В США область научных исследований и разработок получила устойчивое наименование R&D (Research and Development). Этим словосочетанием называют целый сектор экономики, где новейшие научные исследования находят практическое применение в технике, как говорится, не отходя от кассы. Этот сектор экономики активно субсидируется правительством Соединенных Штатов. Благодаря R&D зарождаются новые отрасли промышленности, создаются новые рабочие места, изыскиваются пути решения глобальных задач. Когда-то такой задачей была гонка космических технологий, а сегодня – контроль изменений климата на планете.
«Чистая» энергия еще никогда не становилась такой дешевой как сейчас. Это стало возможным благодаря финансовым вливаниям, которые питали сектор R&D в последние десятилетия. Достижения, конечно, впечатляющие, однако этого еще не достаточно, чтобы решить климатические проблемы в долгосрочной перспективе. Проще говоря, с помощью существующих технологий не остановить изменения климата.
Департамент Энергетики США поддерживает сеть из 17 лабораторий – научных центров, где были задуманы самые мощные лазеры, самые быстрые компьютеры и наиболее совершенные ускорители частиц. Учреждения занимающиеся R&D создали основу для снижения затрат на оплату счетов за электроэнергию. С их помощью были снижены выбросы углеродов, а это дает всем нам шанс на лучшую жизнь.
СОЛНЕЧНЫЕ ПАНЕЛИ
Бум в «солнечной» энергетике отнюдь не случайность. С тех пор как в 1994 году исследователям удалось достигнуть 30% эффективности трансформации солнечной радиации в электроэнергию, лаборатории продолжали стремиться к новым рекордам, постоянно совершенствуя технологии. Сегодня максимальный коэффициент эффективности составляет 40.8 % (этот рубеж был взят в 2008 году). Прорывные технологии позволили снизить стоимость ФВ систем и подстегнули рост целой отрасли, вызвав тем самым интерес частных инвесторов к «зеленым» источникам энергии.
ЛИТИЙ-ИОННЫЕ БАТАРЕИ
Литий-ионные батареи, разработанные в Национальных Лабораториях, работают в электронных системах и электромобилях. Например, автомобиль Chevy Volt питает батарея, созданная на основе катодов прогрессивной конструкции, работы над которыми велись с 2002 по 2010 годы в Аргоннской Национальной Лаборатории (ANL). Недавно несколько лабораторий, получившие название Joint Center for Energy Storage Research (объединенный центр исследований по накоплению энергии) объединили свои усилия, чтобы дать толчок развитию передовых технологий, которые позволят создать по-настоящему революционные батареи, которые выведут хранение энергии с последующей передачей ее по сети на новый уровень.
LED ТЕХНОЛОГИИ
С 2000 года Департамент Энергетики сотрудничал с промышленным сектором в разработке и внедрении светодиодных (LED) ламп. В результате эти светильники прошли путь от недоработанных экспериментальных устройств до товара массового потребления. В 2011 году компания Philips Lighting North America была удостоена первого приза Департамента Энергетики – L Prize. Конкурс был задуман, чтобы подстегнуть развитие сверхэффективных полупроводниковых светильников, которые должны вытеснить с рынка традиционные лампы. Вручение Philips такой престижной награды побудило других участников рынка стремиться к новым высотам. Сегодня светодиодные лампы в 6 раз эффективней ламп накаливания, и с момента изобретения их цена снизилась на 85%.
ВЕТРЯННЫЕ ТУРБИНЫ
Специалисты R&D в Национальной Лаборатории по Возобновляемой Энергетике (National Renewable Energy Laboratory) внесли свой вклад в широкое распространение ветротурбин. Исследования, на основании которых постоянно совершенствовались формы лопастей турбин значительно повысили эффективность ветряков, что привело к их удешевлению на 80% за последние 30 лет. Компании со всего мира пользуются наработками Национального Центра Ветряных Технологий (National Wind Technology Center), внедряя инновационные решения. К примеру, современные композитные материалы сделали возможным изготовление самых больших ветротурбин, а 3D принтеры позволяют изготавливать детали турбин по рекордно низкой стоимости.
СУПЕР ГРУЗОВИКИ
В 2010 году Департамент Энергетики поставил задачу сконструировать грузовик для дальних перевозок, который сделал бы перевозки на 50% более эффективными. Грузовики в США перевозят более 80% всех грузов по стране; на их заправку расходуется 20% всего топлива потребляемого для перевозок. Поэтому даже небольшой процент увеличения эффективности приносит гигантскую выгоду. Компании Daimler Trucks North America удалось построить грузовик марки Freightliner который перевозит грузы на 115% эффективней обычных грузовиков. И это уже на первом этапе конкурса! Остальные претенденты горят желанием достичь или превысить показатель эффективности, установленный Департаментом Энергетики.
SMART GRID ТЕХНОЛОГИИ
Департамент Энергетики США стремиться сделать сеть электроснабжение сетью 21 века. В рамках программы Департамента по стране были установлены миллионы «умных» счетчиков, которые обеспечивают двустороннюю связь между потребителями и коммунальными компаниями. «Синхрофазеры», разработанные в одной из Национальных лабораторий дают сетевым компаниям картину происходящего в электросети практически в режиме реального времени. С помощью этих устройств сеть становится более экономичной с меньшим числом перебоев энергоснабжения. Сегодня исследователи в 14 национальных лабораториях работают над тем, чтобы сеть могла оперировать возрастающим числом независимых ВИЭ, а также повысить безопасность сети и максимально снизить опасность хакерских атак.
ХОЛОДИЛЬНИКИ
Несмотря на то, холодильники получают все большее распостранение, а их функциональность растёт, сегнодня они стали потреблять на 25 процентов меньше. Все началось с инновационного компрессора, разработанного Oak Ridge National Laboratory и Columbus Products Company в 1980 году. Новый эффективный компрессор помог снизить потребителям затраты на электроэнергию на $ 6 млрд уже в 90-е годы годы прошлого века. Это стимулировало тренд на повышение энергоэффективности, который мы наблюдаем по сей день. На сегодняшний день более 100 миллионов холодильников в домах американцев используют усовершенствованные компрессоры, истоки инноваций которых берут своё начало в R&D конца 1970-х годов.
НЕЙТРАЛИЗАЦИЯ УГЛЕРОДА
Годы исследований в области улавливания и хранения углеводородов не прошли даром. Сегодня эта технология – важнейший инструмент в борьбе с изменениями климата. В 2015 году при поддержке Департамента Энергетики был реализован проект по временному хранению 10 млн. тонн углеводорода. Показав, таким образом, эффективность существующих технологий, Национальные лаборатории продолжили совершенствовать методики. Например, в прошлом году Национальная Технологическая Лаборатория разработала электрохимических процесс, в результате которого CO2 перерабатывается в топливо. В тоже время в другой Национальной лаборатории, действующей в городе Лоренс (штат Массачусетс) изобрели микрокапсулы, которые впитывают CO2 при помощи обычной пищевой соды.
ЯДЕРНАЯ ЭНЕРГИЯ
Департамент Энергетики берет свое начало от Комитета по Атомной Энергетике, основанного после Второй Мировой войны для поощрения развития мирного атома. Вот уже 65 лет со времен первых атомных реакторов и по сегодняшний день, когда действуют реакторы третьего поколения, Департамент Энергетики шагает в авангарде исследований и научных разработок. В США приблизительно 20% электроэнергии вырабатывается за счет атомных станций, и теперь одновременно в нескольких лабораториях страны идут работы по созданию улучшенных реакторов, а также небольших модульных реакторов.
