О создании компьютеров на основе молекул ДНК говорят уже очень давно. Прорыв произошел в 1994 году, когда американский ученый Леонард Адельман с помощью именно такой машины решил так называемую "задачу коммивояжера". Этим термином математики окрестили любопытную теоретическую проблему - как следует действовать некоему идеальному коммивояжеру, чтобы объехать всех клиентов с наименьшими затратами времени. Профессор Адельман позже использовал результаты, полученные в ходе этого теоретического исследования, в работах над системой шифрования данных в интернете. Уже тогда, в 1994 году, он говорил, что работать с компьютерами на базе ДНК куда удобнее, чем с обычными машинами. Они способны хранить огромные массивы информации. Плотность размещения данных в таких машинах примерно в 100 тысяч раз выше, чем на обычном жестком диске. Более того, что бы там ни говорили программисты Microsoft, обычный компьютер не в состоянии делать несколько дел одновременно. Он решает задачи поочередно - но очень быстро, настолько быстро, что пользователи этого даже не замечают. Молекулы ДНК работают "в команде". Именно они обладают истинной многозадачностью, над достижением которой так давно бьются лучшие компьютерные умы планеты. Профессор Шапиро и его команда, впрочем, говорят, что подошли к проблеме создания ДНК-компьютера совсем не так, как доктор Адельман. Прежде всего, это объясняется тем, что они ставили себе совсем другие цели.
Израильтяне не решали абстрактные математические задачи. Они пытались построить компьютер, который был бы способен работать с природной информацией, которая зашифрована в молекулах ДНК. Специалисты говорят, что достижения доктора Шапиро - огромный шаг на пути к решению этой проблемы. Исследования в области создания ДНК-компьютеров начались, когда ученые заметили поразительное сходство между тем, как работает ДНК и тем, как могла бы быть устроена идеальная вычислительная машина - так называемая машина Тюринга. Профессор Шапиро говорит: "Машина Тюринга должна воспринимать информацию и хранить ее в виде цепочки символов. Так же ведет себя и живая ДНК". Пока что израильтяне создали лишь один из вариантов машины Тюринга. Их нанокомпьютер работает лишь с двумя символами - так же, как и обычные ЭВМ, оперирующие понятиями "логический ноль" и "логическая единица". Конечная задача израильских ученых - расширить список доступных их машине понятий.
Если строго подходить к определению возобновляемых источников электроэнергии, то основным источником первичной энергии на Земле является Солнце, поскольку и движение атмосферного воздуха (ветер), и морские течения, и движение волн, и таяние льдов, и производство биомассы есть естественные преобразования солнечной энергии. Человечество научилось использовать эту естественным образом преобразованную энергию солнца в своих целях для получения электрической энергии с помощью ветроэнергетических установок, морских и волновых электростанций, электростанций на биомассе, и т.п.
Но традиционно в возобновляемой электроэнергетике солнечной энергией мы называем получение электричества либо в теплосиловых установках, где тепло от сгорания топлива заменяется потоком концентрированного солнечного излучения, либо в установках прямого преобразования солнечного излучения с помощью полупроводниковых фотоэлектропреобразователей. Причем специалисты утверждают, что системы прямого преобразования энергии Солнца в электрическую представляются наиболее перспективными и доступными из всех видов возобновляемых источников.
В конце 70-х - начале 80-х годов в разных странах мира было построено семь пилотных солнечных электростанций (СЭС), так называемого башенного типа с уровнем мощности от 0,5 до 10 МВт. Самая крупная СЭС мощностью 10 МВт (Solar One) была построена в Калифорнии. Эти СЭС были построены по одному принципу: поле размещенных на уровне земли зеркал-гелиостатов, следящих за солнцем, отражает солнечные лучи на приемник-ресивер, установленный на верху достаточно высокой башни. Ресивер представляет собой солнечный котел, в котором производится водяной пар средних параметров, направляемый потом в стандартную паровую турбину.
Существуют и другие проекты, в которых используется гибридная солнечно-топливная СЭС, мощностью 30 МВт с объемным ресивером, в котором подогревается атмосферный воздух, направляемый затем в паровой котел, где производится водяной пар, работающий в цикле Ренкина. На тракте воздуха от ресивера к котлу предусматривается горелка для сжигания природного газа, количество которого регулируется таким образом, чтобы в течение всего светового дня поддерживать заданную мощность. При этом стоимость электроэнергии вырабатываемой СЭС ожидалась на уровне ТЭС на органическом топливе.
В 90-ые годы в мире повысился интерес к фотоэлектрическим установкам (ФЭУ), непосредственно преобразующим солнечную радиацию в электроэнергию. Правда, стоимость электроэнергии, вырабатываемой фотоэлектрическими установками на сегодня в несколько раз выше, чем СЭС с тепловым циклом, но тем не менее ФЭУ активно внедряются как в развитых, так и в развивающихся странах при активной поддержке международных организаций, в том числе Мирового банка на основе выдвинутой им "Солнечной Инициативы".
Интерес к ФЭУ увеличивается еще и потому, что динамика изменения их технико-экономических показателей позволяет прогнозировать их конкурентоспособность по сравнению с другими источниками электроэнергии для ряда областей применений.
Основные мировые производители фотоэлектрической продукции изготавливают солнечные элементы в основном из кристаллического (моно-, поли-) кремния, аморфного кремния, CdTe, CuZnSe и других тонкопленочных структур. Соотношение объемов выпуска таково: кристаллический кремний - 75%, аморфный кремний - 20%, другие - 5%.
Массовое производство ФЭС связано с созданием технологий и материалов, позволяющих снизить стоимость установленной мощности примерно в 2-3 раза. Принципиальным ограничением для такого снижения стоимости является высокая цена кремния солнечного качества. В настоящее время для получения чистого кремния используется хлорсилановая технология производства, разработанная около 35 лет назад и имеющая много отрицательных моментов, в том числе высокую энергоемкость, низкий выход кремния и экологическую опасность. Поэтому создание новых технологий получения кремния, обеспечивающих радикальное снижение его стоимости - задача номер один в перечне альтернативных технологий в энергетике.
Подобные технологии стали создаваться и в России. Напомним, что научные и технологические позиции нашей страны в области фотоэлектричества при активной поддержке государства оставались лидирующими до 80-х годов. К сожалению в начале 90-х эта поддержка свелась к нулю и, в первую очередь, это коснулось наземной фотоэнергетики, то есть той сферы, где существует рынок. Несмотря на то, что в России есть компании-производители фотоэлектрических систем, можно смело утверждать, что рынок фотоэнергетики в России отсутствует. Однако наши фотоэлектрические модули востребованы за рубежом. Отечественным производителям даже реклама не нужна. У некоторых из них мощности на несколько лет вперед загружены заказами от иностранных компаний.
Между тем полное количество солнечной энергии, поступающей на поверхность Земли, превышает энергию всех мировых запасов нефти, газа, угля и урана и других энергетических ресурсов, а в России с этим еще лучше: солнечная энергия, поступающая за неделю на территорию нашей страны, превышает энергию всех российских ресурсов нефти, угля, газа и урана. Поэтому солнечная энергия может стать энергетической основой и первичным источником энергии будущего устойчивого развития экономики для некоторых регионов России. Отметим наиболее благоприятные районы для использования солнечной энергии в России - это Северный Кавказ, Астраханская область, Калмыкия, Тува, Бурятия, Читинская область, Дальний Восток.
Существует два основных способа сооружения СЭС (использующих термодинамическое преобразование солнечной энергии).
Из солнечной энергии методом термодинамического преобразования можно получить электричество практически так же, как и из других источников энергии, однако, солнечное излучение, падающее на землю, обладает рядом характерных особенностей:
1. низкой плотностью потока энергии;
2. суточной и сезонной цикличностью
3. зависимостью от погодных условий.
Поэтому при термодинамическом преобразовании этой энергии в электрическую следует стремиться к тому, чтобы применение тепловых режимов не вносили серьезных ограничений работы системы и, чтобы не возникало трудностей, связанных с ее использованием, т.е. подобная система должна иметь аккумулирующие устройства для исключения случайных колебаний режимов эксплуатации или обеспечение необходимого изменения производства энергии во времени.
Термодинамический преобразователь солнечной энергии должен содержать следующие компоненты:
1. систему управления падающей радиации,
2. приемную систему, преобразующую энергию солнечного излучения в тепло, которое передается теплоносителю,
3. систему переноса теплоносителя от приемника к аккумулятору или к одному или нескольким теплообменникам, в которых нагревается рабочее тело,