Исследование возможности использования естественного и техногенного электрического поля Земли в качестве источника энергии

Производство «чистой» энергии является актуальной задачей в связи с изменением климата Земли. В настоящее время используются автономные источники относительно малой мощности основанные на ветровой, солнечной и термоэлектрической технологиях. Мощность этих источников нестабильна, так как существенно зависит от климата и погодных условий. Кроме того, названные источники требуют заметных капиталовложений. Особенно это касается ветровых станций. В настоящее время, возрастает потребность в маломощных автономных источниках энергии, которые способны снабжать такие удаленные устройства, как различные сенсоры, даталоггеры и т.д., для питания которых достаточно мощности порядка милливатт и менее. Как правило для таких потребителей используют батареи и аккумуляторы, которые впоследствии должны быть утилизированы. В то же время в Земле существуют природные и техногенные электрические поля заметной напряженности. Природные поля (естественное электрическое поле, ЕП) возникают в результате течения подземных вод, градиента их солености и окислительно-восстановительных реакций на границах ионных проводников (горных пород) и электронных проводников или полупроводников (графита, некоторых окислов и сульфидов). В частности, в последнем случае электрический потенциал ЕП может достигать 1 вольта. Поля техногенного происхождения (блуждающие токи) возникают в результате катодной защиты металлических сооружений, заземления различных объектов, утечек от электрифицированных железных дорог и т.д. При этом образуются поля высокой напряженности, так как, например, потенциал между контактным проводом железной дороги и рельсом составляет единицы киловольт. Естественное и техногенное электрическое поле Земли является полностью возобновляемым и экологически чистым потенциальным источником электроэнергии. Цель настоящего проекта состоит в исследовании естественного и техногенного поля Земли как источников электроэнергии малой мощности. Наша группа имеет опыт исследования и развития поляризационных методов геоэлектрики (ЕП и вызванной поляризации) для решения задач гидрогеологии, геоэкологии и рудной геологии. Таким образом предложенная тематика является для нас новым направлением, в развитии которого будет использован опыт и наработки, полученные в предшествовавших исследованиях. Насколько нам известно, до настоящего времени электрические поля Земли не рассматривались в качестве источника электроэнергии. Исследования будут основаны главным образом на численном моделировании электрического поля. При этом основное внимание будет уделено трем потенциальным источникам энергии: естественному полю электрокинетической природы, возникающему вокруг откачивающих водозаборных скважин, естественному полю электрохимического происхождения при наличии электронных проводников и антропогенному полю утечек заземления. Численное моделирование будет реализовано на основе программы GWF-GEM разработанной ранее в рамках предшествовавших проектов для исследования поля электрокинетической природы. При этом программа будет модифицирована для вычисления естественного поля электрохимической природы и поля утечек заземлений. Наряду с распределением потенциала (как это делается обычно при вычислении ЕП) будут вычислены значения тока при различной конфигурации заземления электродов, что позволит оценить мощность, которую можно получить на основе электрического поля Земли. На завершающем этапе проекта мы планируем физический эксперимент в лабораторных или полевых условиях для проверки результатов численного моделирования.