Метановые дамбы извлекут энергию придонной воды

В пресловутом глобальном потеплении чего только не обвиняли. Про выбросы тепловых электростанций и автомобилей не знает только ленивый. Но вот о вкладе в парниковый эффект чистых, вроде бы, гидроэлектростанций — известно не всем. Между тем, как оказалось, этот загадочный недостаток ГЭС можно обратить в дополнительную энергию.

Большие и не очень гидроэлектростанции вносят большой вклад в энергетику планеты.

 

 

Но, как выясняется, не только в энергетику. Гидроэлектростанции выпускают в воздух метан, растворённый в воде. А метан — в 20 раз более сильный парниковый газ, чем газ углекислый.

Метан вырабатывается бактериями на дне рек и озёр в тех местах, где есть органика, но мало кислорода. Понятно, что количество метана в воде может сильно варьироваться в зависимости от местных условий (растительности в воде, её температуры, формы бассейна, глубины и многих других параметров). Но, скажем, в водоёмах тропических районов Бразилии выработка эта очень и очень значительна.

Плотина Тукуруи (Tucurui) на реке Токантинс — одна из крупнейших ГЭС Бразилии (фото с сайта spcom.eng.br).

Казалось бы, человек на такие процессы мало влияет. Но в той же Бразилии львиная доля электричества вырабатывается на ГЭС. И, как говорят критики данной технологии, иные большие плотины выбрасывают в атмосферу больше парниковых газов (в пересчёте с метана на CO₂), чем выбрасывала бы тепловая электростанция той же мощности. Потому, говорят специалисты, большие ГЭС в тропиках вредны для окружающей среды (традиционные для всех ГЭС проблемы, связанные с затоплением лесов при возведении плотины мы не рассматриваем).

Как происходит выброс метана? Трубы, подводящие воду к турбинам ГЭС, забирают её примерно у основания водохранилища. А именно в нижней части этого колоссального массива воды растворено больше метана. После прохождения турбин, уже за плотиной, вода эта оказывается на широком открытом пространстве. Давление резко падает и происходит то же, что и при открытии бутылки с газировкой — растворённый газ выбрасывается в воздух.

	Гидроэлектростанция Итапу (Itaipu) на реке Парана принадлежит Бразилии и Парагваю. Это самая большая ГЭС в мире, её мощность составляет 14 гигаватт. Данная ГЭС обеспечивает 95% потребляемой энергии в Парагвае и 24% в Бразилии (фото Itaipu Binacional).

Теперь бразильские учёные придумали, как одним выстрелом убить двух зайцев — и парниковые выбросы ГЭС обуздать, и получить даровую дополнительную энергию.

Необычную идею развивают Фернандо Рамос (Fernando Ramos) из объединённой лаборатории вычислений и прикладной математики (Laboratório Associado de Computação e Matemática Aplicada) бразильского национального института космических исследований (INPE) и его коллеги по институту.

Они предлагают возвести перед плотиной стальную мембрану, расположенную под углом ко дну и не доходящую до поверхности воды. Она направляла бы к турбинам верхний слой воды в водохранилище, блокируя донные слои, богатые метаном.

Разумеется, расход воды через ГЭС не должен упасть. Потому "нижняя" вода не просто задерживается. Специальный насос с водозаборником вблизи дна должен откачивать богатую метаном воду наверх — в специальное плавающее устройство для отделения метана.

Оно представляет собой закрытый в корпусе ротор, который будет разбивать воду на капли. Из них должен быстро выходить метан. Его будут откачивать в резервуары и, в конечном счёте, сжигать в теплоэлектростанции, которую должны возвести рядом с ГЭС.

Освобождённую же от метана воду выпустят в основной, верхний поток и далее, как обычно, она будет крутить турбины ГЭС.

Схема системы захвата речного метана: 1 — Плотина ГЭС, 2 — заякоренный стальной барьер, 3 — забор воды с растворённым метаном, 4 — система извлечения метана, 5 — буи (иллюстрация с сайта news.bbc.co.uk).

Разумеется, от сжигания метана будет образовываться углекислый газ. Но он не даёт такого мощного парникового эффекта, как сам метан, который иначе просто был бы выпущен в атмосферу. Только с вредом, без всякой пользы. А так он даст прибавку в мощности электростанции, что для сохранения природы (в плане сокращения потребления нефтяного топлива, к примеру) — тоже плюс.

К тому же, следует помнить, что речной метан имеет биологическое происхождение и фактически углекислый газ, получающийся при его сжигании — тот газ, что ранее забрали из атмосферы растения. Так что баланс этого парникового газа даже не нарушается.

Специалисты INPE посчитали, что большие плотины ГЭС во всём мире ежегодно выбрасывают метан эквивалентный по парниковому эффекту приблизительно 800 миллионам тонн углекислого газа. Это значительно больше, чем, к примеру, годовой выброс CO₂ такой страны, как Великобритания.

Сейчас у Бразилии имеются обширные планы по возведению ряда новых ГЭС на своих реках. Надо ли пояснять, что вопрос с метаном и глобальным потеплением — один из пунктов, за который цепляются противники строительства новых плотин.

Тут-то и поможет проект от INPE. Его учёные оценили, что некоторые ГЭС страны, питающиеся водой особо богатой метаном, могли бы при помощи системы захвата метана увеличить производство электричества на 50%. И даже если эта цифра — теоретический предел, попробовать стоит. Ведь сама технология, в общем-то, проста.

Возможно, скоро в музеях и технических энциклопедиях гидроэлектростанции удалят из раздела экологически чистых источников энергии. А позже — вернут на место (фото с сайта riverheritagemuseum.org).

Вот бразильцы и намерены попробовать. Для начала — показав работу опытного образца системы. Это должно произойти позднее в нынешнем году. К примеру, учёные уверены, что метановая тепловая станция произведёт энергии больше, чем будет потрачено для работы системы захвата метана (водяные насосы и прочее). Но кто знает, что получится в реальности?

Правда, бразильские специалисты придумали ещё один хитрый ход — извлекать метан можно было бы, преимущественно, ночью, когда потребление электричества снижено, и мощности ГЭС становятся попросту избыточными. Избыток направляли бы на работу водяных насосов и роторов системы. А сжигать газ можно было бы днём — во время пика энергопотребления.

Доктор Рамос говорит: "Мы не можем отвернуться от этой проблемы. Фактически, лучше сегодня признать, что есть проблема, и использовать этот даровой метан, чтобы производить энергию".

Этот проект — далеко не первый, пытающийся примирить существующие технологии выработки электроэнергии с растущими требованиями к экологической чистоте данной отрасли. Только, полагаем, как и во многих других случаях, массовое распространение эта технология получит лишь в том случае, если помимо "зелёного" эффекта будет выгодна в финансовом плане. А это можно будет доказать лишь на опыте.

Статья о науки и техники получена: Membrana.ru