Химия человека. Как железо помогает нам дышать, калий – видеть, и другие секреты периодической таблицы - Анья Рёйне

Но, если вся Европа зависит от испанского ветра, а ветер в Испании достигает такой силы, что сдувает опоры линий электропередач, возможно, погаснет свет на улицах Осло. Чтобы система не оказалась чересчур уязвимой, нужны запасы энергии, которыми можно будет воспользоваться, если упадут поставки. Как это сделать?

Благодаря гидроэнергетике мы можем сделать огромные запасы энергии. Включать и выключать гидроэлектростанцию можно когда угодно, а еще ее можно направить в обратную сторону[271]. Нужны лишь большие насосы и трубы, а такие установки существуют много где в мире, в том числе и в Норвегии. Когда дуют слишком сильные ветры, часть энергии от ветряных мельниц можно направить на закачку воды в резервуар, расположенный за плотиной. Там она и останется, пока ветер не стихнет и жители города не придут домой. Когда поставят заряжаться все электромобили, откроется вентиль – вода течет по турбинам и производит электричество. Не так уж невероятна мысль, что в будущем для Европы Норвегия сыграет роль батареи[272].

Ведь лучших результатов мы достигаем благодаря сочетанию различных систем. Энергию можно сохранить в форме движения в так называемых маховиках – массивных кольцах, которые вращаются в безвоздушном пространстве, а в воздухе держатся благодаря магнитам – энергия от трения не теряется[273]. Или сохранить ее в виде тепла: избыточная энергия тратится на нагревание расплавленной соли до нескольких сотен градусов[274]. Кроме того, чтобы хранить и перемещать энергию, можно воспользоваться батареями и водородом – например, в тех случаях, когда энергия нужна нам для перемещения нас самих и наших вещей. За исключением отдельных поездов и трамваев, наш транспорт зависит от системы, способной высвобождать энергию для двигателя без подсоединения к электросети.

Бензин отлично подходит для транспорта. Перемещаясь, мы сжигаем бензин, а когда мы выключаем двигатель, энергия остается в бензобаке до следующей поездки.

Моей машине бензин не нужен. Свою энергию она хранит в батарее. По аналогии с нефтью и бензином, батарея хранит энергию, сжимая атомы, вполне готовые образовать друг с другом связи. Энергия высвобождается, когда им дают возможность вступить в реакцию с теми элементами, которые им больше нравятся. Из всех имеющихся у нас на выбор элементов наиболее охотно отдает свои электроны литий. Благодаря этому огромное количество энергии передается во время химических реакций, в которых принимает участие литий, а так как литий – легкий элемент, лучшие на сегодняшний день батареи делаются на основе лития – их называют литий-ионными батареями. Атомы называют ионами, когда у них не столько же электронов, сколько протонов в ядре, а во время химических реакций в батарее литий постоянно сохраняет дополнительные электроны.

Литий – довольно распространенный в земной коре элемент, однако в минералах он встречается весьма редко. Сегодня почти половина всего лития в мире добывается из породы в Австралии, а оставшаяся половина – из морской воды в Аргентине и Чили. По оценкам, при современных темпах производства запасов лития хватит на 1200 лет, однако по-прежнему необходимо провести немало исследований, чтобы обнаружить лучшие месторождения лития и найти наиболее эффективный способ добычи[275].

В заряженной литиевой батарее ионы лития образуют связи с углеродом. Когда я завожу свой электромобиль, я разрешаю ионам лития переместиться от углерода к кобальту. Так как кобальт и литий – очень хорошие друзья, во время этого процесса выделяется много энергии[276]. Кобальт – дорогостоящий элемент, и хорошо бы заменить его чем-то менее редким, но его свойства столь уникальные, что найти ему более удачную альтернативу сложно.

Вокруг добычи кобальта тоже ходит дурная слава. Сегодня почти половина кобальта поступает на мировой рынок из Конго – значительную его часть добывают очень примитивными методами[277]. Примерно 100 000 работников – многие из них дети – выкапывают кобальт лопатами и кирками, никаких мер безопасности нет, в тоннелях, расположенных на глубине десятков метров под землей. Мне не нравится мысль, что подобным образом сделали и мою машину.

Между подзарядками батареи я могу довольно долго ехать на своей машине, а поэтому машина весьма тяжелая. Килограмм батарей содержит намного меньше полезной энергии, чем килограмм бензина. Так как атомы углерода такие мелкие и легкие и их связывают друг с другом прочные связи, из одного килограмма молекул углерода высвобождается очень много энергии. А поскольку энергия из бензина высвобождается в тот момент, когда углерод вступает в реакцию с кислородом – а он повсюду в воздухе вокруг нас, – нам не нужно занимать место и брать с собой кислород в топливном баке. В моей машине со мной едут и углерод, и кобальт. Если исследователям удастся сделать батареи, в которых литий реагирует с содержащимся в воздухе кислородом вместо кобальта в твердой форме, возможно, в килограмме батарей окажется почти столько же энергии, сколько в килограмме бензина[278]. Тогда грузоподъемность и дальность перевозок электрических самолетов и грузовиков и без кобальта окажутся такой же, как у современных версий с использованием ископаемых.