Det er ingen hemmelighet at ressursene som brukes av menneskeheten i dag er begrensede, dessuten kan deres videre utvinning og bruk føre ikke bare til energi, men også til miljøkatastrofer. Ressursene menneskeheten tradisjonelt bruker – kull, gass og olje – vil ta slutt om noen tiår, og det må settes inn tiltak nå, i vår tid. Selvfølgelig kan vi håpe at vi igjen finner en eller annen rik forekomst, akkurat som det var i første halvdel av forrige århundre, men forskerne er sikre på at så store forekomster ikke lenger eksisterer. Men uansett vil selv oppdagelsen av nye forekomster bare forsinke det uunngåelige, det er nødvendig å finne måter å produsere alternativ energi på og gå over til fornybare ressurser som vind, sol, geotermisk energi, vannstrømsenergi og andre, og sammen med dette er det nødvendig å fortsette å utvikle energisparende teknologier.
I denne artikkelen vil vi vurdere noen av de mest lovende, etter moderne vitenskapsmenns mening, ideene som fremtidens energi vil bygges på.
Solstasjoner
Folk har lenge lurt på om det er mulig å bruke energisol på jorden. Vann ble varmet opp under solen, klær og keramikk ble tørket før de ble sendt til ovnen, men disse metodene kan ikke kalles effektive. De første tekniske midlene som konverterer solenergi dukket opp på 1700-tallet. Den franske forskeren J. Buffon viste et eksperiment der han klarte å antenne et tørt tre ved hjelp av et stort konkavt speil i klart vær fra en avstand på rundt 70 meter. Landsmannen hans, den kjente vitenskapsmannen A. Lavoisier, brukte linser for å konsentrere solenergien, og i England skapte de bikonvekst glass, som ved å fokusere solens stråler smeltet støpejern på bare noen få minutter.
Naturforskere utførte mange eksperimenter som beviste at bruk av solenergi på jorden er mulig. Imidlertid dukket et solbatteri som ville konvertere solenergi til mekanisk energi opp relativt nylig, i 1953. Den ble laget av forskere fra US National Aerospace Agency. Allerede i 1959 ble et solbatteri først brukt til å utstyre en romsatellitt.
Kanskje allerede da, da forskerne innså at slike batterier er mye mer effektive i verdensrommet, kom forskerne på ideen om å lage solstasjoner i verdensrommet, for på en time genererer solen like mye energi som hele menneskeheten bruker ikke på et år, så hvorfor ikke bruke denne? Hva blir fremtidens solenergi?
På den ene siden ser det ut til at bruk av solenergi er et ideelt alternativ. Kostnaden for en enorm romsolstasjon er imidlertid svært høy, og dessuten vil den være dyr i drift. Såtid, når nye teknologier for levering av varer til verdensrommet, så vel som nye materialer, vil bli introdusert, vil implementeringen av et slikt prosjekt bli mulig, men foreløpig kan vi bare bruke relativt små batterier på overflaten av planeten. Mange vil si at dette også er bra. Ja, det er mulig i forhold til et privat hus, men for energiforsyningen til store byer er det derfor nødvendig med enten mange solcellepaneler eller en teknologi som vil gjøre dem mer effektive.
Den økonomiske siden av saken er også tilstede her: ethvert budsjett vil lide sterkt hvis det blir betrodd oppgaven med å konvertere en hel by (eller et helt land) til solcellepaneler. Det ser ut til at det er mulig å tvinge innbyggerne i byer til å betale noen beløp for omutstyr, men i dette tilfellet vil de være misfornøyde, for hvis folk var klare til å gjøre slike utgifter, ville de ha gjort det selv for lenge siden: alle har mulighet til å kjøpe et solcellebatteri.
Det er et annet paradoks angående solenergi: produksjonskostnader. Å konvertere solenergi til elektrisitet direkte er ikke det mest effektive. Så langt har man ikke funnet noen bedre måte enn å bruke solstrålene til å varme opp vann, som igjen blir til damp og roterer en dynamo. I dette tilfellet er energitapet minim alt. Menneskeheten ønsker å bruke «grønne» solcellepaneler og solcellestasjoner for å bevare ressursene på jorden, men et slikt prosjekt vil kreve en enorm mengde av de samme ressursene, og «ikke-grønn» energi. For eksempel, i Frankrike ble det nylig bygget et solkraftverk som dekker et område på omtrent to kvadratkilometer. Byggekostnaden var rundt 110 millioner euro, ikke inkludert driftskostnader. Med alt dette bør man huske på at levetiden til slike mekanismer er ca. 25 år.
Vind
Vindenergi har også blitt brukt av mennesker siden antikken, det enkleste eksemplet er seiling og vindmøller. Vindmøller er fortsatt i bruk i dag, spesielt i områder med konstant vind, som på kysten. Forskere legger stadig frem ideer om hvordan man kan modernisere eksisterende enheter for å konvertere vindenergi, en av dem er vindturbiner i form av høye turbiner. På grunn av den konstante rotasjonen kunne de «henge» i luften i en avstand på flere hundre meter fra bakken, hvor vinden er sterk og konstant. Dette vil bidra til elektrifisering av landlige områder der bruk av standard vindmøller ikke er mulig. I tillegg kan slike sveveturbiner utstyres med Internett-moduler, som vil gi folk tilgang til World Wide Web.
Tidevann og bølger
Bommen innen sol- og vindenergi avtar gradvis, og annen naturlig energi har vakt interesse blant forskere. Mer lovende er bruken av flo og fjære. Allerede jobber rundt hundre selskaper rundt om i verden med dette problemet, og det er flere prosjekter som har bevist effektiviteten til denne gruvemetoden.elektrisitet. Fordelen fremfor solenergi er at tapene under overføringen av en energi til en annen er minimale: tidevannsbølgen roterer en enorm turbin, som genererer elektrisitet.
Project Oyster er ideen om å installere en hengslet ventil på bunnen av havet som vil bringe vann til kysten, og dermed snu en enkel vannkraftturbin. Bare én slik installasjon kan gi strøm til et lite mikrodistrikt.
Allerede er flodbølger vellykket brukt i Australia: i byen Perth er det installert avs altingsanlegg som driver med denne typen energi. Arbeidet deres gjør det mulig å gi omtrent en halv million mennesker ferskvann. Naturlig energi og industri kan også kombineres i denne energiproduksjonsindustrien.
Bruken av tidevannsenergi er noe forskjellig fra teknologiene vi er vant til å se i elvekraftverk. Vannkraftverk skader ofte miljøet: tilstøtende territorier er oversvømmet, økosystemet er ødelagt, men stasjoner som opererer på flodbølger er mye tryggere i denne forbindelse.
Human Energy
Et av de mest fantastiske prosjektene på listen vår kan kalles bruken av energien til levende mennesker. Det høres fantastisk ut og til og med litt skremmende, men ikke alt er så skummelt. Forskere verdsetter ideen om hvordan man bruker den mekaniske energien til bevegelse. Disse prosjektene handler om mikroelektronikk og nanoteknologi med lavt strømforbruk. Selv om det høres ut som en utopi, er det ingen reell utvikling, men ideen er veldiginteressant og forlater ikke hodet til forskere. Enig, veldig praktiske vil være enheter som, som klokker med automatisk vikling, vil bli ladet fra det faktum at sensoren sveipes med en finger, eller fra det faktum at et nettbrett eller en telefon bare dingler i en pose når du går. For ikke å nevne klær som, fylt med forskjellige mikroenheter, kan omdanne energien til menneskelig bevegelse til elektrisitet.
På Berkeley, i Lawrences laboratorium, forsøkte for eksempel forskere å realisere ideen om å bruke virus til å konvertere trykkenergi til elektrisitet. Det finnes også små mekanismer drevet av bevegelse, men så langt har ikke slik teknologi blitt satt i drift. Ja, den globale energikrisen kan ikke håndteres på denne måten: hvor mange mennesker må "tøffe" for å få hele anlegget til å fungere? Men som et av målene som brukes i kombinasjon, er teorien ganske levedyktig.
Spesielt slike teknologier vil være effektive på vanskelig tilgjengelige steder, på polarstasjoner, på fjellet og taiga, blant reisende og turister som ikke alltid har mulighet til å lade dingsene sine, men å holde kontakten er viktig, spesielt hvis gruppen kom i en kritisk situasjon. Hvor mye kunne vært forhindret hvis folk alltid hadde en pålitelig kommunikasjonsenhet som ikke var avhengig av "pluggen".
hydrogenbrenselceller
Kanskje hver bileier, som ser på indikatoren for bensinmengden som nærmer seg null, haddetanken på hvor flott det ville vært om bilen kjørte på vann. Men nå har atomene kommet til forskeres oppmerksomhet som virkelige objekter for energi. Faktum er at partiklene av hydrogen - den vanligste gassen i universet - inneholder en enorm mengde energi. Dessuten brenner motoren denne gassen nesten uten biprodukter, noe som betyr at vi får et svært miljøvennlig drivstoff.
Hydrogen drives av noen ISS-moduler og skyttelbusser, men på jorden eksisterer det hovedsakelig i form av forbindelser som vann. På åttitallet i Russland var det utvikling av fly som brukte hydrogen som drivstoff, disse teknologiene ble til og med satt ut i livet, og eksperimentelle modeller beviste deres effektivitet. Når hydrogen skilles ut, flyttes det til en spesiell brenselcelle, hvoretter elektrisitet kan genereres direkte. Dette er ikke fremtidens energi, dette er allerede en realitet. Lignende biler produseres allerede og i ganske store partier. Honda, for å understreke allsidigheten til energikilden og bilen som helhet, utførte et eksperiment som et resultat av at bilen ble koblet til det elektriske hjemmenettverket, men ikke for å bli ladet opp. En bil kan drive et privat hjem i flere dager, eller kjøre nesten fem hundre kilometer uten å fylle drivstoff.
Den eneste ulempen med en slik energikilde for øyeblikket er de relativt høye kostnadene for slike miljøvennlige biler, og selvfølgelig et ganske lite antall hydrogenstasjoner, men mange land planlegger allerede å bygge dem. For eksempel iTyskland har allerede en plan om å installere 100 bensinstasjoner innen 2017.
Jordens varme
Å gjøre om termisk energi til elektrisitet er essensen av geotermisk energi. I noen land hvor det er vanskelig å bruke andre industrier, brukes det ganske mye. For eksempel på Filippinene kommer 27 % av all elektrisitet fra geotermiske anlegg, mens på Island er dette tallet rundt 30 %. Essensen av denne metoden for energiproduksjon er ganske enkel, mekanismen ligner på en enkel dampmaskin. Før den påståtte "innsjøen" av magma, er det nødvendig å bore en brønn gjennom hvilken vann tilføres. Ved kontakt med varm magma blir vann øyeblikkelig til damp. Den stiger der den snurrer en mekanisk turbin, og genererer dermed elektrisitet.
Fremtiden for geotermisk energi er å finne store "lagre" av magma. For eksempel, på det nevnte Island, lyktes de: på en brøkdel av et sekund gjorde varm magma alt det pumpede vannet til damp ved en temperatur på rundt 450 grader Celsius, som er en absolutt rekord. Slik høytrykksdamp kan øke effektiviteten til et geotermisk anlegg med flere ganger, det kan bli en drivkraft for utviklingen av geotermisk energi rundt om i verden, spesielt i områder mettet med vulkaner og termiske kilder.
Bruk av atomavfall
Kjernekraft, på en gang, gjorde et sprut. Slik var det helt til folk innså faren med denne industrienenergi. Ulykker er mulige, ingen er immun mot slike tilfeller, men de er svært sjeldne, men radioaktivt avfall dukker opp jevnt og trutt, og inntil nylig kunne ikke forskere løse dette problemet. Faktum er at uranstaver - det tradisjonelle "drivstoffet" til atomkraftverk, bare kan brukes av 5%. Etter å ha trent denne lille delen, sendes hele stangen til "deponiet".
Tidligere ble det brukt en teknologi der stengene ble senket ned i vann, noe som bremser nøytronene og opprettholder en jevn reaksjon. Nå er det brukt flytende natrium i stedet for vann. Denne erstatningen lar ikke bare bruke hele volumet av uran, men også å behandle titusenvis av tonn radioaktivt avfall.
Det er viktig å kvitte planeten for atomavfall, men det er ett «men» i selve teknologien. Uran er en ressurs, og reservene på jorden er begrensede. Hvis hele planeten utelukkende byttes til energi mottatt fra atomkraftverk (for eksempel i USA produserer atomkraftverk bare 20 % av all forbrukt elektrisitet), vil uranreservene bli oppbrukt ganske raskt, og dette vil igjen lede menneskeheten til terskelen til en energikrise, så kjernekraft, om enn modernisert, bare et midlertidig tiltak.
Vegetabilsk drivstoff
Selv Henry Ford, etter å ha laget sin "Model T", forventet at den allerede ville kjøre på biodrivstoff. Men på den tiden ble nye oljefelt oppdaget, og behovet for alternative energikilder forsvant i flere tiår, men nåtilbake igjen.
I løpet av de siste femten årene har bruken av vegetabilsk drivstoff som etanol og biodiesel økt flere ganger. De brukes som uavhengige energikilder, og som tilsetningsstoffer til bensin. For en tid tilbake ble det knyttet håp til en spesiell hirsekultur, k alt "raps". Den er helt uegnet til menneske- eller husdyrmat, men den har et høyt oljeinnhold. Fra denne oljen begynte de å produsere "biodiesel". Men denne avlingen vil ta for mye plass hvis du prøver å dyrke nok av den til å gi drivstoff til i det minste en del av planeten.
Nå snakker forskerne om bruken av alger. Oljeinnholdet deres er omtrent 50 %, noe som vil gjøre det like enkelt å utvinne oljen, og avfallet kan gjøres om til gjødsel, på grunnlag av dette vil det bli dyrket nye alger. Ideen anses som interessant, men dens levedyktighet er ennå ikke bevist: publiseringen av vellykkede eksperimenter i dette området er ennå ikke publisert.
Fusion
Verdens fremtidige energi, ifølge moderne forskere, er umulig uten termonukleær fusjonsteknologi. Dette er for øyeblikket den mest lovende utviklingen der milliarder av dollar allerede er investert i.
Kjernekraftverk bruker fisjonsenergi. Det er farlig fordi det er en trussel om en ukontrollert reaksjon som vil ødelegge reaktoren og føre til utslipp av en enorm mengde radioaktive stoffer: kanskje husker alle ulykken ved atomkraftverket i Tsjernobyl.
I fusjonsreaksjoner somSom navnet tilsier, brukes energien som frigjøres under sammensmeltingen av atomer. Som et resultat, i motsetning til atomfisjon, produseres det ikke radioaktivt avfall.
Hovedproblemet er at det som følge av fusjon dannes et stoff som har så høy temperatur at det kan ødelegge hele reaktoren.
Denne fremtidens energi er en realitet. Og fantasier er upassende her, for øyeblikket har byggingen av reaktoren allerede begynt i Frankrike. Det er investert flere milliarder dollar i et pilotprosjekt finansiert av mange land, som i tillegg til EU inkluderer Kina og Japan, USA, Russland og andre. I utgangspunktet var de første forsøkene planlagt igangsatt allerede i 2016, men beregninger viste at budsjettet var for lite (i stedet for 5 milliarder tok det 19), og lanseringen ble utsatt i ytterligere 9 år. Kanskje om noen år vil vi se hva fusjonskraft er i stand til.
Nåtidens utfordringer og muligheter for fremtiden
Ikke bare forskere, men også science fiction-forfattere gir mange ideer for implementering av fremtidig teknologi innen energi, men alle er enige om at så langt kan ingen av de foreslåtte alternativene fullt ut oppfylle alle behovene til vår sivilisasjon. For eksempel, hvis alle biler i USA kjører på biodrivstoff, vil rapsmarker måtte dekke et areal som tilsvarer halve hele landet, uavhengig av at det ikke er så mye land som egner seg for jordbruk i USA. Dessuten, så langt alle metoder for produksjon alternativ energi - veier. Kanskje er enhver vanlig byboer enig i at det er viktig å bruke miljøvennlige, fornybare ressurser, men ikke når de får beskjed om kostnadene ved en slik overgang i øyeblikket. Forskere har fortsatt mye arbeid å gjøre på dette området. Nye oppdagelser, nye materialer, nye ideer - alt dette vil hjelpe menneskeheten til å lykkes med å takle den truende ressurskrisen. Energiproblemet til planeten kan bare løses ved omfattende tiltak. I noen områder er det mer praktisk å bruke vindkraftproduksjon, et sted - solcellepaneler og så videre. Men kanskje hovedfaktoren vil være reduksjonen av energiforbruket generelt og etableringen av energibesparende teknologier. Hver person må forstå at han er ansvarlig for planeten, og hver må stille seg selv spørsmålet: "Hva slags energi velger jeg for fremtiden?" Før vi går videre til andre ressurser, bør alle innse at dette virkelig er nødvendig. Bare med en integrert tilnærming vil det være mulig å løse problemet med energiforbruk.
