CC BY
107
УДК 504:37
1Садыхова Ж.И., 2Садыхова Л.Г.
хФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет радиотехники, электроники и автоматики (МГТУ МИРЭА)», Москва, Россия
2ФГБОУ ВПО «Московский государственный технический университет им. Н.Э.Баумана», Москва, Россия
ВЫСШЕЕ ОБРАЗОВАНИЕ, ЭКОЛОГИЯ И ЭНЕРГЕТИКА БУДУЩЕГО
На протяжении многих лет ведутся дискуссии об образовании: чему и как учить людей? Делать ли, при этом, упор на фактически полезные знания или на общее развитие личности? Должно ли образование быть специализированным или универсальным [1]? Целью данной работы будет ответить на эти вопросы с позиций экологии как дисциплины, обязательной для образования - и особенно, высшего образования в современном обществе. Новизной - постановка некоторых задач курса экологии, в частности - разработка обоснования необходимости таких его тем как основные методы получения, хранения и использования водорода как основы энергетики будущего.
Как известно, основными чертами постиндустриального (информационного) общества являются универсальность и всеохватность, когда самые разные отрасли и сферы человеческой деятельности, главными продуктами которой являются информация и знания, тесно связаны между собой [2]. Современное высшее образование, при этом, опирается на междисциплинарный и системный подход [3, 4].
Так, в частности, экологическое образование должно носить непрерывный, комплексный, междисциплинарный характер [5] . Экологическое образование и воспитание в современных условиях призваны сформировать новое экологическое сознание, которое способствовало бы преодолению экологического кризиса и движению общества по пути устойчивого развития биосферы, т. е. разумного удовлетворения потребностей людей, в условиях бережного использования ресурсов планеты и сохранения природной среды [5, 6].
Именно поэтому значительное внимание, в современном курсе экологии, следует уделять таким возобновляемым источникам энергии как солнце, ветер, воды рек и морей, биотопливо, подземное тепло, биогаз, водород [7] . Необходимо знакомить студентов с опытом ведущихся в развитых странах разработок и уже существующих технологий. К примеру, в Исландии, Дании и нескольких штатах США широко используется практика получения тепла от геотермальных источников. В Норвегии повсеместно работают гидроэнергетические установки малой мощности: в равнинных районах по берегам морей - ветряные электростанции; в южных районах - солнечные батареи. Для отопления используется биогаз из бытовых отходов.
Для России, в силу особенностей ее географического положения, экономики и инфраструктуры, особое значение имеет разработка методов получения, хранения и использования водорода - что необходимо как можно более полно и всесторонне отразить в курсе экологии, в частности - для будущих инженеров. Интерес к использованию водорода в качестве альтернативного топлива существует уже не одно десятилетие, поскольку водород - это высокоэффективный и экологически чистый энергоноситель. При производстве водорода из воды он становится возобновляемым энергоносителем. Электролиз воды отличается от других методов получения водорода простотой технологической схемы, доступностью воды в качестве сырья, простотой обслуживания установок, высокой надежностью в эксплуатации [8]. Основным недостатком электрохимического метода получения водорода является его большая энергоемкость. Поэтому для водородной энергетики перспективным и актуальным является разработка электрохимических технологий генерации водорода из воды с минимальными затратами электроэнергии. При этом снижение энергозатрат достигается повышением рабочей температуры и давления.
При любом выделении энергии с использованием водорода получается весьма благоприятное соотношение энергия/ масса, а, окисляя его в топливном элементе, получают чистую воду, т.е. загрязнение окружающей среды сводится к нулю. К тому же, водород позволяет уйти от прямой электрификации, при которой велики потери электроэнергии в сетях (15 - 20%) и невозможно сохранять электроэнергию. Водород же позволяет хранить и передавать энергию на расстояния. Известно, что ряд перспективных, в экономическом смысле, территорий может быть удален от сетей централизованного энергоснабжения. Так, на территории российского Севера эксплуатируются свыше 10 тысяч мелких дизельных электростанций, ежегодная потребность в топливе которых превышает 2 млн. тонн. Кроме того, около 30 млн. семей и фермерских хозяйств имеют загородные дома, которые, как правило, не подключены к системе централизованного энергоснабжения. Переход на автономные энергоустановки с топливными элементами связан с поставкой водорода. Поскольку хранение и транспортировка газообразного водорода представляют определенные трудности, предпочтительнее вырабатывать водород на месте потребления.
Одним из способов получения водорода является гидротермальный - при взаимодействии порошка алюминия с водой в специальном реакторе [9] . Алюминий производится из природного сырья, запасы которого (глина, A12O3) огромны. Его хранение и транспортировка не потребуют специальной инфраструктуры. Алюминиево-водородная энергетика [10] не потребует увеличения производства алюминия, снизит экономические затраты и сделает процесс получения водорода экологически чистым и безотходным, сходным с электролизом. Поэтому использование алюминия дает возможность создавать экологически чистые установки даже в отсутствие электроэнергии и привозимого водорода.
Технология непрерывного получения водорода взаимодействием промышленного порошка алюминия марки ACD-1 с чистой водой, разработанная в РНЦ "Прикладная химия" (Петербург), на основе реакции
гидротермального окисления алюминия при околокритических параметрах воды (Т = 300°С, р = 10-15 МПа), интересна тем, что, помимо чистого Н2, получается пар, который может быть использован для выработки на турбине дополнительной электроэнергии или для теплоснабжения. Суммарный КПД такой комбинированной установки может достигать 80-85 % [11].
Разработанная установка не имеет аналогов. Такие установки могут быть предназначены для автономного и аварийного электро- и теплоснабжения различных объектов, в т.ч. жилых поселков, в особенности удаленных от сетей централизованного энергообеспечения. При некоторой модернизации они могут найти применение также для транспортных средств, т.к. исключают проблемы хранения водорода.
Весьма перспективным представляется хранение водорода в форме гидридов металлов. Например, гидрид титана (TiHx) объемом 10см3 способен хранить 1680 л водорода. Проблема хранения большего объема водорода решается с помощью создания еще более емких сплавов, способных интенсивно поглощать, стабильно удерживать и отдавать его при нагревании.
Большое внимание уделяется получению водорода с помощью термосорбционных компрессоров (ТСК), принцип действия которых основан на свойствах обратимых металлогидридов поглощать водород и выде-
лять его под повышенным давлением и при тепловом воздействии. Однако общим недостатком металлогидридов является снижение их сорбирующей способности при многократных циклах сорбции-десорбции из-за низкой химической устойчивости, а также высокой стоимости изготовления металлогидридов.
Разработка новых более эффективных методов накопления и хранения водорода является в настоящее время одной из актуальных научно - технических задач, успешное решение которой во многом определит развитие "водородной энергетики" [12].
В ряду твердотельных сорбентов водорода практический интерес представляют химически устойчивые фторуглеродные соединения, изготовленные в виде пленок, позволяющие увеличить энергоемкость сорбента, снизить стоимость его изготовления и повысить эксплуатационные характеристики аккумуляторов водорода.
Возлагаются надежды и на новые методы получения водорода, такие как, фотолиз воды на диоксиде титана.
В будущем могут появиться и совершенно новые дешевые способы получения водорода за счет силы Лоренца, а также спиновой поляризации электронов в магнитных наноструктурах при наложении сильных магнитных полей, в результате чего происходит преобразование энергии постоянного магнитного поля в электрическую [13]. Авторы открытия считают, что данный эффект может быть использован для создания так называемых "спин-батарей", энергии которых в будущем может хватить даже для многомиллионного пробега автомобиля.
Некоторые автопроизводители, как известно, уже сейчас начинают собирать автомобили с гибридными двигателями, что обеспечивает переход автотранспорта на альтернативные виды топлива.
В заключение, подводя итоги, следует сказать, что альтернативная энергетика, очевидно, представляет собой перспективное направление развития. Следовательно, если строить экономику и инфраструктуру на основе изучения всех описанных выше возможностей и дальнейшего накопления экологических знаний - в частности, в области водородной энергетики, можно говорить об обеспечении, устойчивого развития, столь востребованного современным обществом. Осмысление этого должно стать одной из основных задач современного экологического образования, а освещение методов получения, хранения и использования водорода - одной из обязательных составляющих современного курса экологии.
ЛИТЕРАТУРА
1. Садыхова Л.Г. Философия образования: проблема профессионализма и долгосрочных перспектив/
Л.Г. Садыхова// Надежность и качество-2007: Тр. междунар. симп.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова.
Пенза: Изд-во ПГУ, 2007. - Т. 1. - С. 96-98.
2. Садыхова Л.Г. Модели и перспективы университетского образования: историко-философские и
лингво-культурологические аспекты /Л.Г. Садыхова// Надежность и качество-2005: Тр. междунар.
симп.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. Пенза: Изд-во ПГУ, 2005. - Т. 1. - С. 92-93.
3. Садыхова Л. Г. Language of Science and Informational Technologies/ Л.Г. Садыхова// Надежность и качество-2005: Тр. междунар. симп.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. Пенза: Изд-во ПГУ,
2005. - Т. 1. - С. 230-231.
4. Садыхова Л.Г. Технология коммуникации и эпистемология культуры через театральные парадигмы/
Л.Г. Садыхова// Надежность и качество-2 013: Тр. междунар. симп.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова.
Пенза: Изд-во ПГУ, 2013. - Т. 2. - С. 339.
5. Садыхова Ж.И. Экологизация экономики - путь к устойчивому развитию/ Ж.И. Садыхова// Надежность и качество-2009: Тр. междунар. симп.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. Пенза: Изд-во ПГУ,
2009. - Т. 2. - С. 300-301.
6. Садыхова Ж.И. Экологическое образование для всех/ Ж.И. Садыхова// Надежность и качество-2010: Тр. междунар. симп.: в 2 т./ под ред. Н.К. Юркова. Пенза: Изд-во ПГУ, 2010. - Т. 2. - С.
308-309.
7. Попель О. С., Туманов В. Л. Возобновляемые источники энергии: состояние и перспективы развития// Межд. научн. журн. "Альтернативная энергетика и экология" (АЭЭ) . - № 2 (46) . - 2007. -С . 135-148.
8. Дмитриев А.Л., Иконников В.К., Никифоров Б.В. Энергетическая установка для подводной лодки. Патент на изобретение. РФ № 2236984, приоритет от 02. 10. 2003.
9. Шейдлин А.Е., Жук А.З. Концепция алюмоводородной энергетики// Росс. хим. журн., 2006. Т. L. - № 6. - С. 105-108.
10. Дмитриев З.А., Прохоров Н.С., Гришин В.Г. Гибридная энергоустановка для хранения и получения водорода// Альтернативная энергетика и экология. - 2004. - № 3. - С. 28-31.
11. Иконников В.К., Рыжкин В.Ю., Румянцев А.И., Харченко С.С. Установка непрерывного получения водорода путем гидротермального окисления промышленных порошков алюминия// Материалы второй Росс. конф. "Физические проблемы водородной энергетики", С-Пб., 21-23 ноября 2005.
12. Шейдлин А.Е. Проблемы новой энергетики. М: Наука, 2006.
13. Степанович А. Альтернативная энергетика - думая о будущем планеты Земля// Сб. док. и материалов шестого межд. симпозиума МИРЭА, Москва, 6 ноября 2009. М.: Изд-во МИРЭА, 2009. - С.113.
