Ni skrivnost, da so viri, ki jih danes uporablja človeštvo, omejeni, poleg tega pa lahko njihovo nadaljnje pridobivanje in uporaba vodita ne le do energije, ampak tudi do okoljske katastrofe. Viri, ki jih tradicionalno uporablja človeštvo - premog, plin in nafta - bodo zmanjkali v nekaj desetletjih, in ukrepe je treba sprejeti zdaj, v našem času. Seveda lahko upamo, da bomo spet našli kakšno bogato nahajališče, tako kot je bilo v prvi polovici prejšnjega stoletja, a znanstveniki so prepričani, da tako velikih nahajališč ni več. Vsekakor pa bo tudi odkrivanje novih nahajališč le odložilo neizogibno, treba je najti načine za proizvodnjo alternativne energije in preiti na obnovljive vire, kot so veter, sonce, geotermalna energija, energija vodnega toka in drugi, ter zato je treba še naprej razvijati energetsko varčne tehnologije.
V tem članku bomo obravnavali nekaj najbolj obetavnih, po mnenju sodobnih znanstvenikov, idej, na katerih bo zgrajena energija prihodnosti.
sončne postaje
Ljudje se že dolgo sprašujejo, ali je mogoče porabiti energijosonce na zemlji. Vodo so segrevali pod soncem, oblačila in lončenino so posušili, preden so jih poslali v pečico, vendar teh metod ni mogoče imenovati učinkovitih. Prva tehnična sredstva za pretvarjanje sončne energije so se pojavila v 18. stoletju. Francoski znanstvenik J. Buffon je pokazal poskus, pri katerem mu je uspelo s pomočjo velikega konkavnega ogledala v jasnem vremenu z razdalje približno 70 metrov vžgati suho drevo. Njegov rojak, slavni znanstvenik A. Lavoisier, je z lečami koncentriral sončno energijo, v Angliji pa so ustvarili bikonveksno steklo, ki je z fokusiranjem sončnih žarkov v le nekaj minutah stopilo lito železo.
Naravoslovci so izvedli številne poskuse, ki so dokazali, da je uporaba sončne energije na Zemlji možna. Vendar se je sončna baterija, ki bi sončno energijo pretvarjala v mehansko, pojavila relativno nedavno, leta 1953. Ustvarili so ga znanstveniki iz ameriške nacionalne vesoljske agencije. Že leta 1959 je bila sončna baterija prvič uporabljena za opremljanje vesoljskega satelita.
Morda so znanstveniki že takrat, ko so spoznali, da so takšne baterije veliko bolj učinkovite v vesolju, prišle na idejo ustvariti vesoljske sončne postaje, saj sonce v eni uri ustvari toliko energije kot vse človeštvo ne porabi v enem letu, zakaj ne bi uporabili tega? Kakšna bo sončna energija prihodnosti?
Po eni strani se zdi, da je uporaba sončne energije idealna možnost. Vendar pa so stroški ogromne vesoljske sončne postaje zelo visoki, poleg tega pa bo drago za delovanje. TorejV času, ko bodo uvedene nove tehnologije za dostavo blaga v vesolje, pa tudi novi materiali, bo izvedba takšnega projekta mogoča, a za zdaj lahko na površju planeta uporabljamo le relativno majhne baterije. Mnogi bodo rekli, da je tudi to dobro. Da, to je mogoče v pogojih zasebne hiše, toda za oskrbo z energijo velikih mest je torej potrebno bodisi veliko sončnih kolektorjev bodisi tehnologija, ki jih bo naredila učinkovitejše.
Tukaj je prisotna tudi ekonomska plat vprašanja: vsak proračun bo močno trpel, če mu bodo zaupali nalogo, da celotno mesto (ali celotno državo) pretvori v sončne kolektorje. Zdi se, da je mogoče prebivalce mest obvezati, da plačajo nekaj zneskov za ponovno opremo, vendar bodo v tem primeru nezadovoljni, saj če bi bili ljudje pripravljeni narediti takšne stroške, bi to storili sami: vsak ima možnost kupiti solarno baterijo.
V zvezi s sončno energijo obstaja še en paradoks: proizvodni stroški. Neposredna pretvorba sončne energije v električno ni najbolj učinkovita stvar. Doslej še ni bilo mogoče najti boljšega načina, kot da bi s sončnimi žarki segrevali vodo, ki, ki se spremeni v paro, zavrti dinamo. V tem primeru je izguba energije minimalna. Človeštvo želi uporabiti "zelene" sončne kolektorje in sončne postaje za ohranjanje virov na zemlji, vendar bi tak projekt zahteval ogromno enakih virov in "nezelene" energije. Na primer, v Franciji je bila nedavno zgrajena sončna elektrarna, ki pokriva površino približno dva kvadratna kilometra. Stroški gradnje so znašali okoli 110 milijonov evrov brez stroškov obratovanja. Ob vsem tem je treba upoštevati, da je življenjska doba takšnih mehanizmov približno 25 let.
veter
Vetrno energijo ljudje uporabljajo tudi že od antike, najpreprostejši primer so jadranje in mlini na veter. Vetrnice so še danes v uporabi, predvsem na območjih s stalnimi vetrovi, na primer na obali. Znanstveniki nenehno dajejo ideje, kako posodobiti obstoječe naprave za pretvorbo vetrne energije, ena izmed njih so vetrne turbine v obliki vrtoglavih turbin. Zaradi nenehnega vrtenja bi lahko »viseli« v zraku na razdalji nekaj sto metrov od tal, kjer je močan in stalen veter. To bi pomagalo pri elektrifikaciji podeželja, kjer uporaba standardnih vetrnic ni mogoča. Poleg tega bi lahko tako visoke turbine opremili z internetnimi moduli, ki bi ljudem omogočili dostop do svetovnega spleta.
Plimovanje in valovi
Razcvet sončne in vetrne energije postopoma bledi, druga naravna energija pa je pritegnila zanimanje raziskovalcev. Bolj obetavna je uporaba osek in osek. S to problematiko se po svetu ukvarja že okoli sto podjetij, več je projektov, ki so dokazali učinkovitost te metode rudarjenja.elektrika. Prednost pred sončno energijo je, da so izgube pri prenosu ene energije na drugo minimalne: plimski val zavrti ogromno turbino, ki proizvaja električno energijo.
Projekt Oyster je ideja o namestitvi zgibnega ventila na dnu oceana, ki bo pripeljal vodo na obalo in s tem obrnil preprosto hidroelektrično turbino. Samo ena taka instalacija bi lahko zagotovila električno energijo v majhnem mikrookrožju.
Plimski valovi se že uspešno uporabljajo v Avstraliji: v mestu Perth so namestili razsoljevalne naprave, ki delujejo na to vrsto energije. Njihovo delo omogoča oskrbo s svežo vodo približno pol milijona ljudi. V tej industriji proizvodnje energije je mogoče združiti tudi naravno energijo in industrijo.
Raba energije plimovanja se nekoliko razlikuje od tehnologij, ki smo jih navajeni videti v rečnih hidroelektrarnah. Hidroelektrarne pogosto škodujejo okolju: sosednja ozemlja so poplavljena, ekosistem je uničen, vendar so postaje, ki delujejo na plimskih valovih, v tem pogledu veliko varnejše.
človeška energija
Eden najbolj fantastičnih projektov na našem seznamu lahko imenujemo uporaba energije živih ljudi. Sliši se osupljivo in celo nekoliko grozljivo, vendar ni vse tako strašljivo. Znanstveniki negujejo idejo, kako uporabiti mehansko energijo gibanja. Ti projekti so namenjeni mikroelektroniki in nanotehnologiji z nizko porabo energije. Čeprav se sliši kot utopija, resničnega razvoja ni, je pa ideja zelozanimivo in ne zapusti misli znanstvenikov. Strinjam se, zelo priročne bodo naprave, ki se bodo, tako kot ure s samodejnim navijanjem, polnile zaradi dejstva, da senzor potegnemo s prstom, ali od dejstva, da tablica ali telefon med hojo preprosto visi v torbi. Da ne omenjam oblačil, ki bi, napolnjena z različnimi mikronapravami, lahko pretvorila energijo človeškega gibanja v elektriko.
Na Berkeleyju, v Lawrenceovem laboratoriju, so na primer znanstveniki poskušali uresničiti zamisel o uporabi virusov za pretvorbo tlačne energije v električno energijo. Obstajajo tudi majhni mehanizmi, ki jih poganja gibanje, vendar doslej taka tehnologija ni bila uvedena. Da, globalne energetske krize se ne da obravnavati na ta način: koliko ljudi bo moralo »trgati«, da bo cela elektrarna delovala? Toda kot eden od ukrepov, uporabljenih v kombinaciji, je teorija precej izvedljiva.
Takšne tehnologije bodo še posebej učinkovite na težko dostopnih mestih, na polarnih postajah, v gorah in tajgi, med popotniki in turisti, ki nimajo vedno možnosti napolniti svojih pripomočkov, vendar je ostati v stiku pomembno, še posebej, če je skupina zašla v kritično situacijo. Koliko bi lahko preprečili, če bi imeli ljudje vedno zanesljivo komunikacijsko napravo, ki ne bi bila odvisna od "vtiča".
vodikove gorivne celice
Morda je imel vsak lastnik avtomobila ob pogledu na kazalnik količine bencina, ki se približuje ničli,misel, kako super bi bilo, če bi avto tekel po vodi. Toda zdaj so njegovi atomi prišli v pozornost znanstvenikov kot resnični predmeti energije. Dejstvo je, da delci vodika - najpogostejšega plina v vesolju - vsebujejo ogromno energije. Poleg tega motor gori ta plin skoraj brez stranskih produktov, kar pomeni, da dobimo okolju prijazno gorivo.
Vodik napajajo nekateri ISS moduli in shuttlei, vendar na Zemlji obstaja predvsem v obliki spojin, kot je voda. V osemdesetih letih so se v Rusiji razvila letala, ki so uporabljala vodik kot gorivo, te tehnologije so bile celo uvedene v prakso, eksperimentalni modeli pa so dokazali svojo učinkovitost. Ko se vodik loči, se premakne v posebno gorivno celico, po kateri se lahko neposredno proizvaja električna energija. To ni energija prihodnosti, to je že realnost. Podobni avtomobili se že proizvajajo in to v precej velikih serijah. Honda je, da bi poudarila vsestranskost vira energije in avtomobila kot celote, izvedla poskus, zaradi katerega je bil avto priključen na električno domače omrežje, ne pa zato, da bi se napolnil. Avto lahko napaja zasebni dom več dni ali pa vozi skoraj petsto kilometrov brez dolivanja goriva.
Edina pomanjkljivost takšnega energenta trenutno so razmeroma visoki stroški tako okolju prijaznih avtomobilov in seveda dokaj majhno število vodikovih postaj, vendar jih številne države že načrtujejo gradnjo. Na primer, vNemčija že ima načrt za namestitev 100 bencinskih črpalk do leta 2017.
toplina zemlje
Pretvorba toplotne energije v električno energijo je bistvo geotermalne energije. V nekaterih državah, kjer je težko uporabljati druge panoge, se uporablja precej široko. Na primer, na Filipinih 27 % vse električne energije prihaja iz geotermalnih elektrarn, medtem ko je na Islandiji ta številka približno 30 %. Bistvo te metode pridobivanja energije je precej preprosto, mehanizem je podoben preprostemu parnemu stroju. Pred domnevnim "jezerom" magme je treba izvrtati vrtino, skozi katero se dovaja voda. Ob stiku z vročo magmo se voda v trenutku spremeni v paro. Dvigne se tam, kjer vrti mehansko turbino in tako proizvaja elektriko.
Prihodnost geotermalne energije je iskanje velikih "zalog" magme. Na omenjeni Islandiji jim je denimo uspelo: vroča magma je v delčku sekunde vso načrpano vodo spremenila v paro pri temperaturi okoli 450 stopinj Celzija, kar je absolutni rekord. Tako visokotlačna para lahko večkrat poveča učinkovitost geotermalne elektrarne, lahko postane zagon za razvoj geotermalne energije po vsem svetu, zlasti na območjih, nasičenih z vulkani in termalnimi vrelci.
Uporaba jedrskih odpadkov
Jedrska energija je nekoč naredila pljusk. Tako je bilo, dokler ljudje niso spoznali nevarnosti te industrijeenergija. Nesreče so možne, pred takšnimi primeri ni nihče imun, so pa zelo redki, a radioaktivni odpadki se vztrajno pojavljajo in do nedavnega znanstveniki tega problema niso mogli rešiti. Dejstvo je, da lahko uranove palice - tradicionalno "gorivo" jedrskih elektrarn, uporablja le 5%. Po obdelavi tega majhnega dela se celotna palica pošlje na "deponijo".
Prej je bila uporabljena tehnologija, pri kateri so bile palice potopljene v vodo, ki upočasnjuje nevtrone in ohranja enakomerno reakcijo. Zdaj je bil namesto vode uporabljen tekoči natrij. Ta zamenjava omogoča ne le uporabo celotne količine urana, temveč tudi predelavo na deset tisoč ton radioaktivnih odpadkov.
Pomembno je, da se planet znebi jedrskih odpadkov, vendar obstaja eno "ampak" v sami tehnologiji. Uran je vir in njegove zaloge na Zemlji so omejene. Če se celoten planet preklopi izključno na energijo, ki jo prejemajo jedrske elektrarne (na primer v ZDA jedrske elektrarne proizvedejo le 20% vse porabljene električne energije), se bodo zaloge urana precej hitro izčrpale, kar bo spet vodilo človeštvo. na pragu energetske krize, zato je jedrska energija, čeprav posodobljena, le začasen ukrep.
rastlinsko gorivo
Celo Henry Ford, ki je ustvaril svoj "Model T", je pričakoval, da bo že deloval na biogoriva. Vendar so bila takrat odkrita nova naftna polja in potreba po alternativnih virih energije je izginila za nekaj desetletij, zdaj paspet nazaj.
V zadnjih petnajstih letih se je uporaba rastlinskih goriv, kot sta etanol in biodizel, večkrat povečala. Uporabljajo se kot samostojni viri energije in kot dodatki bencinu. Pred časom so polagali upe na posebno kulturo prosa, imenovano »canola«. Povsem neprimeren je za prehrano ljudi ali živine, ima pa veliko olja. Iz tega olja so začeli proizvajati "biodizel". Toda ta pridelek bo zavzel preveč prostora, če ga boste poskušali pridelati dovolj, da bo napajal vsaj del planeta.
Zdaj znanstveniki govorijo o uporabi alg. Njihova vsebnost olja je približno 50-odstotna, kar bo olajšalo pridobivanje olja, odpadke pa lahko spremenimo v gnojila, na podlagi katerih bodo vzgajale nove alge. Zamisel velja za zanimivo, vendar njena izvedljivost še ni dokazana: objava uspešnih poskusov na tem področju še ni bila objavljena.
Fusion
Prihodnja energija sveta je po mnenju sodobnih znanstvenikov nemogoča brez tehnologij termonuklearne fuzije. To je trenutno najbolj obetaven razvoj, v katerega se že vlagajo milijarde dolarjev.
Nuklearne elektrarne uporabljajo fisijsko energijo. Nevarno je, ker obstaja nevarnost nenadzorovane reakcije, ki bo uničila reaktor in povzročila izpust ogromne količine radioaktivnih snovi: morda se vsi spomnijo nesreče v jedrski elektrarni v Černobilu.
V fuzijskih reakcijah, kiKot pove že ime, se uporablja energija, ki se sprosti med fuzijo atomov. Posledično za razliko od atomske cepitve ne nastajajo nobeni radioaktivni odpadki.
Glavni problem je v tem, da zaradi fuzije nastane snov, ki ima tako visoko temperaturo, da lahko uniči celoten reaktor.
Ta energija prihodnosti je resničnost. In fantazije so tukaj neprimerne, trenutno se je v Franciji že začela gradnja reaktorja. V pilotni projekt, ki ga financirajo številne države, med katerimi so poleg EU še Kitajska in Japonska, ZDA, Rusija in druge, so vložili več milijard dolarjev. Sprva so bili prvi poskusi načrtovani za začetek že leta 2016, a so izračuni pokazali, da je proračun premajhen (namesto 5 milijard je bilo potrebnih 19), zagon pa so prestavili za nadaljnjih 9 let. Morda bomo čez nekaj let videli, česa je zmožna fuzijska moč.
Izzivi sedanjosti in priložnosti za prihodnost
Ne le znanstveniki, tudi pisci znanstvene fantastike dajejo veliko idej za implementacijo bodoče tehnologije v energetiki, vendar se vsi strinjajo, da doslej nobena od predlaganih možnosti ne more v celoti zadovoljiti vseh potreb naše civilizacije. Na primer, če vsi avtomobili v Združenih državah delujejo na biogoriva, bi morala polja repice pokrivati površino, ki je enaka polovici celotne države, ne glede na to, da v ZDA ni toliko zemlje, primerne za kmetijstvo. Poleg tega so doslej vse metode proizvodnje alternativna energija - ceste. Morda se vsak navaden mestni prebivalec strinja, da je pomembno uporabljati okolju prijazne, obnovljive vire, vendar ne takrat, ko jim povedo, kakšna je cena takšnega prehoda v tem trenutku. Znanstveniki na tem področju čakajo še veliko dela. Nova odkritja, novi materiali, nove ideje - vse to bo človeštvu pomagalo, da se uspešno spopade s pretečo krizo virov. Energetski problem planeta je mogoče rešiti le s celovitimi ukrepi. Na nekaterih območjih je bolj priročno uporabljati proizvodnjo vetrne energije, nekje - sončne celice itd. Morda pa bo glavni dejavnik zmanjšanje porabe energije na splošno in ustvarjanje energetsko varčnih tehnologij. Vsak človek mora razumeti, da je odgovoren za planet, in vsak si mora zastaviti vprašanje: "Kakšno energijo naj izberem za prihodnost?" Preden se premaknete na druge vire, bi se morali vsi zavedati, da je to res potrebno. Le s celostnim pristopom bo mogoče rešiti problem porabe energije.
