Ei ole mikään salaisuus, että ihmiskunnan käyttämät luonnonvarat ovat rajalliset, ja lisäksi niiden louhinta ja käyttö voi johtaa energian lisäksi myös ympäristökatastrofiin. Ihmiskunnan perinteisesti käyttämät luonnonvarat - hiili, kaasu ja öljy - loppuvat muutamassa vuosikymmenessä, ja toimenpiteisiin on ryhdyttävä nyt, meidän aikanamme. Voimme tietysti toivoa, että löydämme jälleen runsaan esiintymän, aivan kuten viime vuosisadan ensimmäisellä puoliskolla, mutta tutkijat ovat varmoja, että näin suuria esiintymiä ei enää ole. Mutta joka tapauksessa, jopa uusien esiintymien löytäminen vain viivyttää väistämätöntä, on löydettävä tapoja tuottaa vaihtoehtoista energiaa ja siirtyä uusiutuviin luonnonvaroihin, kuten tuuli, aurinko, geoterminen energia, veden virtausenergia ja muut. Tämän vuoksi on tarpeen jatkaa energiaa säästävien teknologioiden kehittämistä.
Tässä artikkelissa tarkastelemme joitain nykyajan tutkijoiden mielestä lupaavimpia ideoita, joiden varaan tulevaisuuden energia rakennetaan.
Aurinkovoimalat
Ihmiset ovat pitkään miettineet, onko energiaa mahdollista käyttääaurinko maan päällä. Vesi lämmitettiin auringon alla, vaatteet ja keramiikka kuivattiin ennen uuniin lähettämistä, mutta näitä menetelmiä ei voida kutsua tehokkaiksi. Ensimmäiset tekniset keinot aurinkoenergian muuntamiseksi ilmestyivät 1700-luvulla. Ranskalainen tiedemies J. Buffon esitti kokeen, jossa hän onnistui sytyttämään kuivan puun suuren koveran peilin avulla kirkkaalla säällä noin 70 metrin etäisyydeltä. Hänen maanmiehensä, kuuluisa tiedemies A. Lavoisier, käytti linssejä auringon energian keskittämiseen, ja Englannissa loi kaksoiskupera lasi, joka kohdistamalla auringonsäteet sulatti valuraudan muutamassa minuutissa.
Luonnontutkijat suorittivat monia kokeita, jotka osoittivat, että aurinkoenergian käyttö maan päällä on mahdollista. Kuitenkin aurinkoparisto, joka muuttaisi aurinkoenergian mekaaniseksi energiaksi, ilmestyi suhteellisen äskettäin, vuonna 1953. Sen ovat luoneet Yhdysv altain kansallisen ilmailuviraston tutkijat. Jo vuonna 1959 aurinkoparistoa käytettiin ensimmäisen kerran avaruussatelliitin varustamiseen.
Ehkä jo silloin, kun tiedemiehet ymmärsivät, että tällaiset akut ovat paljon tehokkaampia avaruudessa, he keksivät idean luoda aurinkovoimaloita avaruuteen, sillä tunnissa aurinko tuottaa yhtä paljon energiaa kuin koko ihmiskunta ei kuluta vuodessa, joten miksi et käyttäisi tätä? Mikä on tulevaisuuden aurinkoenergia?
Yhtäältä näyttää siltä, että aurinkoenergian käyttö on ihanteellinen vaihtoehto. V altavan avaruusaurinkovoimalan kustannukset ovat kuitenkin erittäin korkeat, ja lisäksi sen käyttö tulee kalliiksi. Niinkun uudet tekniikat tavaroiden toimittamiseen avaruuteen sekä uusia materiaaleja otetaan käyttöön, tällaisen projektin toteuttaminen tulee mahdolliseksi, mutta toistaiseksi voimme käyttää vain suhteellisen pieniä akkuja planeetan pinnalla. Monet sanovat, että tämä on myös hyvä. Kyllä, se on mahdollista omakotitalon olosuhteissa, mutta suurten kaupunkien energiahuoltoon tarvitaan joko paljon aurinkopaneeleja tai tekniikkaa, joka tekee niistä tehokkaampia.
Tässä on myös asian taloudellinen puoli: mikä tahansa budjetti kärsii suuresti, jos sille uskotaan koko kaupungin (tai koko maan) muuntaminen aurinkopaneeleiksi. Vaikuttaa siltä, että kaupunkien asukkaat voidaan velvoittaa maksamaan joitain summia uudelleenvarustelusta, mutta tässä tapauksessa he ovat tyytymättömiä, koska jos ihmiset olisivat valmiita maksamaan tällaisia kuluja, he olisivat tehneet sen itse jo kauan sitten: jokaisella on mahdollisuus ostaa aurinkoakku.
Aurinkoenergiaan liittyy toinen paradoksi: tuotantokustannukset. Aurinkoenergian muuntaminen suoraan sähköksi ei ole tehokkainta. Toistaiseksi ei ole löydetty parempaa tapaa kuin käyttää auringonsäteitä veden lämmittämiseen, joka höyryksi muuttuessaan vuorostaan pyörittää dynamoa. Tässä tapauksessa energiahäviö on minimaalinen. Ihmiskunta haluaa käyttää "vihreitä" aurinkopaneeleja ja aurinkoasemia säästääkseen maapallon luonnonvaroja, mutta tällainen hanke vaatisi v altavan määrän samoja resursseja ja "ei-vihreää" energiaa. Esimerkiksi Ranskassa rakennettiin hiljattain aurinkovoimala, jonka pinta-ala on noin kaksi neliökilometriä. Rakennuskustannukset olivat noin 110 miljoonaa euroa ilman käyttökustannuksia. Kaiken tämän kanssa on pidettävä mielessä, että tällaisten mekanismien käyttöikä on noin 25 vuotta.
Tuuli
Ihmiset ovat käyttäneet myös tuulienergiaa antiikista lähtien, yksinkertaisin esimerkki on purjehdus ja tuulimyllyt. Tuulimyllyt ovat edelleen käytössä, erityisesti alueilla, joilla tuulet jatkuvat, kuten rannikolla. Tiedemiehet esittävät jatkuvasti ideoita nykyisten tuulienergian muuntamiseen tarkoitettujen laitteiden modernisoimiseksi, yksi niistä on tuuliturbiinit huiman turbiinien muodossa. Jatkuvan pyörimisen ansiosta ne voisivat "roikkua" ilmassa useiden satojen metrien etäisyydellä maasta, missä tuuli on voimakas ja jatkuva. Tämä auttaisi sähköistämään maaseutualueita, joissa tavallisten tuulimyllyjen käyttö ei ole mahdollista. Lisäksi tällaiset huiman turbiinit voitaisiin varustaa Internet-moduuleilla, jotka tarjoaisivat ihmisille pääsyn World Wide Webiin.
Vuorovedet ja aallot
Aurinko- ja tuulienergian puomi on vähitellen hiipumassa, ja muu luonnonenergia on herättänyt tutkijoiden kiinnostusta. Lupaavampaa on a altojen ja laskujen käyttö. Jo noin sata yritystä ympäri maailmaa käsittelee tätä ongelmaa, ja on useita hankkeita, jotka ovat osoittaneet tämän kaivosmenetelmän tehokkuuden.sähköä. Etuna aurinkoenergiaan verrattuna on se, että häviöt energian siirtyessä toiseen ovat minimaaliset: hyökya alto pyörittää v altavaa turbiinia, joka tuottaa sähköä.
Project Oyster on ajatus asentaa saranoitu venttiili meren pohjaan, joka tuo vettä rantaan ja kääntää siten yksinkertaisen vesivoimaturbiinin. Vain yksi tällainen asennus voisi tuottaa sähköä pienelle mikropiirille.
Aluea altoja käytetään jo menestyksekkäästi Australiassa: Perthin kaupunkiin on asennettu tällä energialla toimivia suolanpoistolaitoksia. Heidän työnsä mahdollistaa makean veden tarjoamisen noin puolelle miljoonalle ihmiselle. Luonnonenergia ja teollisuus voidaan myös yhdistää tässä energiantuotantoteollisuudessa.
Vuorovesienergian käyttö eroaa jonkin verran tekniikasta, jota olemme tottuneet näkemään jokien vesivoimaloissa. Usein vesivoimalat vahingoittavat ympäristöä: viereisiä alueita tulvii, ekosysteemi tuhoutuu, mutta hyökyaalloilla toimivat asemat ovat tässä suhteessa paljon turvallisempia.
Ihmisenergia
Yksi luettelomme fantastisimmista projekteista voidaan kutsua elävien ihmisten energian käyttöön. Se kuulostaa upe alta ja jopa hieman pelottav alta, mutta kaikki ei ole niin pelottavaa. Tiedemiehet vaalivat ajatusta liikkeen mekaanisen energian hyödyntämisestä. Nämä hankkeet koskevat mikroelektroniikkaa ja nanoteknologiaa alhaisella virrankulutuksella. Vaikka se kuulostaa utopi alta, todellista kehitystä ei ole, mutta idea on hyvinmielenkiintoinen eikä jätä tutkijoita mieleen. Hyväksy, erittäin käteviä ovat laitteet, jotka, kuten kellot, joissa on automaattinen kelaus, latautuvat siitä, että anturia pyyhkäistään sormella, tai siitä, että tabletti tai puhelin yksinkertaisesti roikkuu laukussa kävellessä. Puhumattakaan vaatteista, jotka erilaisilla mikrolaitteilla täytettynä voisivat muuttaa ihmisen liikkeen energian sähköksi.
Esimerkiksi Berkeleyssä, Lawrencen laboratoriossa, tutkijat yrittivät toteuttaa idean käyttää viruksia paineenergian muuttamiseksi sähköksi. On myös pieniä mekanismeja, jotka toimivat liikkeellä, mutta toistaiseksi tällaista tekniikkaa ei ole otettu käyttöön. Kyllä, globaalia energiakriisiä ei voi käsitellä tällä tavalla: kuinka moni joutuu "kauplemaan" saadakseen koko laitoksen toimimaan? Mutta yhtenä yhdistelmänä käytetyistä mittareista teoria on varsin käyttökelpoinen.
Etenkin tällaiset tekniikat ovat tehokkaita vaikeapääsyisissä paikoissa, napa-asemilla, vuorilla ja taigassa, matkailijoiden ja turistien keskuudessa, joilla ei aina ole mahdollisuutta ladata laitteitaan, mutta yhteydenpito on tärkeää, varsinkin jos ryhmä joutui kriittiseen tilanteeseen. Kuinka paljon voitaisiin estää, jos ihmisillä olisi aina luotettava viestintälaite, joka ei olisi riippuvainen "pistokkeesta".
Vetypolttokennot
Ehkä jokaisella auton omistajalla oli nollaa lähestyvän bensiinin määrän indikaattoria katsoessaanajatus siitä, kuinka hienoa olisi, jos auto ajaisi veden päällä. Mutta nyt sen atomit ovat tulleet tutkijoiden tietoon todellisina energiakohteina. Tosiasia on, että vedyn hiukkaset - maailmankaikkeuden yleisin kaasu - sisältävät v altavan määrän energiaa. Lisäksi moottori polttaa tätä kaasua käytännössä ilman sivutuotteita, mikä tarkoittaa, että saamme erittäin ympäristöystävällistä polttoainetta.
Vedystä käyttävät polttoaineena jotkut ISS-moduulit ja sukkulat, mutta maapallolla sitä esiintyy pääasiassa yhdisteiden, kuten veden, muodossa. 80-luvulla Venäjällä kehitettiin vetyä polttoaineena käyttäviä lentokoneita, näitä tekniikoita jopa otettiin käyttöön ja kokeelliset mallit osoittivat tehokkuutensa. Kun vety erotetaan, se siirtyy erityiseen polttokennoon, jonka jälkeen sähköä voidaan tuottaa suoraan. Tämä ei ole tulevaisuuden energiaa, tämä on jo todellisuutta. Vastaavia autoja valmistetaan jo melko suurissa erissä. Korostaakseen energialähteen ja auton monipuolisuutta Honda suoritti kokeen, jonka tuloksena auto kytkettiin sähköiseen kotiverkkoon, mutta ei latautumaan. Auto voi antaa sähköä yksityiskodille useita päiviä tai ajaa lähes viisisataa kilometriä ilman tankkausta.
Tällaisen energialähteen ainoa haittapuoli tällä hetkellä on tällaisten ympäristöystävällisten autojen suhteellisen korkea hinta ja tietysti melko pieni määrä vetyasemia, mutta monet maat suunnittelevat jo niiden rakentamista. Esimerkiksi sisäänSaksalla on jo suunnitelma 100 huoltoaseman asentamisesta vuoteen 2017 mennessä.
Maan lämpö
Lämpöenergian muuttaminen sähköksi on geotermisen energian ydin. Joissakin maissa, joissa muiden toimialojen käyttö on vaikeaa, sitä käytetään melko laajasti. Esimerkiksi Filippiineillä 27 % kaikesta sähköstä tulee geotermisistä laitoksista, kun taas Islannissa luku on noin 30 %. Tämän energiantuotantomenetelmän olemus on melko yksinkertainen, mekanismi on samanlainen kuin yksinkertainen höyrykone. Ennen väitettyä magman "järveä" on tarpeen porata kaivo, jonka läpi vesi syötetään. Joutuessaan kosketuksiin kuuman magman kanssa vesi muuttuu välittömästi höyryksi. Se nousee, missä se pyörittää mekaanista turbiinia ja tuottaa siten sähköä.
Geotermisen energian tulevaisuus on löytää suuria "magmavarastoja". Esimerkiksi edellä mainitussa Islannissa onnistuttiin: sekunnin murto-osassa kuuma magma muutti kaiken pumpatun veden höyryksi noin 450 celsiusasteen lämpötilassa, mikä on ehdoton ennätys. Tällainen korkeapainehöyry voi lisätä geotermisen laitoksen tehokkuutta useaan kertaan, siitä voi tulla sysäys geotermisen energian kehitykselle ympäri maailmaa, erityisesti tulivuorista ja lämpölähteistä kyllästetyillä alueilla.
Ydinjätteen käyttö
Ydinenergia teki aikoinaan roiskeita. Niin se oli, kunnes ihmiset ymmärsivät tämän teollisuuden vaaranenergiaa. Onnettomuudet ovat mahdollisia, kukaan ei ole immuuni tällaisilta tapauksilta, mutta ne ovat erittäin harvinaisia, mutta radioaktiivista jätettä ilmestyy tasaisesti, ja viime aikoihin asti tutkijat eivät pystyneet ratkaisemaan tätä ongelmaa. Tosiasia on, että uraanisauvoja - ydinvoimaloiden perinteistä "polttoainetta" - voidaan käyttää vain 5%. Kun tämä pieni osa on käsitelty, koko sauva lähetetään "kaatopaikalle".
Aikaisemmin käytettiin tekniikkaa, jossa sauvat upotettiin veteen, mikä hidastaa neutroneja ja ylläpitää tasaista reaktiota. Nyt on käytetty nestemäistä natriumia veden sijasta. Tämä korvaaminen mahdollistaa paitsi koko uraanimäärän käytön, myös kymmenien tuhansien tonnejen radioaktiivisen jätteen käsittelyn.
On tärkeää vapauttaa planeetta ydinjätteestä, mutta itse tekniikassa on yksi "mutta". Uraani on luonnonvara, ja sen varat maapallolla ovat rajalliset. Jos koko planeetta siirretään yksinomaan ydinvoimaloista saatuun energiaan (esim. Yhdysvalloissa ydinvoimalat tuottavat vain 20 % kaikesta kulutetusta sähköstä), uraanivarat ehtyvät melko nopeasti, ja tämä johtaa jälleen ihmiskunnan energiakriisin kynnykselle, joten ydinenergia, vaikkakin modernisoitu, vain väliaikainen toimenpide.
Kasvispolttoaine
Jopa Henry Ford, joka loi "mallinsa T", odotti, että se toimisi jo biopolttoaineilla. Tuolloin kuitenkin löydettiin uusia öljykenttiä, ja vaihtoehtoisten energialähteiden tarve katosi useiksi vuosikymmeniksi, mutta nyttakaisin.
Viimeisten viidentoista vuoden aikana kasviperäisten polttoaineiden, kuten etanolin ja biodieselin, käyttö on moninkertaistunut. Niitä käytetään itsenäisinä energianlähteinä ja bensiinin lisäaineina. Jokin aika sitten toivottiin erityistä hirssikulttuuria, nimeltä "canola". Se on täysin sopimaton ihmisten tai karjan ruoaksi, mutta siinä on korkea öljypitoisuus. Tästä öljystä alettiin valmistaa "biodieseliä". Mutta tämä sato vie liikaa tilaa, jos yrität kasvattaa sitä tarpeeksi ruokkimaan ainakin osaa planeettasta.
Nyt tiedemiehet puhuvat levien käytöstä. Niiden öljypitoisuus on noin 50 %, mikä tekee öljyn uuttamisesta yhtä helppoa ja jätteestä voidaan valmistaa lannoitteita, joiden pohj alta kasvatetaan uusia leviä. Ideaa pidetään mielenkiintoisena, mutta sen elinkelpoisuutta ei ole vielä todistettu: alan onnistuneita kokeita ei ole vielä julkaistu.
Fusion
Maailman tulevaisuuden energia nykyajan tutkijoiden mukaan on mahdotonta ilman lämpöydinfuusioteknologiaa. Tämä on tällä hetkellä lupaavin kehitys, johon on jo investoitu miljardeja dollareita.
Ydinvoimalat käyttävät fissioenergiaa. Se on vaarallista, koska on olemassa uhka hallitsemattomasta reaktiosta, joka tuhoaa reaktorin ja johtaa v altavan määrän radioaktiivisten aineiden vapautumiseen: ehkä kaikki muistavat Tšernobylin ydinvoimalaitoksen onnettomuuden.
Fuusioreaktioissa seKuten nimestä voi päätellä, käytetään atomien fuusion aikana vapautuvaa energiaa. Tämän seurauksena, toisin kuin atomifissio, radioaktiivista jätettä ei synny.
Suurin ongelma on, että fuusion seurauksena muodostuu ainetta, jonka lämpötila on niin korkea, että se voi tuhota koko reaktorin.
Tämä tulevaisuuden energia on todellisuutta. Ja fantasiat ovat tässä sopimattomia, tällä hetkellä reaktorin rakentaminen on jo alkanut Ranskassa. Useita miljardeja dollareita on investoitu useiden maiden rahoittamaan pilottihankkeeseen, joihin EU:n lisäksi kuuluvat Kiina ja Japani, USA, Venäjä ja muut. Aluksi ensimmäiset kokeilut suunniteltiin käynnistävän jo vuonna 2016, mutta laskelmat osoittivat, että budjetti oli liian pieni (5 miljardin sijaan se kesti 19), ja käynnistämistä lykättiin vielä 9 vuodella. Ehkä muutaman vuoden kuluttua näemme, mihin fuusiovoima pystyy.
Nykyajan haasteet ja tulevaisuuden mahdollisuudet
Eivät vain tiedemiehet, vaan myös tieteiskirjailijat antavat paljon ideoita tulevaisuuden teknologian toteuttamiseksi energia-alalla, mutta kaikki ovat yhtä mieltä siitä, että toistaiseksi mikään ehdotetuista vaihtoehdoista ei voi täysin täyttää kaikkia sivilisaatiomme tarpeita. Esimerkiksi, jos Yhdysvalloissa kaikki autot käyvät biopolttoaineilla, rypsipeltojen olisi katettava puolet koko maasta huolimatta siitä, että osav altioissa ei ole niin paljon maataloudelle sopivaa maata. Lisäksi toistaiseksi kaikki tuotantomenetelmätvaihtoehtoinen energia - tiet. Ehkä jokainen tavallinen kaupunkilainen on samaa mieltä siitä, että ympäristöystävällisten, uusiutuvien luonnonvarojen käyttö on tärkeää, mutta ei silloin, kun hänelle kerrotaan tällaisen siirtymän kustannukset tällä hetkellä. Tieteilijöillä on vielä paljon tehtävää tällä alalla. Uudet löydöt, uudet materiaalit, uudet ideat - kaikki tämä auttaa ihmiskuntaa selviytymään menestyksekkäästi uhkaavasta resurssikriisistä. Maapallon energiaongelma voidaan ratkaista vain kokonaisv altaisilla toimenpiteillä. Joillakin alueilla on kätevämpää käyttää tuulivoiman tuotantoa, jossain - aurinkopaneeleja ja niin edelleen. Mutta ehkä tärkein tekijä on energiankulutuksen vähentäminen yleensä ja energiaa säästävien teknologioiden luominen. Jokaisen ihmisen on ymmärrettävä, että hän on vastuussa planeettasta, ja jokaisen on kysyttävä itseltään kysymys: "Millaisen energian valitsen tulevaisuudelle?" Ennen kuin siirrytään muihin resursseihin, jokaisen tulisi ymmärtää, että tämä on todella välttämätöntä. Vain integroidulla lähestymistavalla on mahdollista ratkaista energiankulutusongelma.
