Nije tajna da su resursi koje čovječanstvo koristi danas ograničeni, štoviše, njihovo daljnje vađenje i korištenje može dovesti ne samo do energije, već i do ekološke katastrofe. Resursi koje čovječanstvo tradicionalno koristi – ugljen, plin i nafta – nestat će za nekoliko desetljeća, a mjere se moraju poduzeti sada, u naše vrijeme. Naravno, možemo se nadati da ćemo opet pronaći neko bogato ležište, baš kao što je to bilo u prvoj polovici prošlog stoljeća, ali znanstvenici su sigurni da tako velika ležišta više ne postoje. No u svakom slučaju, čak i otkrivanje novih nalazišta samo će odgoditi neizbježno, potrebno je pronaći načine za proizvodnju alternativne energije i prijeći na obnovljive izvore poput vjetra, sunca, geotermalne energije, energije protoka vode i dr. zbog toga je potrebno nastaviti razvijati tehnologije za uštedu energije.
U ovom članku razmotrit ćemo neke od najperspektivnijih, po mišljenju modernih znanstvenika, ideja na kojima će se graditi energija budućnosti.
Solarne stanice
Ljudi su se dugo pitali je li moguće koristiti energijusunce na zemlji. Voda se zagrijavala pod suncem, odjeća i keramika su sušeni prije nego što su poslani u pećnicu, ali se te metode ne mogu nazvati učinkovitima. Prva tehnička sredstva koja pretvaraju sunčevu energiju pojavila su se u 18. stoljeću. Francuski znanstvenik J. Buffon pokazao je pokus u kojem je uspio zapaliti suho stablo uz pomoć velikog konkavnog zrcala po vedrom vremenu s udaljenosti od oko 70 metara. Njegov sunarodnjak, poznati znanstvenik A. Lavoisier, koristio je leće za koncentriranje sunčeve energije, a u Engleskoj su stvorili bikonveksno staklo koje je fokusiranjem sunčevih zraka rastopilo lijevano željezo u samo nekoliko minuta.
Prirodoslovci su proveli mnoge eksperimente koji su dokazali da je korištenje sunčeve energije na Zemlji moguće. Međutim, solarna baterija koja bi solarnu energiju pretvarala u mehaničku pojavila se relativno nedavno, 1953. godine. Stvorili su ga znanstvenici američke Nacionalne svemirske agencije. Već 1959. godine solarna baterija je prvi put korištena za opremanje svemirskog satelita.
Možda su već tada, shvativši da su takve baterije puno učinkovitije u svemiru, znanstvenici došli na ideju stvarati svemirske solarne stanice, jer sunce u sat vremena generira energiju koliko i cijelo čovječanstvo ne potroši se za godinu dana, pa zašto ne koristiti This? Što će biti solarna energija budućnosti?
S jedne strane, čini se da je korištenje sunčeve energije idealna opcija. Međutim, cijena ogromne svemirske solarne stanice je vrlo visoka, a osim toga, bit će skupa za rad. Takovrijeme, kada se budu uvodile nove tehnologije za isporuku robe u svemir, kao i novi materijali, realizacija takvog projekta bit će moguća, ali za sada možemo koristiti samo relativno male baterije na površini planeta. Mnogi će reći da je i ovo dobro. Da, moguće je u uvjetima privatne kuće, ali za opskrbu energijom velikih gradova, sukladno tome, potrebno je ili puno solarnih panela, ili tehnologija koja će ih učiniti učinkovitijima.
Ovdje je također prisutna ekonomska strana problema: svaki proračun će uvelike patiti ako mu se povjeri zadatak pretvaranja cijelog grada (ili cijele zemlje) u solarne panele. Čini se da je moguće natjerati stanovnike gradova da plate neke iznose za preopremanje, ali u ovom slučaju će biti nezadovoljni, jer da su ljudi bili spremni napraviti takve troškove, odavno bi to sami učinili: svatko ima priliku kupiti solarnu bateriju.
Postoji još jedan paradoks u vezi solarne energije: troškovi proizvodnje. Izravno pretvaranje sunčeve energije u električnu nije najučinkovitija stvar. Do sada nije pronađen bolji način od korištenja sunčevih zraka za zagrijavanje vode, koja, pretvarajući se u paru, zauzvrat rotira dinamo. U ovom slučaju gubitak energije je minimalan. Čovječanstvo želi koristiti "zelene" solarne panele i solarne stanice za očuvanje resursa na zemlji, ali takav projekt zahtijeva ogromnu količinu istih resursa, i "ne-zelene" energije. Na primjer, u Francuskoj je nedavno izgrađena solarna elektrana, koja pokriva površinu od oko dva četvorna kilometra. Cijena izgradnje iznosila je oko 110 milijuna eura, ne uključujući operativne troškove. Uz sve to, treba imati na umu da je vijek trajanja takvih mehanizama oko 25 godina.
Vjetar
Energiju vjetra ljudi su također koristili od antike, a najjednostavniji primjer su jedrenje i vjetrenjače. Vjetrenjače su u uporabi i danas, posebno u područjima s stalnim vjetrom, kao što je na obali. Znanstvenici neprestano iznose ideje kako modernizirati postojeće uređaje za pretvaranje energije vjetra, a jedna od njih su vjetroturbine u obliku letećih turbina. Zbog stalne rotacije mogli bi "visjeti" u zraku na udaljenosti od nekoliko stotina metara od tla, gdje je vjetar jak i stalan. To bi pomoglo u elektrifikaciji ruralnih područja gdje korištenje standardnih vjetrenjača nije moguće. Osim toga, takve velike turbine mogle bi biti opremljene internetskim modulima, koji bi ljudima omogućili pristup World Wide Webu.
Plima i valovi
Bum solarne energije i energije vjetra postupno jenjava, a druga prirodna energija je privukla zanimanje istraživača. Više obećavajuće je korištenje oseka i oseka. Već stotinjak tvrtki diljem svijeta bavi se ovom problematikom, a postoji nekoliko projekata koji su dokazali učinkovitost ove metode rudarenja.struja. Prednost u odnosu na solarnu energiju je što su gubici tijekom prijenosa jedne energije na drugu minimalni: plimni val zakreće ogromnu turbinu, koja proizvodi električnu energiju.
Projekt Oyster je ideja o ugradnji zglobnog ventila na dnu oceana koji će dovesti vodu do obale, čime će se okrenuti jednostavna hidroelektrična turbina. Samo jedna takva instalacija mogla bi osigurati struju za mali mikrookrug.
U Australiji se već uspješno koriste plimni valovi: u gradu Perthu postavljena su postrojenja za desalinizaciju koja rade na ovu vrstu energije. Njihov rad omogućuje opskrbu svježom vodom oko pola milijuna ljudi. Prirodna energija i industrija također se mogu kombinirati u ovoj industriji proizvodnje energije.
Upotreba energije plime i oseke donekle se razlikuje od tehnologija koje smo navikli vidjeti u riječnim hidroelektranama. Hidroelektrane često štete okolišu: susjedna područja su poplavljena, ekosustav je uništen, ali stanice koje rade na plimnim valovima puno su sigurnije u tom pogledu.
Ljudska energija
Jedan od najfantastičnijih projekata na našoj listi može se nazvati korištenjem energije živih ljudi. Zvuči zapanjujuće, pa čak i pomalo zastrašujuće, ali nije sve tako strašno. Znanstvenici njeguju ideju kako koristiti mehaničku energiju kretanja. Ovi projekti su o mikroelektronici i nanotehnologijama s malom potrošnjom energije. Iako zvuči kao utopija, stvarnih pomaka nema, ali ideja je vrlozanimljivo i ne napušta umove znanstvenika. Slažem se, vrlo zgodni će biti uređaji koji će se, poput satova s automatskim namotavanjem, puniti zbog činjenice da se senzor povlači prstom ili zbog činjenice da tablet ili telefon jednostavno visi u torbi tijekom hodanja. Da ne spominjemo odjeću koja bi, ispunjena raznim mikrouređajima, mogla pretvoriti energiju ljudskog pokreta u električnu energiju.
Na Berkeleyju, u Lawrenceovom laboratoriju, na primjer, znanstvenici su pokušali realizirati ideju korištenja virusa za pretvaranje energije pritiska u električnu energiju. Postoje i mali mehanizmi pokretani pokretom, ali do sada takva tehnologija nije puštena u promet. Da, globalna energetska kriza ne može se riješiti na ovaj način: koliko će ljudi morati "trgati" da bi cijela tvornica radila? Ali kao jedna od mjera korištenih u kombinaciji, teorija je prilično održiva.
Posebno će takve tehnologije biti učinkovite na teško dostupnim mjestima, na polarnim postajama, u planinama i tajgi, među putnicima i turistima koji nemaju uvijek priliku puniti svoje gadgete, ali ostati u kontaktu je važno, pogotovo ako je grupa došla u kritičnu situaciju. Koliko bi se moglo spriječiti da ljudi uvijek imaju pouzdan komunikacijski uređaj koji ne ovisi o "utikaču".
vodikove gorive ćelije
Možda je svaki vlasnik automobila, gledajući indikator količine benzina koja se približava nuli, imaopomisao na to kako bi bilo sjajno kad bi auto trčao po vodi. Ali sada su njegovi atomi došli u fokus znanstvenika kao stvarni energetski objekti. Činjenica je da čestice vodika - najčešćeg plina u svemiru - sadrže ogromnu količinu energije. Štoviše, motor sagorijeva ovaj plin praktički bez nusproizvoda, što znači da dobivamo vrlo ekološki prihvatljivo gorivo.
Vodik se napaja nekim ISS modulima i šatlovima, ali na Zemlji postoji uglavnom u obliku spojeva kao što je voda. Osamdesetih godina u Rusiji je došlo do razvoja zrakoplova koji su koristili vodik kao gorivo, te su tehnologije čak uvedene u praksu, a eksperimentalni modeli dokazali su njihovu učinkovitost. Kad se vodik odvoji, prelazi u posebnu gorivnu ćeliju, nakon čega se može izravno generirati električna energija. Ovo nije energija budućnosti, to je već stvarnost. Slični automobili se već proizvode i to u prilično velikim serijama. Honda je, kako bi naglasila svestranost izvora energije i automobila u cjelini, provela eksperiment uslijed kojeg je automobil spojen na električnu kućnu mrežu, ali ne kako bi se napunio. Automobil može napajati privatnu kuću nekoliko dana ili voziti gotovo petsto kilometara bez dopunjavanja goriva.
Jedina mana takvog izvora energije u ovom trenutku je relativno visoka cijena takvih ekološki prihvatljivih automobila i, naravno, prilično mali broj vodikovih stanica, ali mnoge zemlje ih već planiraju graditi. Na primjer, uNjemačka već ima plan za instaliranje 100 benzinskih postaja do 2017.
toplina zemlje
Pretvaranje toplinske energije u električnu bit je geotermalne energije. U nekim zemljama gdje je teško koristiti druge industrije, koristi se prilično široko. Primjerice, na Filipinima 27% sve električne energije dolazi iz geotermalnih postrojenja, dok je na Islandu ta brojka oko 30%. Bit ove metode proizvodnje energije je prilično jednostavna, mehanizam je sličan jednostavnom parnom stroju. Prije navodnog "jezera" magme potrebno je izbušiti bunar kroz koji se dovodi voda. Nakon kontakta s vrućom magmom, voda se trenutno pretvara u paru. Uzdiže se tamo gdje vrti mehaničku turbinu, stvarajući tako električnu energiju.
Budućnost geotermalne energije je pronaći velike "skladišta" magme. Primjerice, na spomenutom Islandu su uspjeli: vruća magma je u djeliću sekunde svu ispumpanu vodu pretvorila u paru na temperaturi od oko 450 stupnjeva Celzija, što je apsolutni rekord. Takva para visokog tlaka može nekoliko puta povećati učinkovitost geotermalne elektrane, može postati poticaj za razvoj geotermalne energije diljem svijeta, posebno u područjima zasićenim vulkanima i termalnim izvorima.
Upotreba nuklearnog otpada
Nuklearna energija je svojedobno napravila prskanje. Tako je bilo sve dok ljudi nisu shvatili opasnost od ove industrijeenergije. Nesreće su moguće, nitko nije imun od takvih slučajeva, ali su vrlo rijetki, ali radioaktivni otpad se stalno pojavljuje i donedavno znanstvenici nisu mogli riješiti ovaj problem. Činjenica je da uranske šipke - tradicionalno "gorivo" nuklearnih elektrana, može koristiti samo 5%. Nakon obrade ovog malog dijela, cijeli štap se šalje na "deponiju".
Prije se koristila tehnologija u kojoj su štapovi bili uronjeni u vodu, koja usporava neutrone, održavajući stabilnu reakciju. Sada se umjesto vode koristi tekući natrij. Ova zamjena omogućuje ne samo korištenje cjelokupnog volumena urana, već i obradu desetaka tisuća tona radioaktivnog otpada.
Važno je osloboditi planet nuklearnog otpada, ali postoji jedno "ali" u samoj tehnologiji. Uran je resurs, a njegove rezerve na Zemlji su ograničene. Ako se cijeli planet prebaci isključivo na energiju dobivenu iz nuklearnih elektrana (na primjer, u Sjedinjenim Državama nuklearne elektrane proizvode samo 20% sve potrošene električne energije), rezerve urana će se prilično brzo iscrpiti, a to će opet dovesti čovječanstvo na pragu energetske krize, pa je nuklearna energija, iako modernizirana, samo privremena mjera.
biljno gorivo
Čak je i Henry Ford, nakon što je stvorio svoj "Model T", očekivao da će on već raditi na biogorivu. Međutim, tada su otkrivena nova naftna polja, a potreba za alternativnim izvorima energije nestala je nekoliko desetljeća, ali sadanatrag.
Tijekom proteklih petnaest godina, upotreba biljnih goriva kao što su etanol i biodizel nekoliko se puta povećala. Koriste se kao samostalni izvori energije, te kao aditivi benzinu. Prije nekog vremena nade su se polagale u posebnu kulturu prosa, nazvanu "kanola". Potpuno je neprikladan za ljudsku ili stočnu hranu, ali ima visok udio ulja. Od ovog ulja počeli su proizvoditi "biodizel". Ali ovaj će usjev zauzeti previše prostora ako pokušate uzgojiti dovoljno da napaja barem dio planeta.
Sada znanstvenici govore o upotrebi algi. Uljnost im je oko 50%, što će isto tako olakšati vađenje ulja, a otpad se može pretvoriti u gnojiva na temelju kojih će se uzgajati nove alge. Ideja se smatra zanimljivom, ali njezina održivost još nije dokazana: objavljivanje uspješnih eksperimenata u ovom području još nije objavljeno.
Fusion
Buduća energija svijeta, prema modernim znanstvenicima, nemoguća je bez termonuklearne fuzijske tehnologije. Ovo je trenutno najperspektivniji razvoj u koji se već ulažu milijarde dolara.
Nuklearne elektrane koriste energiju fisije. Opasno je jer postoji opasnost od nekontrolirane reakcije koja će uništiti reaktor i dovesti do oslobađanja ogromne količine radioaktivnih tvari: možda se svi sjećaju nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil.
U reakcijama fuzije kojeKao što naziv govori, koristi se energija koja se oslobađa tijekom fuzije atoma. Kao rezultat toga, za razliku od atomske fisije, ne nastaje radioaktivni otpad.
Glavni problem je što se kao rezultat fuzije stvara tvar koja ima tako visoku temperaturu da može uništiti cijeli reaktor.
Ova energija budućnosti je stvarnost. A fantazije su ovdje neprikladne, trenutno je u Francuskoj već počela izgradnja reaktora. Uloženo je nekoliko milijardi dolara u pilot-projekt koji financiraju mnoge zemlje, među kojima su, osim EU, Kina i Japan, SAD, Rusija i druge. Prvotno je planirano da se prvi eksperimenti pokrenu već 2016. godine, no izračuni su pokazali da je proračun premali (umjesto 5 milijardi, trebalo je 19), a lansiranje je odgođeno za još 9 godina. Možda ćemo za nekoliko godina vidjeti za što je fuzijska snaga sposobna.
Izazovi sadašnjosti i prilike za budućnost
Ne samo znanstvenici, već i pisci znanstvene fantastike daju puno ideja za implementaciju tehnologije budućnosti u energetici, no svi se slažu da do sada niti jedna od predloženih opcija ne može u potpunosti zadovoljiti sve potrebe naše civilizacije. Na primjer, ako svi automobili u Sjedinjenim Državama rade na biogorivo, polja repice morala bi pokriti površinu koja je jednaka polovici cijele zemlje, bez obzira na to što u Sjedinjenim Državama nema toliko zemljišta pogodnog za poljoprivredu. Štoviše, do sada sve metode proizvodnje alternativna energija – ceste. Možda se svaki obični stanovnik grada slaže da je važno koristiti ekološki prihvatljive, obnovljive resurse, ali ne kada im se kaže kolika je cijena takvog prijelaza u ovom trenutku. Znanstvenici na ovom području imaju još puno posla. Nova otkrića, novi materijali, nove ideje - sve će to pomoći čovječanstvu da se uspješno nosi s nadolazećom krizom resursa. Energetski problem planeta može se riješiti samo sveobuhvatnim mjerama. U nekim je područjima prikladnije koristiti proizvodnju energije vjetra, negdje - solarne ploče i tako dalje. No, možda će glavni čimbenik biti smanjenje potrošnje energije općenito i stvaranje tehnologija za uštedu energije. Svaka osoba mora shvatiti da je odgovorna za planet, i svatko si mora postaviti pitanje: "Koju vrstu energije biram za budućnost?" Prije nego što prijeđemo na druge resurse, svi bi trebali shvatiti da je to stvarno potrebno. Samo integriranim pristupom bit će moguće riješiti problem potrošnje energije.
