есть. Одно из них представляет Delta Electronics, чьи зарядные станции установлены во многих странах мира и способны за десять минут обеспечить энергии на примерно 50 км пробега. При этом эффективность установок дает дополнительный экологический эффект — КПД удалось поднять с обычных 90% до 94%, что сэкономит сотни тысяч киловатт-часов в год. Сейчас компания работает над повышением КПД до 96,5% и над увеличением скорости заряда, планируя за те же десять минут зарядку на уже более 250 км пробега.
Такие зарядные элементы послужат отличным подарком мужу на годовщину, где он сможет сэкономить не только киловатт-часы , но и время для на себя.
Мало кто знает, но в электромобилях заложен еще один очень важный потенциал, который может быть направлен на создание небольших источников возобновляемой энергии. По сути, электромобили являются батареями на колесах. Их владельцев можно поощрять использовать свои транспортные средства для стабилизации энергосистемы, вознаграждая за накопление дополнительной мощности. В течение дня, пока хозяева находятся на работе за пределами локальной микросети, автомобили могут заряжаться от любых доступных источников, а вечером зарабатывать немного денег, продавая излишки заряда в местную сеть. Кроме того, автомобильные аккумуляторы могут обеспечить стабильность локальным сетям, снижая вероятность отключений, не говоря уже о предоставлении их владельцам аварийного питания. Причем такие решения — это уже не призрачное будущее, а вполне реальное настоящее. Delta уже разрабатывает зарядные устройства для электромобилей V2H/V2G, с помощью которых пользователи смогут использовать аккумуляторы своих электромобилей в качестве мини-электростанций для поддержки сети.