В период «зеленого» перехода прогнозируется кратное увеличение спроса на полимеры. С их помощью удается производить новые генераторы «чистой» энергии, снижать потребление топлива и не только. Рассказываем о функциях полимерных материалов в глобальном энергопереходе.
В последние годы в новостях чаще стали появляться заголовки об аномальной жаре или осадках, засухах и потопах. Не замечать эти климатические явления стало практически невозможно. Именно в такие периоды активизируются дискуссии о необходимости «зеленого» энергоперехода, чтобы снизить влияние быстрых климатических изменений и ограничить дальнейшее повышение температуры. Переход подразумевает отказ от ископаемых видов топлива в пользу более экологичных источников энергии, таких как солнечная, ветровая и низкоуглеродная (атомная, гидро).
Реализация такого перехода требует существенного прогресса способов получения, хранения и использования энергии. Во всех этих направлениях важную роль играют полимерные материалы, с помощью которых производятся традиционные и новые генераторы чистой энергии, снижается потребление топлива в транспорте, обеспечивается тепло- и электроизоляция, а также хранение энергии в инновационных батареях.
Полимеры для чистой энергии
Ветряки и солнечные панели – это первое, что мы представляем, когда думаем об экологичном будущем. И неслучайно развитие технологий и масштабирование производства позволило снизить стоимость электроэнергии, полученной с помощью таких генераторов, на целый порядок за десять лет, хотя даже мировые агентства прогнозировали более консервативный прогресс.
В случае с ветрогенераторами ключевую роль в повышении эффективности играет применение композитных материалов из стекловолокна и пластиков. Они отличаются высокой прочностью, жесткостью и малой массой. Часто такие композиты прочнее и легче стали, что позволяет производить лопасти большего размера облегченного дизайна. Это значительно улучшает аэродинамику и эффективность ветряных турбин, не увеличивая нагрузку на крепления.
Помимо этого, такие лопасти обеспечивают долгий срок службы и возможность дальнейшей переработки
Использование полимеров в солнечной энергии позволяет существенно расширить область применения солнечных панелей. В отличие от ставших уже традиционными кремниевых моделей, полимерные аналоги отличаются гибкостью и меньшим весом. Такие характеристики не только облегчают транспортировку, но и делают возможным установку на сложных и неровных поверхностях, от крыш жилых домов до портативных солнечных зарядных устройств. Установить такую панель можно даже на крышу автомобиля, что снижает зависимость от инфраструктуры электрических зарядок, повышает автономность и радиус возможных путешествий у электрических и гибридных моделей транспорта.
Новые полимерные фотоэлементы, которые преобразуют солнечную энергию в электрическую, снижают также затраты на производство панелей, что делает их более доступными для населения. Тонкие пленочные модели дешевле кремниевых на 30%. Установка таких моделей может предоставить возможность пользоваться электричеством людям, которые живут без доступа к нему. По данным на 2022 год, это более 700 млн человек по всему миру.
Поликарбонаты, ПЭТФ, и поливинилвторид – те самые полимеры, которые играют ключевую роль в трансформации солнечной энергетики
Полимеры для хранения энергии
Стоит отметить, что «зеленый» энергопереход не означает снижения производственной активности или комфорта и уровня жизни населения. Ключевым его аспектом является отвязка (decoupling) экономического роста от роста выбросов парниковых газов, негативно влияющих на климат.
При этом энергия из возобновляемых источников зависит от погодных условий и может как превышать спрос и потребности регионов выработки, так и быть в дефиците в определенные периоды. Именно поэтому развитие технологий хранения и перераспределения энергии является неотъемлемой частью энергетического перехода. В то же время растущий спрос на никель, кобальт, литий и другие минералы и металлы, которые необходимы для производства традиционных электрических батарей, ставят под угрозу экологическое и социальное благосостояние стран, в которых сосредоточены запасы этих веществ.
Конкурентами на данном рынке могут стать батареи на основе пластиков. Традиционные виды пластиков не проводят ток, однако модифицированные полимеры p- и n-типов отлично справляются с этой функцией и могут применяться как для производства фотоэлементов нового поколения, так и для электрических батарей. Разработчики таких накопителей заявляют, что их продукт безопаснее традиционных литий-ионных аналогов, а также превосходит их по количеству циклов перезарядки: 12 тыс. циклов вместо 5 тыс. Помимо этого, срок службы устройств должен составить 50 лет с возможностью вторичной переработки после окончания эксплуатации.
Полимеры для повышения энергоэффективности
Помимо генерации и накопления чистой энергии, для устойчивой модели экономики и выполнения климатических целей, принятых глобальными соглашениями, необходимо повышать эффективность использования полученной энергии.
Наибольшим потенциалом в этом направлении обладает отрасль строительства и уже построенной недвижимости. Модернизация технических систем в зданиях и улучшение теплоизоляции могут снизить их энергозатраты почти на 40%, а хорошо изолированное здание может удерживать комфортную температуру на протяжении нескольких дней, даже если шторм оборвет линии электропередач.
Полимерная теплоизоляция из полистирола или полиуретана, помимо основной функции, обладает отличными свойствами звукоизоляции, а также не пропускает влагу. Рукава из полимерной пены помогают устранять утечки тепла на трубопроводах. Они легко монтируются, не подвержены коррозии и служат до десяти лет. А «умные» стеклопакеты, в составе которых применяются полимерно-кристаллические пленки, удерживают тепло и прохладу и вдобавок обеспечивают приватность за счет управляемого включения непрозрачного режима.
Для транспортной отрасли, в особенности для морского и авиационного направлений, в которых переход на низкоуглеродные виды топлива технологически и экономически сложен, важно снижение собственного веса судна и энергопотребления. Одним из решений является производство облегченных элементов интерьера и отдельных элементов корпуса из разных видов пластиков. За счет снижения веса транспортного средства на 10% можно сэкономить 6–8% топлива, что, в свою очередь, сокращает выбросы парниковых газов. Помимо этого, энергозатраты при производстве самих полимерных материалов ниже, чем у металлических, что влияет на общий экологический след транспорта.
Кроме того, с развитием технологий вторичной переработки возможным становится замещение первичного топлива из нефтепродуктов на синтетические аналоги, полученные с помощью термической утилизации полимерных отходов. Такой подход позволяет вернуть в производственный цикл невостребованные виды отходов и сократить использование ресурсов и энергии, необходимых для первичного производства.
