Ne paslaptis, kad šiandien žmonijos naudojami ištekliai yra baigtiniai, be to, tolesnis jų išgavimas ir naudojimas gali sukelti ne tik energijos, bet ir aplinkos katastrofą. Tradiciškai žmonijos naudojami ištekliai – anglis, dujos ir nafta – baigsis po kelių dešimtmečių, todėl priemonių reikia imtis dabar, mūsų laikais. Žinoma, galime tikėtis, kad vėl rasime kokį nors turtingą telkinį, kaip ir praėjusio amžiaus pirmoje pusėje, tačiau mokslininkai įsitikinę, kad tokių didelių telkinių nebėra. Bet bet kokiu atveju, net ir naujų telkinių atradimas tik atitolins tai, kas neišvengiama, reikia ieškoti būdų, kaip gaminti alternatyvią energiją ir pereiti prie atsinaujinančių išteklių, tokių kaip vėjas, saulė, geoterminė energija, vandens tėkmės energija ir kt. dėl to būtina toliau plėtoti energiją taupančias technologijas.
Šiame straipsnyje apžvelgsime kelias perspektyviausias, šiuolaikinių mokslininkų nuomone, idėjas, kuriomis remiantis bus kuriama ateities energija.
Saulės stotys
Žmonės jau seniai svarstė, ar įmanoma naudoti energijąsaulė žemėje. Vanduo buvo šildomas po saule, drabužiai ir keramika buvo išdžiovinti prieš siunčiant į krosnį, tačiau šių būdų negalima pavadinti veiksmingais. Pirmosios techninės priemonės, paverčiančios saulės energiją, atsirado XVIII a. Prancūzų mokslininkas J. Buffonas parodė eksperimentą, kurio metu jam giedru oru iš maždaug 70 metrų atstumo didelio įgaubto veidrodžio pagalba pavyko uždegti išdžiūvusį medį. Jo tautietis garsus mokslininkas A. Lavoisier lęšiais koncentravo saulės energiją, o Anglijoje sukūrė abipus išgaubtą stiklą, kuris, sufokusuodamas saulės spindulius, vos per kelias minutes ištirpdė ketų.
Gamtos mokslininkai atliko daugybę eksperimentų, kurie įrodė, kad saulės energiją žemėje panaudoti įmanoma. Tačiau saulės baterija, kuri saulės energiją paverstų mechanine energija, atsirado palyginti neseniai – 1953 m. Jį sukūrė JAV nacionalinės aviacijos ir kosmoso agentūros mokslininkai. Jau 1959 m. saulės baterija pirmą kartą buvo panaudota kosminiam palydovui įrengti.
Gal jau tada, suprasdami, kad tokios baterijos kosmose yra daug efektyvesnės, mokslininkai sugalvojo sukurti kosmines saulės stotis, nes per valandą saulė generuoja tiek pat energijos, kiek ir visa žmonija. nesunaudoja per metus, tai kodėl gi nepanaudojus šio? Kokia bus saulės energija ateityje?
Viena vertus, atrodo, kad saulės energijos naudojimas yra idealus pasirinkimas. Tačiau didžiulės kosminės saulės energijos stoties kaina yra labai didelė, be to, ją eksploatuoti bus brangu. Taigilaiko, kai bus įdiegtos naujos prekių pristatymo į kosmosą technologijos, taip pat naujos medžiagos, tokio projekto įgyvendinimas taps įmanomas, tačiau kol kas planetos paviršiuje galime naudoti tik palyginti mažas baterijas. Daugelis sakys, kad tai taip pat gerai. Taip, galima ir privataus namo sąlygomis, tačiau didžiųjų miestų energijos tiekimui atitinkamai reikia arba daug saulės baterijų, arba technologijos, kuri leis jas efektyviau naudoti.
Čia taip pat yra ekonominė problemos pusė: bet koks biudžetas labai nukentės, jei jam bus patikėta visą miestą (ar visą šalį) paversti saulės baterijomis. Atrodytų, galima įpareigoti miestų gyventojus sumokėti kažkokias sumas už įrangos pertvarkymą, bet tokiu atveju jie bus nepatenkinti, nes jei žmonės būtų pasiruošę tokioms išlaidoms, tai jau seniai būtų padarę patys: kiekvienas turi galimybę įsigyti saulės bateriją.
Yra dar vienas paradoksas, susijęs su saulės energija: gamybos sąnaudos. Tiesioginis saulės energijos pavertimas elektra nėra pats efektyviausias dalykas. Iki šiol nebuvo rasta geresnio būdo, kaip saulės spindulių pagalba pašildyti vandenį, kuris, pavirtęs į garus, savo ruožtu sukasi dinamą. Šiuo atveju energijos nuostoliai yra minimalūs. Žmonija nori naudoti „žaliąsias“saulės baterijas ir saulės stotis, kad tausotų išteklius žemėje, tačiau tokiam projektui reikėtų didžiulio kiekio tų pačių išteklių ir „nežaliosios“energijos. Pavyzdžiui, Prancūzijoje neseniai buvo pastatyta saulės elektrinė, kurios plotas yra apie du kvadratinius kilometrus. Statybos kaina buvo apie 110 milijonų eurų, neįskaitant eksploatavimo išlaidų. Turint visa tai, reikia turėti omenyje, kad tokių mechanizmų tarnavimo laikas yra apie 25 metus.
Vėjas
Vėjo energiją žmonės taip pat naudojo nuo antikos laikų, paprasčiausias pavyzdys – buriavimas ir vėjo malūnai. Vėjo malūnai vis dar naudojami ir šiandien, ypač vietovėse, kuriose pučia nuolatinis vėjas, pavyzdžiui, pakrantėje. Mokslininkai nuolatos kelia idėjas, kaip modernizuoti esamus vėjo energijos konvertavimo įrenginius, vienas iš jų – vėjo jėgainės kylančių turbinų pavidalu. Dėl nuolatinio sukimosi jie galėtų „pakibti“ore kelių šimtų metrų atstumu nuo žemės, kur stiprus ir pastovus vėjas. Tai padėtų elektrifikuoti kaimo vietoves, kuriose neįmanoma naudoti standartinių vėjo malūnų. Be to, tokiose sparčiai kylančiose turbinose galėtų būti įrengti interneto moduliai, kurie suteiktų žmonėms prieigą prie pasaulinio žiniatinklio.
Potvyniai ir bangos
Saulės ir vėjo energijos bumas pamažu blėsta, o kita gamtinė energija sulaukė mokslininkų susidomėjimo. Perspektyvesnis yra atoslūgių ir atoslūgių naudojimas. Jau dabar apie šimtas įmonių visame pasaulyje sprendžia šią problemą, yra keletas projektų, kurie įrodė šio kasybos metodo efektyvumą.elektros. Privalumas prieš saulės energiją yra tas, kad nuostoliai perduodant vieną energiją kitai yra minimalūs: potvynio banga sukasi didžiulę turbiną, kuri generuoja elektrą.
Project Oyster yra idėja vandenyno dugne įrengti šarnyrinį vožtuvą, kuris atneš vandenį į krantą ir taip pavers paprastą hidroelektrinę. Tik vienas toks įrenginys galėtų tiekti elektros energiją nedideliam mikrorajonui.
Potvynių bangos jau sėkmingai naudojamos Australijoje: Perto mieste buvo įrengtos gėlinimo gamyklos, veikiančios tokio tipo energija. Jų darbas leidžia aprūpinti gėlu vandeniu apie pusę milijono žmonių. Šioje energijos gamybos pramonėje taip pat galima derinti natūralią energiją ir pramonę.
Potvynių ir atoslūgių energijos naudojimas šiek tiek skiriasi nuo technologijų, kurias esame įpratę matyti upių hidroelektrinėse. Dažnai hidroelektrinės kenkia aplinkai: užtvindomos gretimos teritorijos, sunaikinama ekosistema, tačiau potvynio bangomis veikiančios stotys šiuo atžvilgiu yra daug saugesnės.
Žmogaus energija
Vienas fantastiškiausių projektų mūsų sąraše gali būti vadinamas gyvų žmonių energijos panaudojimu. Skamba stulbinamai ir net šiek tiek bauginančiai, bet ne viskas taip baisu. Mokslininkai puoselėja idėją, kaip panaudoti mechaninę judėjimo energiją. Šie projektai yra apie mikroelektroniką ir nanotechnologijas su mažu energijos suvartojimu. Nors tai skamba kaip utopija, realių pokyčių nėra, tačiau idėja labai geraįdomus ir neišeina iš mokslininkų protų. Sutikite, labai patogūs bus įrenginiai, kurie, kaip ir laikrodžiai su automatine apvija, bus įkraunami nuo to, kad jutiklis braukiamas pirštu, arba nuo to, kad planšetė ar telefonas einant tiesiog kabo maiše. Jau nekalbant apie drabužius, kurie, užpildyti įvairiais mikroįtaisais, galėtų žmogaus judėjimo energiją paversti elektra.
Pvz., Berklyje, Lawrence'o laboratorijoje, mokslininkai bandė įgyvendinti idėją panaudoti virusus slėgio energijai paversti elektra. Taip pat yra nedideli mechanizmai, varomi judesiu, tačiau iki šiol tokia technologija nebuvo pradėta naudoti. Taip, pasaulinės energetinės krizės negalima taip susitvarkyti: kiek žmonių teks „pasibarstyti“, kad visa gamykla veiktų? Tačiau kaip viena iš kartu naudojamų priemonių, teorija yra gana perspektyvi.
Ypač tokios technologijos bus veiksmingos sunkiai pasiekiamose vietose, poliarinėse stotyse, kalnuose ir taigoje, tarp keliautojų ir turistų, kurie ne visada turi galimybę įkrauti savo prietaisus, tačiau palaikyti ryšį yra svarbu, ypač jei grupė pateko į kritinę situaciją. Kiek būtų galima išvengti, jei žmonės visada turėtų patikimą ryšio įrenginį, kuris nepriklausytų nuo „kištuko“.
Vandenilio kuro elementai
Galbūt kiekvienas automobilio savininkas, žiūrėdamas į indikatorių, rodantį, kad benzino kiekis artėja prie nulio, turėjomintis, kaip būtų puiku, jei automobilis važiuotų ant vandens. Tačiau dabar jo atomai pateko į mokslininkų dėmesį kaip tikri energijos objektai. Faktas yra tas, kad vandenilio – labiausiai paplitusių visatoje dujų – dalelėse yra didžiulis energijos kiekis. Be to, variklis šias dujas degina praktiškai be jokių šalutinių produktų, o tai reiškia, kad gauname labai ekologišką kurą.
Vandeniliu tiekia kai kurie TKS moduliai ir šaudyklės, tačiau Žemėje jis daugiausia egzistuoja junginių, tokių kaip vanduo, pavidalu. Devintajame dešimtmetyje Rusijoje buvo kuriami orlaiviai, naudojantys vandenilį kaip kurą, šios technologijos netgi buvo pritaikytos praktikoje, o eksperimentiniai modeliai įrodė savo efektyvumą. Atskyrus vandenilį, jis persikelia į specialų kuro elementą, po kurio galima tiesiogiai gaminti elektrą. Tai ne ateities energija, tai jau realybė. Panašūs automobiliai jau gaminami ir gana didelėmis partijomis. „Honda“, siekdama pabrėžti energijos š altinio ir viso automobilio universalumą, atliko eksperimentą, kurio metu automobilis buvo prijungtas prie namų elektros tinklo, bet ne tam, kad pasikrautų. Automobilis gali maitinti privačius namus kelias dienas arba nuvažiuoti beveik penkis šimtus kilometrų be degalų.
Vienintelis tokio energijos š altinio trūkumas šiuo metu yra gana didelė tokių aplinkai nekenksmingų automobilių kaina ir, žinoma, gana mažas vandenilio stočių skaičius, tačiau daugelis šalių jau planuoja jas statyti. Pavyzdžiui, inVokietija jau turi planą iki 2017 m. įrengti 100 degalinių.
Žemės šiluma
Šiluminės energijos pavertimas elektra yra geoterminės energijos esmė. Kai kuriose šalyse, kur sunku panaudoti kitas pramonės šakas, jis naudojamas gana plačiai. Pavyzdžiui, Filipinuose 27% visos elektros energijos gaunama iš geoterminių elektrinių, o Islandijoje šis skaičius siekia apie 30%. Šio energijos gamybos būdo esmė gana paprasta, mechanizmas panašus į paprastą garo mašiną. Prieš tariamą magmos „ežerą“reikia išgręžti šulinį, per kurį tiekiamas vanduo. Susilietus su karšta magma, vanduo akimirksniu virsta garais. Jis pakyla ten, kur sukasi mechaninė turbina ir taip generuoja elektrą.
Geoterminės energijos ateitis – rasti dideles magmos „parduotuves“. Pavyzdžiui, minėtoje Islandijoje jiems tai pavyko: per sekundės dalį karšta magma visą pumpuojamą vandenį pavertė maždaug 450 laipsnių Celsijaus temperatūros garais, o tai yra absoliutus rekordas. Toks aukšto slėgio garas gali kelis kartus padidinti geoterminės elektrinės efektyvumą, gali tapti postūmiu plėtoti geoterminę energiją visame pasaulyje, ypač ugnikalnių ir terminių š altinių prisotintose vietovėse.
Branduolinių atliekų naudojimas
Branduolinė energija vienu metu sukėlė didelį poveikį. Taip buvo tol, kol žmonės suprato šios pramonės pavojųenergijos. Nelaimingi atsitikimai galimi, nuo tokių atvejų niekas neapsaugotas, tačiau labai retai, tačiau radioaktyvių atliekų atsiranda nuolat ir dar visai neseniai mokslininkai šios problemos negalėjo išspręsti. Faktas yra tas, kad urano strypus – tradicinį atominių elektrinių „kurą“– gali naudoti tik 5 proc. Išdirbus šią nedidelę dalį, visa meškerė siunčiama į „sąvartyną“.
Anksčiau buvo naudojama technologija, kai strypai buvo panardinami į vandenį, kuris sulėtina neutronus ir palaiko pastovią reakciją. Dabar vietoj vandens naudojamas skystas natris. Šis pakeitimas leidžia ne tik panaudoti visą urano tūrį, bet ir apdoroti dešimtis tūkstančių tonų radioaktyviųjų atliekų.
Svarbu planetą išvalyti nuo branduolinių atliekų, tačiau pačioje technologijoje yra vienas „bet“. Uranas yra išteklius, o jo atsargos Žemėje yra ribotos. Jei visa planeta bus perjungta tik į energiją, gaunamą iš atominių elektrinių (pavyzdžiui, JAV atominės elektrinės pagamina tik 20% visos sunaudojamos elektros energijos), urano atsargos bus išeikvotos gana greitai, o tai vėl prives žmoniją. iki energetinės krizės slenksčio, todėl branduolinė energija, nors ir modernizuota, tik laikina priemonė.
Augalinis kuras
Net Henris Fordas, sukūręs savo „Modelį T“, tikėjosi, kad jis jau bus varomas biokuru. Tačiau tuo metu buvo atrasti nauji naftos telkiniai, o alternatyvių energijos š altinių poreikis išnyko kelis dešimtmečius, tačiau dabaratgal.
Per pastaruosius penkiolika metų augalinio kuro, pvz., etanolio ir biodyzelino, naudojimas kelis kartus išaugo. Jie naudojami kaip nepriklausomi energijos š altiniai ir kaip benzino priedai. Prieš kurį laiką viltys buvo sietos su ypatinga sorų kultūra, vadinama „rapsu“. Jis visiškai netinkamas žmonių ar gyvulių maistui, tačiau turi daug aliejaus. Iš šio aliejaus jie pradėjo gaminti „biodyzeliną“. Tačiau šis derlius užims per daug vietos, jei bandysite jų užauginti pakankamai, kad aprūpintumėte bent dalį planetos.
Dabar mokslininkai kalba apie dumblių naudojimą. Juose yra apie 50% aliejaus, todėl bus taip pat lengva išgauti aliejų, o atliekas bus galima paversti trąšomis, kurių pagrindu bus auginami nauji dumbliai. Idėja laikoma įdomia, tačiau jos gyvybingumas dar neįrodytas: sėkmingų eksperimentų šioje srityje publikacija dar nepaskelbta.
Fusion
Ateities pasaulio energija, šiuolaikinių mokslininkų nuomone, neįmanoma be termobranduolinės sintezės technologijų. Šiuo metu tai yra perspektyviausia plėtra, į kurią jau investuojama milijardai dolerių.
Atominės elektrinės naudoja dalijimosi energiją. Tai pavojinga, nes gresia nekontroliuojama reakcija, kuri sunaikins reaktorių ir išskirs didžiulį kiekį radioaktyviųjų medžiagų: turbūt visi prisimena Černobylio atominės elektrinės avariją.
Susiliejimo reakcijose taiKaip rodo pavadinimas, naudojama energija, išsiskirianti atomų sintezės metu. Dėl to, skirtingai nei dalijantis atomais, nesusidaro radioaktyviosios atliekos.
Pagrindinė problema yra ta, kad sintezės metu susidaro medžiaga, kurios temperatūra yra tokia aukšta, kad gali sunaikinti visą reaktorių.
Ši ateities energija yra tikrovė. O fantazijos čia netinka, šiuo metu Prancūzijoje jau pradėtas statyti reaktorius. Keli milijardai dolerių investuota į bandomąjį projektą, finansuojamą daugelio šalių, kuriose, be ES, yra Kinija ir Japonija, JAV, Rusija ir kt. Iš pradžių pirmuosius eksperimentus planuota pradėti jau 2016 m., tačiau skaičiavimai parodė, kad biudžetas buvo per mažas (vietoj 5 mlrd. prireikė 19), o paleidimas atidėtas dar 9 metams. Galbūt po kelerių metų pamatysime, ką sugeba sintezės energija.
Dabarties iššūkiai ir ateities galimybės
Ne tik mokslininkai, bet ir mokslinės fantastikos rašytojai pateikia daug idėjų ateities technologijų diegimui energetikoje, tačiau visi sutinka, kad kol kas nė vienas iš siūlomų variantų negali visiškai patenkinti visų mūsų civilizacijos poreikių. Pavyzdžiui, jei Jungtinėse Valstijose visi automobiliai varomi biokuru, rapsų laukai turėtų apimti pusę visos šalies, nepaisant to, kad valstijose nėra tiek daug žemės ūkiui tinkamos žemės. Be to, iki šiol visi gamybos būdai alternatyvi energija – keliai. Galbūt kiekvienas eilinis miestietis sutinka, kad svarbu naudoti aplinką tausojančius, atsinaujinančius išteklius, bet ne tada, kai jam pasakoma, kiek šiuo metu kainuoja toks perėjimas. Šioje srityje mokslininkai dar turi daug nuveikti. Nauji atradimai, naujos medžiagos, naujos idėjos – visa tai padės žmonijai sėkmingai susidoroti su gresiančia išteklių krize. Planetos energetinę problemą galima išspręsti tik kompleksinėmis priemonėmis. Kai kuriose srityse patogiau naudoti vėjo energijos generavimą, kai kur – saulės baterijas ir pan. Tačiau galbūt pagrindinis veiksnys bus energijos suvartojimo mažinimas apskritai ir energiją taupančių technologijų kūrimas. Kiekvienas žmogus turi suprasti, kad jis yra atsakingas už planetą, ir kiekvienas turi užduoti sau klausimą: „Kokią energiją renkuosi ateičiai? Prieš pereidami prie kitų išteklių, kiekvienas turėtų suprasti, kad tai tikrai būtina. Tik taikant integruotą požiūrį bus įmanoma išspręsti energijos vartojimo problemą.
