Nu este un secret pentru nimeni că resursele folosite de omenire astăzi sunt limitate, în plus, extragerea și utilizarea lor ulterioară poate duce nu numai la energie, ci și la dezastru de mediu. Resursele folosite în mod tradițional de omenire – cărbune, gaz și petrol – se vor epuiza în câteva decenii, iar măsurile trebuie luate acum, în vremea noastră. Desigur, putem spera că vom găsi din nou un zăcământ bogat, la fel ca în prima jumătate a secolului trecut, dar oamenii de știință sunt siguri că astfel de zăcăminte mari nu mai există. Dar, în orice caz, chiar și descoperirea de noi zăcăminte nu va face decât să întârzie inevitabilul, este necesar să se găsească modalități de a produce energie alternativă și de a trece la resurse regenerabile, cum ar fi vântul, soarele, energia geotermală, energia de curgere a apei și altele, și împreună cu aceasta, este necesar să se continue dezvoltarea tehnologiilor de economisire a energiei.
În acest articol, vom lua în considerare unele dintre cele mai promițătoare, în opinia oamenilor de știință moderni, idei pe care se va construi energia viitorului.
Stații solare
Oamenii s-au întrebat de mult dacă este posibil să folosești energiasoarele pe pământ. Apa a fost încălzită sub soare, hainele și ceramica au fost uscate înainte de a fi trimise la cuptor, dar aceste metode nu pot fi numite eficiente. Primele mijloace tehnice care convertesc energia solară au apărut în secolul al XVIII-lea. Omul de știință francez J. Buffon a arătat un experiment în care a reușit să aprindă un copac uscat cu ajutorul unei oglinzi mari concave pe vreme senină de la o distanță de aproximativ 70 de metri. Compatriotul său, celebrul om de știință A. Lavoisier, a folosit lentile pentru a concentra energia soarelui, iar în Anglia au creat sticlă biconvexă, care, prin focalizarea razelor solare, a topit fonta în doar câteva minute.
Oamenii de știință naturii au efectuat multe experimente care au demonstrat că utilizarea energiei solare pe pământ este posibilă. Cu toate acestea, o baterie solară care ar transforma energia solară în energie mecanică a apărut relativ recent, în 1953. A fost creat de oameni de știință de la Agenția Națională Aerospațială a SUA. Deja în 1959, o baterie solară a fost folosită pentru prima dată pentru a echipa un satelit spațial.
Poate că chiar și atunci, realizând că astfel de baterii sunt mult mai eficiente în spațiu, oamenii de știință au venit cu ideea de a crea stații solare spațiale, deoarece într-o oră soarele generează la fel de multă energie ca întreaga umanitate. nu consumă într-un an, așa că de ce să nu folosești This? Care va fi energia solară a viitorului?
Pe de o parte, se pare că utilizarea energiei solare este o opțiune ideală. Cu toate acestea, costul unei uriașe stații solare spațiale este foarte mare și, în plus, va fi costisitor de exploatat. Asa detimp, când vor fi introduse noi tehnologii pentru livrarea mărfurilor în spațiu, precum și noi materiale, va deveni posibilă implementarea unui astfel de proiect, dar deocamdată nu putem folosi decât baterii relativ mici pe suprafața planetei. Mulți vor spune că și asta este bine. Da, se poate în condițiile unei case private, dar pentru alimentarea cu energie a orașelor mari, în consecință, fie sunt necesare multe panouri solare, fie o tehnologie care să le facă mai eficiente.
Latura economică a problemei este prezentă și aici: orice buget va avea de suferit foarte mult dacă i se încredințează sarcina de a converti un întreg oraș (sau o țară întreagă) la panouri solare. S-ar părea că este posibil să se oblige locuitorii orașelor să plătească niște sume pentru reechipare, dar în acest caz vor fi nemulțumiți, pentru că dacă oamenii ar fi fost gata să facă astfel de cheltuieli, ar fi făcut-o singuri de mult: toată lumea are ocazia să cumpere o baterie solară.
Există un alt paradox în ceea ce privește energia solară: costurile de producție. Transformarea directă a energiei solare în electricitate nu este cel mai eficient lucru. Până acum, nu s-a găsit o modalitate mai bună decât utilizarea razelor solare pentru a încălzi apa, care, transformându-se în abur, la rândul ei rotește un dinam. În acest caz, pierderea de energie este minimă. Omenirea vrea să folosească panouri solare „verzi” și stații solare pentru a conserva resursele de pe pământ, dar un astfel de proiect ar necesita o cantitate uriașă din aceleași resurse și energie „non-verde”. De exemplu, în Franța, a fost construită recent o centrală solară, care acoperă o suprafață de aproximativ doi kilometri pătrați. Costul construcției a fost de aproximativ 110 milioane de euro, fără a include costurile de exploatare. Cu toate acestea, trebuie avut în vedere faptul că durata de viață a unor astfel de mecanisme este de aproximativ 25 de ani.
Vânt
Energia eoliană a fost folosită și de oameni încă din antichitate, cel mai simplu exemplu fiind navigația și morile de vânt. Morile de vânt sunt încă folosite astăzi, în special în zonele cu vânt constant, cum ar fi pe coastă. Oamenii de știință propun în mod constant idei despre cum să modernizeze dispozitivele existente pentru conversia energiei eoliene, una dintre ele este turbinele eoliene sub formă de turbine în creștere. Datorită rotației constante, acestea ar putea „atârnă” în aer la o distanță de câteva sute de metri de sol, unde vântul este puternic și constant. Acest lucru ar ajuta la electrificarea zonelor rurale unde utilizarea morilor de vânt standard nu este posibilă. În plus, astfel de turbine ar putea fi echipate cu module de internet, care ar oferi oamenilor acces la World Wide Web.
Marea și valuri
Boom-ul energiei solare și eoliene se estompează treptat, iar alte energii naturale au atras interesul cercetătorilor. Mai promițătoare este utilizarea fluxurilor și refluxurilor. Deja, aproximativ o sută de companii din întreaga lume se confruntă cu această problemă și există mai multe proiecte care au dovedit eficiența acestei metode de exploatare.electricitate. Avantajul față de energia solară este că pierderile în timpul transferului unei energii la alta sunt minime: unda de marea rotește o turbină uriașă, care generează electricitate.
Proiectul Oyster este ideea instalării unei supape cu balamale pe fundul oceanului care va aduce apa la mal, transformând astfel o simplă turbină hidroelectrică. Doar o astfel de instalație ar putea furniza energie electrică unui mic microdistrict.
Deja, razele de mare amploare sunt folosite cu succes în Australia: în orașul Perth au fost instalate instalații de desalinizare care funcționează cu acest tip de energie. Munca lor permite să furnizeze aproximativ o jumătate de milion de oameni cu apă proaspătă. Energia naturală și industria pot fi, de asemenea, combinate în această industrie de producere a energiei.
Utilizarea energiei mareelor este oarecum diferită de tehnologiile cu care suntem obișnuiți să vedem în hidrocentralele fluviale. Adesea, centralele hidroelectrice dăunează mediului: teritoriile adiacente sunt inundate, ecosistemul este distrus, dar stațiile care funcționează pe razele de mare sunt mult mai sigure în acest sens.
Energie umană
Unul dintre cele mai fantastice proiecte de pe lista noastră poate fi numit utilizarea energiei oamenilor vii. Sună uimitor și chiar oarecum terifiant, dar nu totul este atât de înfricoșător. Oamenii de știință prețuiesc ideea cum să folosească energia mecanică a mișcării. Aceste proiecte sunt despre microelectronică și nanotehnologii cu consum redus de energie. Deși sună a utopie, nu există evoluții reale, dar ideea este foarteinteresant și nu părăsește mintea oamenilor de știință. De acord, foarte convenabile vor fi dispozitivele care, precum ceasurile cu înfășurare automată, vor fi încărcate din faptul că senzorul este trecut cu degetul sau din faptul că o tabletă sau telefon pur și simplu atârnă într-o geantă atunci când mergi. Ca să nu mai vorbim de hainele care, pline cu diverse microdispozitive, ar putea transforma energia mișcării umane în electricitate.
La Berkeley, în laboratorul lui Lawrence, de exemplu, oamenii de știință au încercat să realizeze ideea de a folosi viruși pentru a transforma energia presiunii în electricitate. Există și mecanisme mici, alimentate de mișcare, dar până acum o astfel de tehnologie nu a fost pusă în funcțiune. Da, criza energetică globală nu poate fi tratată în acest fel: câți oameni vor trebui să „potolească” pentru ca întreaga fabrică să funcționeze? Dar, fiind una dintre măsurile utilizate în combinație, teoria este destul de viabilă.
Mai ales astfel de tehnologii vor fi eficiente în locuri greu accesibile, la stațiile polare, la munte și taiga, printre călătorii și turiștii care nu au întotdeauna posibilitatea să-și încarce gadgeturile, dar păstrarea contactului este important, mai ales dacă grupul a ajuns în situație critică. Cât de mult ar putea fi prevenit dacă oamenii ar avea întotdeauna un dispozitiv de comunicare fiabil, care să nu depindă de „priză”.
Pile de combustibil cu hidrogen
Poate că fiecare proprietar de mașină, uitându-se la indicatorul cantității de benzină care se apropie de zero, a avutgândul cât de grozav ar fi dacă mașina ar merge pe apă. Dar acum atomii săi au intrat în atenția oamenilor de știință ca obiecte reale de energie. Faptul este că particulele de hidrogen - cel mai comun gaz din univers - conțin o cantitate uriașă de energie. În plus, motorul arde acest gaz practic fără produse secundare, ceea ce înseamnă că obținem un combustibil foarte ecologic.
Hidrogenul este alimentat de unele module și navete ISS, dar pe Pământ există în principal sub formă de compuși precum apa. În anii optzeci, în Rusia, au existat dezvoltări de aeronave care foloseau hidrogen ca combustibil, aceste tehnologii au fost chiar puse în practică, iar modelele experimentale și-au dovedit eficiența. Când hidrogenul este separat, acesta se mută într-o pilă de combustibil specială, după care electricitatea poate fi generată direct. Aceasta nu este energia viitorului, aceasta este deja o realitate. Mașini similare sunt deja produse și în loturi destul de mari. Honda, pentru a sublinia versatilitatea sursei de energie și a mașinii în ansamblu, a efectuat un experiment în urma căruia mașina a fost conectată la rețeaua electrică de domiciliu, dar nu pentru a se reîncărca. O mașină poate alimenta o casă privată timp de câteva zile sau poate parcurge aproape cinci sute de kilometri fără a alimenta.
Singurul dezavantaj al unei astfel de surse de energie în acest moment este costul relativ ridicat al unor astfel de mașini ecologice și, desigur, un număr destul de mic de stații de hidrogen, dar multe țări intenționează deja să le construiască. De exemplu, înGermania are deja un plan de a instala 100 de benzinării până în 2017.
Căldura pământului
Transformarea energiei termice în electricitate este esența energiei geotermale. În unele țări în care este dificil să se utilizeze alte industrii, este folosit destul de larg. De exemplu, în Filipine, 27% din toată energia electrică provine din centrale geotermale, în timp ce în Islanda această cifră este de aproximativ 30%. Esența acestei metode de producere a energiei este destul de simplă, mecanismul este similar cu un simplu motor cu abur. Înainte de presupusul „lac” de magmă, este necesar să forați o fântână prin care este furnizată apă. La contactul cu magma fierbinte, apa se transformă instantaneu în abur. Se ridică acolo unde învârte o turbină mecanică, generând astfel energie electrică.
Viitorul energiei geotermale este găsirea unor „rezerve” mari de magmă. De exemplu, în Islanda menționată mai sus, au reușit: într-o fracțiune de secundă, magma fierbinte a transformat toată apa pompată în abur la o temperatură de aproximativ 450 de grade Celsius, ceea ce este un record absolut. Astfel de abur de în altă presiune poate crește de mai multe ori eficiența unei centrale geotermale, poate deveni un imbold pentru dezvoltarea energiei geotermale în întreaga lume, în special în zonele saturate cu vulcani și izvoare termale.
Utilizarea deșeurilor nucleare
Energia nucleară, la un moment dat, a făcut furori. Așa a fost până când oamenii și-au dat seama de pericolul acestei industriienergie. Accidentele sunt posibile, nimeni nu este imun de astfel de cazuri, dar sunt foarte rare, dar deșeurile radioactive apar în mod constant și până de curând oamenii de știință nu au putut rezolva această problemă. Cert este că tijele de uraniu - „combustibilul” tradițional al centralelor nucleare, pot fi folosite doar cu 5%. După prelucrarea acestei piese mici, întreaga tijă este trimisă la „depozit”.
Anterior se folosea o tehnologie în care tijele erau scufundate în apă, care încetinește neutronii, menținând o reacție constantă. Acum a fost folosit sodiu lichid în loc de apă. Această înlocuire permite nu numai utilizarea întregului volum de uraniu, ci și procesarea a zeci de mii de tone de deșeuri radioactive.
Este important să scăpăm planeta de deșeurile nucleare, dar există un „dar” în tehnologia în sine. Uraniul este o resursă, iar rezervele sale de pe Pământ sunt limitate. Dacă întreaga planetă este trecută exclusiv la energia primită de la centralele nucleare (de exemplu, în Statele Unite, centralele nucleare produc doar 20% din toată energia electrică consumată), rezervele de uraniu se vor epuiza destul de repede, iar acest lucru va conduce din nou omenirea până în pragul unei crize energetice, deci energia nucleară, deși modernizată, este doar o măsură temporară.
Combustibil vegetal
Chiar și Henry Ford, după ce și-a creat „Modelul T”, se aștepta ca acesta să funcționeze deja cu biocombustibili. Totuși, la acea vreme, au fost descoperite noi câmpuri petroliere, iar nevoia de surse alternative de energie a dispărut de câteva decenii, dar acumînapoi din nou.
În ultimii cincisprezece ani, utilizarea combustibililor vegetali precum etanolul și biomotorina a crescut de mai multe ori. Sunt folosite ca surse independente de energie și ca aditivi la benzină. Cu ceva timp în urmă, s-au pus speranțe pe o cultură specială de mei, numită „canola”. Este complet nepotrivit pentru hrana oamenilor sau animalelor, dar are un conținut ridicat de ulei. Din acest ulei au început să producă „biodiesel”. Dar această cultură va ocupa prea mult spațiu dacă încerci să crești suficient din ea pentru a alimenta cel puțin o parte a planetei.
Acum oamenii de știință vorbesc despre utilizarea algelor. Conținutul lor de ulei este de aproximativ 50%, ceea ce va face la fel de ușor extragerea uleiului, iar deșeurile pot fi transformate în îngrășăminte, pe baza cărora vor fi cultivate noi alge. Ideea este considerată interesantă, dar viabilitatea ei nu a fost încă dovedită: publicarea experimentelor de succes în acest domeniu nu a fost încă publicată.
Fusion
Energia viitoare a lumii, conform oamenilor de știință moderni, este imposibilă fără tehnologiile de fuziune termonucleară. Aceasta este în prezent cea mai promițătoare dezvoltare în care sunt deja investite miliarde de dolari.
Centralele nucleare folosesc energie de fisiune. Este periculos pentru că există amenințarea unei reacții necontrolate care va distruge reactorul și va duce la eliberarea unei cantități uriașe de substanțe radioactive: poate că toată lumea își amintește accidentul de la centrala nucleară de la Cernobîl.
În reacţiile de fuziune careDupă cum sugerează și numele, se folosește energia eliberată în timpul fuziunii atomilor. Drept urmare, spre deosebire de fisiunea atomică, nu se produc deșeuri radioactive.
Problema principală este că, în urma fuziunii, se formează o substanță care are o temperatură atât de ridicată încât poate distruge întregul reactor.
Această energie a viitorului este o realitate. Și fanteziile sunt nepotrivite aici, momentan construcția reactorului a început deja în Franța. Câteva miliarde de dolari au fost investite într-un proiect pilot finanțat de multe țări, care, pe lângă UE, includ China și Japonia, SUA, Rusia și altele. Inițial, primele experimente erau planificate să fie lansate încă din 2016, dar calculele au arătat că bugetul era prea mic (în loc de 5 miliarde, a fost nevoie de 19), iar lansarea a fost amânată cu încă 9 ani. Poate că în câțiva ani vom vedea de ce este capabilă puterea de fuziune.
Provocări ale prezentului și oportunități pentru viitor
Nu doar oamenii de știință, ci și scriitorii de science fiction oferă o mulțime de idei pentru implementarea viitoarei tehnologii în domeniul energiei, dar toată lumea este de acord că până acum niciuna dintre opțiunile propuse nu poate satisface pe deplin toate nevoile civilizației noastre. De exemplu, dacă toate mașinile din Statele Unite ale Americii funcționează cu biocombustibili, câmpurile de canola ar trebui să acopere o suprafață egală cu jumătate din întreaga țară, indiferent de faptul că în State nu există atât de mult teren propice agriculturii. În plus, până acum toate metodele de producțieenergie alternativă – drumuri. Poate că fiecare oraș obișnuit este de acord că este important să folosească resurse regenerabile, ecologice, dar nu atunci când li se spune costul unei astfel de tranziții în acest moment. Oamenii de știință au încă mult de lucru în acest domeniu. Noi descoperiri, noi materiale, noi idei - toate acestea vor ajuta omenirea să facă față cu succes crizei de resurse care se profilează. Problema energetică a planetei poate fi rezolvată doar prin măsuri cuprinzătoare. În unele zone, este mai convenabil să folosiți generarea de energie eoliană, undeva - panouri solare și așa mai departe. Dar poate că factorul principal va fi reducerea consumului de energie în general și crearea de tehnologii de economisire a energiei. Fiecare om trebuie să înțeleagă că este responsabil pentru planetă și fiecare trebuie să își pună întrebarea: „Ce fel de energie aleg pentru viitor?” Înainte de a trece la alte resurse, toată lumea ar trebui să realizeze că acest lucru este cu adevărat necesar. Numai printr-o abordare integrată se va putea rezolva problema consumului de energie.
