Nem titok, hogy az emberiség által manapság felhasznált erőforrások végesek, ráadásul további kitermelésük és felhasználásuk nemcsak energetikai, hanem környezeti katasztrófához is vezethet. Az emberiség által hagyományosan használt erőforrások - a szén, a gáz és az olaj - néhány évtizeden belül kimerülnek, és intézkedéseket kell tenni most, a mi korunkban. Persze remélhetjük, hogy ismét találunk valami gazdag lelőhelyet, akárcsak a múlt század első felében, de a tudósok biztosak abban, hogy ekkora lelőhelyek már nem léteznek. De mindenesetre még az új lelőhelyek felfedezése is csak késlelteti az elkerülhetetlent, meg kell találni az alternatív energia előállításának módját, és át kell térni a megújuló erőforrásokra, mint a szél, a nap, a geotermikus energia, a vízáramlási energia és mások. ezért folytatni kell az energiatakarékos technológiák fejlesztését.
Ebben a cikkben a modern tudósok szerint a legígéretesebb ötleteket fogjuk megvizsgálni, amelyekre a jövő energiája épül.
Szolárállomások
Az emberek régóta gondolkodnak azon, hogy lehetséges-e az energia felhasználásanap a földön. A vizet a napon melegítették, a ruhákat és az edényeket megszárították, mielőtt a kemencébe küldték volna, de ezek a módszerek nem nevezhetők hatékonynak. Az első technikai eszközök a napenergia átalakítására a 18. században jelentek meg. J. Buffon francia tudós olyan kísérletet mutatott be, amelyben tiszta időben, körülbelül 70 méter távolságból sikerült meggyújtania egy száraz fát egy nagy homorú tükör segítségével. Honfitársa, a híres tudós, A. Lavoisier lencsékkel koncentrálta a nap energiáját, Angliában pedig bikonvex üveget készítettek, amely a napsugarakat fókuszálva néhány perc alatt megolvasztotta az öntöttvasat.
Természettudósok számos kísérletet végeztek, amelyek bebizonyították, hogy a napenergia földi felhasználása lehetséges. A napenergiát mechanikai energiává alakító napelem azonban viszonylag nemrég, 1953-ban jelent meg. Az Egyesült Államok Nemzeti Repülési Ügynökségének tudósai alkották meg. Már 1959-ben alkalmaztak először napelemet űrműholdak felszerelésére.
Talán már akkor felismerve, hogy az ilyen akkumulátorok sokkal hatékonyabbak az űrben, a tudósok az űrben működő napelem állomások létrehozásának ötletével álltak elő, mert egy óra alatt a nap annyi energiát termel, mint az egész emberiség egy év alatt nem fogyasztja el, miért ne használná ezt? Mi lesz a jövő napenergiája?
Egyrészt úgy tűnik, hogy a napenergia felhasználása ideális lehetőség. Egy hatalmas űrnapelem-állomás költsége azonban nagyon magas, ráadásul költséges lesz az üzemeltetése. ÍgyAz idő, amikor új technológiákat vezetnek be az áruk világűrbe szállítására, valamint új anyagokat, lehetővé válik egy ilyen projekt megvalósítása, de egyelőre csak viszonylag kis akkumulátorokat használhatunk a bolygó felszínén. Sokan azt mondják, hogy ez is jó. Igen, magánház körülményei között lehetséges, de a nagyvárosok energiaellátásához ennek megfelelően vagy sok napelem kell, vagy olyan technológia, amivel hatékonyabbá válik.
A kérdés gazdasági oldala itt is jelen van: minden költségvetést nagyon megsínylenek, ha egy egész város (vagy egy egész ország) napelemekre való átalakításával bízzák meg. Úgy tűnik, lehet kötelezni a városok lakóit, hogy fizessenek bizonyos összegeket az újbóli felszerelésért, de ebben az esetben boldogtalanok lesznek, mert ha az emberek készek lennének ilyen kiadásokra, már rég megtették volna: mindenkinek lehetősége van napelemet vásárolni.
Van egy másik paradoxon a napenergiával kapcsolatban: a termelési költségek. A napenergiát közvetlenül elektromos árammá alakítani nem a leghatékonyabb dolog. Eddig nem találtak jobb módszert, mint a napsugarakat a víz melegítésére használni, ami gőzzé alakulva viszont egy dinamót forgat. Ebben az esetben az energiaveszteség minimális. Az emberiség "zöld" napelemeket és napelem-állomásokat szeretne használni a földi erőforrások megőrzésére, de egy ilyen projekthez hatalmas mennyiségű azonos erőforrásra és "nem zöld" energiára lenne szükség. Például Franciaországban a közelmúltban egy naperőművet építettek, amely körülbelül két négyzetkilométernyi területet fed le. Az építkezés költsége mintegy 110 millió euró volt, az üzemeltetési költségek nélkül. Mindezek mellett szem előtt kell tartani, hogy az ilyen mechanizmusok élettartama körülbelül 25 év.
Szél
A szélenergiát az ókor óta az emberek is használják, erre a legegyszerűbb példa a vitorlázás és a szélmalmok. A szélmalmok ma is használatban vannak, különösen az állandó szeles területeken, például a tengerparton. A tudósok folyamatosan terjesztenek elő ötleteket a meglévő szélenergia átalakítására szolgáló eszközök korszerűsítésére, ezek egyike a szélturbinák szárnyaló turbinák formájában. Az állandó forgás miatt a talajtól több száz méteres távolságban "lóghattak" a levegőben, ahol erős és állandó a szél. Ez segítené a vidéki területek villamosítását, ahol a szabványos szélmalmok használata nem lehetséges. Ezenkívül az ilyen szárnyaló turbinákat fel lehetne szerelni Internet-modulokkal, amelyek hozzáférést biztosítanának az embereknek a világhálóhoz.
Apály és hullámok
A nap- és szélenergia fellendülése fokozatosan elhalványul, és más természetes energiák is felkeltették a kutatók érdeklődését. Ígéretesebb a dagályok alkalmazása. Világszerte már mintegy száz cég foglalkozik ezzel a kérdéssel, és több projekt is bizonyította ennek a bányászati módszernek a hatékonyságát.elektromosság. A napenergiával szemben az az előnye, hogy az egyik energia átadása során a veszteségek minimálisak: a szökőár egy hatalmas turbinát forgat, amely elektromosságot termel.
A Project Oyster egy csuklós szelep beépítésének ötlete az óceán fenekére, amely vizet juttat a partra, és ezáltal egy egyszerű vízi turbinát forgat. Csak egy ilyen létesítmény biztosíthat áramot egy kis mikrokörzet számára.
Ausztráliában már sikeresen alkalmazzák az árapályhullámokat: Perth városában ilyen típusú energiával működő sótalanító üzemeket telepítettek. Munkájuk lehetővé teszi, hogy mintegy félmillió embert biztosítsanak friss vízzel. Ebben az energiatermelő iparágban a természetes energia és az ipar is kombinálható.
Az árapály-energia felhasználása némileg eltér a folyami vízerőművekben megszokott technológiáktól. A vízierőművek gyakran károsítják a környezetet: a szomszédos területeket elöntik a víz, az ökoszisztéma elpusztul, de az árapályokon üzemelő állomások sokkal biztonságosabbak ebből a szempontból.
Emberi Energia
Listánk egyik legfantasztikusabb projektje az élő emberek energiájának felhasználása. Lenyűgözően, sőt kissé félelmetesen hangzik, de nem minden olyan ijesztő. A tudósok ápolják a mozgás mechanikai energiájának felhasználásának gondolatát. Ezek a projektek az alacsony energiafogyasztású mikroelektronikáról és nanotechnológiáról szólnak. Bár utópiának hangzik, nincs igazi fejlemény, de az ötlet nagyonérdekes és nem hagyja el a tudósok fejét. Egyetértek, nagyon kényelmesek lesznek azok az eszközök, amelyeket az automatikus tekercselésű órákhoz hasonlóan attól a ténytől töltenek, hogy az érzékelőt ujjal húzzák, vagy attól, hogy egy tablet vagy telefon séta közben egyszerűen a táskában lóg. Nem is beszélve azokról a ruhákról, amelyek különféle mikroeszközökkel megtöltve az emberi mozgás energiáját elektromossággá alakíthatják.
A Berkeley-ben, Lawrence laboratóriumában például a tudósok megpróbálták megvalósítani azt az ötletet, hogy vírusok segítségével alakítsák át a nyomásenergiát elektromossággá. Léteznek mozgással hajtott kis mechanizmusok is, de ez idáig ilyen technológia nem került forgalomba. Igen, a globális energiaválságot nem lehet így kezelni: hány embernek kell majd „pedigálnia”, hogy az egész üzem működjön? De mint a kombinált mérőszámok egyike, az elmélet meglehetősen életképes.
Az ilyen technológiák különösen a nehezen elérhető helyeken, a sarki állomásokon, a hegyekben és a tajgában lesznek hatékonyak az utazók és turisták körében, akiknek nincs mindig lehetőségük a kütyük feltöltésére, de a kapcsolattartás fontos, különösen, ha a csoport kritikus helyzetbe került. Mennyit lehetne megelőzni, ha az embereknek mindig lenne megbízható kommunikációs eszközük, amely nem függ a "dugótól".
Hidrogén üzemanyagcellák
Talán minden autótulajdonos a nullához közeledő benzinmennyiség mutatóját nézvea gondolat, hogy milyen jó lenne, ha az autó vízen futna. De most atomjai valódi energiatárgyként kerültek a tudósok figyelmébe. A helyzet az, hogy a hidrogén részecskéi - a világegyetem leggyakoribb gáza - hatalmas mennyiségű energiát tartalmaznak. Ráadásul a motor gyakorlatilag melléktermékek nélkül égeti el ezt a gázt, ami azt jelenti, hogy nagyon környezetbarát üzemanyagot kapunk.
A hidrogént egyes ISS-modulok és űrsiklók táplálják, de a Földön főleg vegyületek, például víz formájában létezik. A nyolcvanas években Oroszországban hidrogént üzemanyagként használó repülőgépeket fejlesztettek, ezeket a technológiákat a gyakorlatba is átültették, és kísérleti modellek bizonyították hatékonyságukat. Amikor a hidrogént leválasztják, az egy speciális üzemanyagcellába kerül, amely után közvetlenül lehet villamos energiát termelni. Ez nem a jövő energiája, ez már valóság. Hasonló autókat már gyártanak, és meglehetősen nagy tételekben. A Honda az energiaforrás és az autó egészének sokoldalúságának hangsúlyozása érdekében végzett egy kísérletet, melynek eredményeként az autót az elektromos otthoni hálózatra csatlakoztatták, de nem azért, hogy újratöltsék. Egy autó akár több napig is elláthat egy magánházat, vagy csaknem ötszáz kilométert tehet meg tankolás nélkül.
Egy ilyen energiaforrás egyetlen hátránya jelenleg az ilyen környezetbarát autók viszonylag magas ára, és természetesen a hidrogénállomások meglehetősen kis száma, de sok ország már tervezi ezek építését. Például beNémetország már 100 töltőállomás telepítését tervezi 2017-ig.
A föld hője
A hőenergia villamos energiává alakítása a geotermikus energia lényege. Egyes országokban, ahol nehéz más iparágakat alkalmazni, meglehetősen széles körben alkalmazzák. Például a Fülöp-szigeteken az összes villamos energia 27%-a geotermikus erőművekből származik, míg Izlandon ez az arány körülbelül 30%. Ennek az energiatermelési módnak a lényege meglehetősen egyszerű, a mechanizmus hasonló egy egyszerű gőzgéphez. A magma állítólagos "tója" előtt egy kutat kell fúrni, amelyen keresztül vizet szállítanak. Forró magmával érintkezve a víz azonnal gőzzé alakul. Felemelkedik ott, ahol egy mechanikus turbinát forgat, ezáltal áramot termel.
A geotermikus energia jövője a nagy magma "raktárak" megtalálása. Például a már említett Izlandon ez sikerült is: a forró magma a másodperc töredéke alatt az összes szivattyúzott vizet gőzzé változtatta, körülbelül 450 Celsius-fok hőmérsékleten, ami abszolút rekord. Az ilyen nagynyomású gőz többszörösére növelheti a geotermikus erőművek hatékonyságát, lendületet adhat a geotermikus energia fejlődésének világszerte, különösen a vulkánokkal és termálforrásokkal telített területeken.
Nukleáris hulladék felhasználása
A nukleáris energia egy időben feltűnést keltett. Így volt ez egészen addig, amíg az emberek felismerték ennek az iparágnak a veszélyétenergia. Balesetek lehetségesek, az ilyen esetek ellen senki sem védett, de nagyon ritkák, de a radioaktív hulladék folyamatosan megjelenik, és egészen a közelmúltig a tudósok nem tudták megoldani ezt a problémát. Az a tény, hogy az uránrudak - az atomerőművek hagyományos "üzemanyaga" - csak 5%-ban használhatók fel. Ennek a kis résznek a kidolgozása után a teljes botot a "lerakóba" küldik.
Korábban olyan technológiát alkalmaztak, amelyben a rudakat vízbe merítették, ami lelassítja a neutronokat, fenntartva a folyamatos reakciót. Most folyékony nátriumot használtak víz helyett. Ez a csere nemcsak a teljes uránmennyiség felhasználását teszi lehetővé, hanem több tízezer tonna radioaktív hulladék feldolgozását is.
Fontos megszabadítani a bolygót a nukleáris hulladéktól, de magában a technológiában van egy "de". Az urán erőforrás, és készletei a Földön végesek. Ha az egész bolygót kizárólag az atomerőművektől kapott energiára állítják át (például az Egyesült Államokban az atomerőművek az összes fogyasztott villamos energia mindössze 20%-át állítják elő), akkor az urántartalékok elég gyorsan kimerülnek, és ez ismét elvezeti az emberiséget. az energiaválság küszöbéig, így a nukleáris energia, bár modernizálva, de csak átmeneti intézkedés.
Növényi üzemanyag
Még Henry Ford is, aki létrehozta "T-modelljét", arra számított, hogy az már bioüzemanyaggal fog működni. Ekkor azonban új olajmezőket fedeztek fel, és évtizedekre megszűnt az alternatív energiaforrások iránti igény, de mostvissza.
Az elmúlt tizenöt évben a növényi tüzelőanyagok, például az etanol és a biodízel használata többszörösére nőtt. Független energiaforrásként és benzin adalékaként használják őket. Néhány évvel ezelőtt reményt fűztek egy különleges köleskultúrához, az úgynevezett repcéhez. Emberi vagy állati takarmányozásra teljesen alkalmatlan, viszont magas az olajtartalma. Ebből az olajból elkezdték "biodízelt" gyártani. De ez a növény túl sok helyet foglal el, ha megpróbál annyit termeszteni belőle, hogy a bolygó legalább egy részét táplálja.
Most a tudósok az algák használatáról beszélnek. Körülbelül 50%-os az olajtartalmuk, amivel az olaj kinyerése is ugyanolyan egyszerű lesz, a hulladékból pedig műtrágyát lehet készíteni, ami alapján új algák nevelhetők. Az ötletet érdekesnek tartják, de életképessége még nem bizonyított: az ezen a területen végzett sikeres kísérletek publikációja még nem jelent meg.
Fúzió
A világ jövőbeli energiája a modern tudósok szerint lehetetlen termonukleáris fúziós technológiák nélkül. Jelenleg ez a legígéretesebb fejlesztés, amelybe már dollármilliárdokat fektetnek be.
Az atomerőművek hasadási energiát használnak. Veszélyes, mert fennáll egy ellenőrizetlen reakció veszélye, amely tönkreteszi a reaktort, és hatalmas mennyiségű radioaktív anyag kibocsátásához vezet: talán mindenki emlékszik a csernobili atomerőmű balesetére.
A fúziós reakciókban azAhogy a neve is sugallja, az atomok fúziója során felszabaduló energiát használják fel. Ennek eredményeként az atomhasadástól eltérően nem keletkezik radioaktív hulladék.
A fő probléma az, hogy a fúzió eredményeként olyan anyag keletkezik, amelynek hőmérséklete olyan magas, hogy az egész reaktort tönkreteheti.
A jövő energiája valóság. A fantáziák pedig itt nem megfelelőek, jelenleg Franciaországban már elkezdték építeni a reaktort. Több milliárd dollárt fektettek be egy kísérleti projektbe, amelyet számos ország finanszírozott, köztük az EU-n kívül Kína és Japán, az USA, Oroszország és mások. Kezdetben az első kísérleteket már 2016-ban tervezték elindítani, de a számítások szerint túl kicsi volt a költségvetés (5 milliárd helyett 19-et vett igénybe), és az indulást további 9 évvel elhalasztották. Talán néhány év múlva meglátjuk, mire képes a fúziós energia.
A jelen kihívásai és a jövő lehetőségei
Nemcsak tudósok, hanem tudományos-fantasztikus írók is rengeteg ötletet adnak a jövő technológiájának energetikai megvalósításához, de abban mindenki egyetért, hogy eddig egyik javasolt lehetőség sem tudja maradéktalanul kielégíteni civilizációnk minden igényét. Például, ha az Egyesült Államokban minden autó bioüzemanyaggal üzemel, akkor a repceföldeknek az egész ország felével egyenlő területet kellene lefedniük, függetlenül attól, hogy az Egyesült Államokban nincs annyi mezőgazdaságra alkalmas terület. Sőt, eddig minden termelési módszer alternatív energia – utak. Talán minden hétköznapi városlakó egyetért azzal, hogy fontos a környezetbarát, megújuló erőforrások használata, de nem akkor, amikor egy ilyen átállás költségét jelen pillanatban megmondják neki. A tudósoknak még sok a tennivalójuk ezen a területen. Új felfedezések, új anyagok, új ötletek – mindez segíteni fogja az emberiséget abban, hogy sikeresen megbirkózzon a fenyegető erőforrás-válsággal. A bolygó energiaproblémája csak átfogó intézkedésekkel oldható meg. Egyes területeken kényelmesebb a szélenergia-termelés használata, valahol - napelemek stb. De talán a fő tényező általában az energiafogyasztás csökkentése és az energiatakarékos technológiák létrehozása lesz. Mindenkinek meg kell értenie, hogy ő felelős a bolygóért, és mindenkinek fel kell tennie magának a kérdést: "Milyen energiát válasszak a jövőben?" Mielőtt más forrásokra térne át, mindenkinek rá kell jönnie, hogy erre valóban szükség van. Csak integrált megközelítéssel lehet megoldani az energiafogyasztás problémáját.
