1598005375-fdca24712b4dd3cd0f1922045b94d243 (811202), страница 39
Текст из файла (страница 39)
й У.о. Солнечные пруды Солнечный пруд — это концентратор солнечной энергии, в котором накопление тепла происходит не во всем объеме воды, а лишь за счет повышения температуры в глубинном слое, отличающемся повышенной концентрацией солей. Температура воды в таком слое может подниматься до 100'С, оставаясь на поверхности сравнительно невысокой. Условия существования подобного аномального перепада температур — наличие определенной разности соленостей, при которой прекращается вертикальный массообмеп между слоями, и отсутствие механических факторов, возбуждающих перемешивание.
Такие пруды существуют в природе; подходящие условия время от времени возникают в небольших стоячих соленых прудах и в океанских лагунах, периодически заполняемых водой, в стра-- нах с достаточно жарким климатом. Однако открыто это явление было в умеренном поясе — на территории Венгрии в конце прошлого века [45[. Сначала его сочли результатом деятельности бактерий, населяющих придонные слои, затем — следствием нагрева за счет тепла подземного источника.
Лишь более детальное изучение показало, что истинная причина разогрева глубинных вод состоит в особенное~ах поглощения солнечного излучения. В солнечном пруду излучение видимой части спектра проникает через верхний достаточно тонкий пресный слой и с эффективностью примерно 20 % трансформируется в тепло в нижнем соленом слое. Поверхностный слой при этом выполняет роль экрана, исключающего потери тепла за счет излучения в инфракрасной области и за счет испарения.
В современной форме идея использования солнечных (илп, как их еще называют, соленостных) прудов была разработана в Израиле более двадцати лет назад. Соответству|ощее устройство включало мелкий (глубиной около 1 м) пруд с затемненным 188 Глава 8 БИОЛОГИЯ В ОКЕАНСКОЙ ЭНЕРГЕГИКЕ Е 8.4. Энергегичесяая бмотехнояогня Особое место в энергетике на возобновляемых ресурсах занимает преобразование солнечной энергии с помощью биосистем— различных видов живых существ и искусственных систем, построенных либо из веществ биологического происхождения, либо по их схеме. В целом, соответствующие технологические процессы относятся к стремительно развиваюгцейся в наши дни отрасли народного хозяйства — биотехнологии.
Поэтому, говоря об энергетике будущего и, в частности, об океанской энергетике, мы не можем обойти вниманием биотехнологию, точнее, энергетическую биотехнологию, использование принципов которой в океанской энергетике сулит возможность создания высокопродуктивных и экологически приемлемых систем, основанных на фотосинтезе. Примерами подобных систем служат получающие все большее распространение в развивающихся странах генераторы биогаза, работающие на обводнениых отходах сельскохозяйственного производства. В Индии, КНР, Пакистане действуют миллионы таких генераторов, позволяющих решать энергетические проб.лемы на уровне больших сельскохозяйственных общин. Есть подобные установки и у нас в стране. По подсчетам специалистов, только за счет использования различных отходов биосырья можно удовлетворить потребности народного хозяйства СССР в горючем газе примерно на 20 % [1!].
Потенциальные возможности биотехнологии не ограничиваются, конечно, переработкой отходов: они охватывают практически все стороны жизнедеятельности современного человека. Реально создание систем, вырабатывающих белки, сырье для металлургии, горючее для атомных реакторов, электроэнергию и т. п. В процессе жизнедеятельности растений и бактерий можно непосредственно получать такие энергоносители, как водород, минуя стадию биологического разложения сырья.
Причем важно, что все из перечисленных процессов уже опробированы по крайней мере в лабораторных условиях. Биотехнологии предсказывают в будущем одно из самых значительных мест в народном хозяйстве планеты. По мнению некоторых специалистов, именно 886 биотехнология позволит решить в перспективе все энергетические и продовольственные проблемы человечества. Правда, вышесказанное относится к достаточно отдаленному будущему: на пути развития биотехнологии много сложных научных, технических и социальных проблем.
В настоящее время основное внимание уделяется развитию и совершенствованию традиционных методов использования биомассы в энергетике, из которых, увы, самый распространенный пока — сжигание древесины. Дело в том, что запасы древесины в мире достаточно велики: в древесной массе запасено примерно столько же энергии, сколько содержится в разведанных залежах каменного угля. Ежегодно только растения планеты связывают путем фотосинтеза примерно 8 10'в т углерода, и ежегодно наращивается биомасса, содержащая около 3 10" Дж, что почти в !О раз превышает современное потребление всех видов энергии в мире [3!]. Теплота сгорания древесины, например, всего в 2 раза ниже такого гке показателя лучших сортов моторного топлива (соответственно примерно 20 МДж!кг по сравнению с 40 МДж/кг). В современном мире в энергетике используются в среднем лишь 2 % общего годового прироста древесины, в некоторых странах, в Финляндии например, древесное топливо в общем балансе составляет до 15%.
В США потребление древесного топлива с 2 в% от общего количества топлива в 1977 г, возросло к 1982 г. до 4 %. Интерес к древесине, как к топливу, во всем мире довольно высок. Причем речь идет не только о более рациональной заготовке древесины и повышении КПД ее использования, но, в основном, о создании промышленных плантаций быстрорастущих культур, которые можно было бы экономично перерабатывать в более калорийное топливо. На таком «подготовленном» топливе уже строятся ТЭС, причем использование современных топочных устройств, например с подачей предварительно специально подготовленных древесных гранул в зону горения, позволяет получить удельную стоимость тепла примерно в 2 раза более низкую, чем в установках на жидком топливе.
Стратегия преобразования в энергию биомассы практически не зависит от того, где она добывается — на суше или в море. Получаемая любым способом биомасса может либо непосредственно сжигаться после высушивания, либо перерабатываться в более калорийное топливо, либо служить сырьем (рис. 8.!) для выработки требуемых видов энергоносителей. Соответственно можно рассматривать растения и так топливо, и как сырье для переработки, и как производитель энергоносителей и других полезных веществ. К потенциальным возможностям биотехнологии относится также в перспективе и прямое преобразование энергии солнечного излучения в электрический ток с помощью живой ткани.
Как уже говорилось выше, одна из основных задач и в плане энергетики, и в плане решения продовольственных проблем — получение достаточного количества растительной биомассы. И на 187 Растительная биомасса океана й 3.2. Фотосинтез олучение энергоносителей в процессе переработки биомассы Получение энергоносителей в процессе жизнедеятельности организмов х х ~О о х х й о х о1 и $~ й 8 о о. л э о х О, х о о. 8 сэ о х х о о, о о яэ У об ения Мик оэлементь тепловая энергия (8.1) СО,» Н,О+8, СН,О+О,+а. 188 суше, и в океане у исследователей, связанных с решением этой задачи,— общие цели. Это поиск и селекция подходящих культур, наилучшим образом перерабатывающих солнечную энергию, воздействие на культуры для получения максимальной продуктивности, выбор оптимальных условий разведения организмов, разработка комплекса мероприятий и технических средств для их выращивания, снятия и переработки урожая и т.
п. В недалекой Рис. 8.1. Стратегия использования биомассы перспективе стоит создание полезных культур методамп генной пнженерии. Генная инженерия уже теснит методы традиционной селекции из агротехники, позволяя в короткие сроки с высокой, надежностью целенаправленно получать необходимые признаки растений не путем скрещивания и прнвнвания, требующих значительных затрат времени и ограниченных условиями совместимости организмов, а непосредственным воздействием на генетический аппарат клетки, на молекулы ДНК. Иногда наземная и океанская технологии производства биомассы настолько сближаются, что их становится трудно разде.лить.
Например, при разведении микроскопических водорослей в искусственных условиях, с одной стороны, речь идет о типичных водных организмах, а с другой — о сложных инженерных сооружениях для разведения водорослей — альготронах, строягцихся на суше и связанных с водоемами только трубопрово- дами. При переработке сточных вод биологические процессы могут вестись как в установках на суше, так и непосредственно в мелководных хорошо прогреваемых прибрежных заливах.
Возможно дальнейшее использование вод, прошедших биоочистку, для повторного применения в качестве охлаждающей жидкости для ТЭС, Это позволяет получить двойную выгоду; уменьшить расход чистой воды и повысить эффективность работы систем биоочистки за счет подогрева. Какие бы варианты энергетического использования биомассы мы ни рассматривали, в основе их всегда лежит фотосинтез— Рис. 8,2. Плаиетармый круговорот углерода 1221 преобразование энергии света в химическую энергию органических веществ, Поглощая солнечную энергию, фотосинтезирующие организмы участвуют в планетарном круговороте углерода (рис. 8.2).
При этом Мировой океан играет роль регулятора содержания углекислого газа в атмосфере, где его находится в 50 раз меньше, чем в океане. На этом же рисунке показано перераспределение энергии, поглощаемой фотосинтезаторами, между различными потребителями морепродуктов *. При фотосинтезе содержащиеся в особых органеллах растительных клеток — хлоропластах — пигменты, в основном хлорофиллы, погло1цают кванты видимого света и за счет этого снабжают клетку энергией, необходимой для образования прежде всего углеводов, синтез которых принципиально описывается уравнением * Ла Сильва Э. Х. Морские микро- и маироорганизмы: возобновляемые ресурсы. — Импакт, 1982, Рй 3, с.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
