Nije tajna da su resursi koje danas koristi čovječanstvo ograničeni, štoviše, njihovo dalje vađenje i korištenje može dovesti ne samo do energije, već i do ekološke katastrofe. Resursi koje čovječanstvo tradicionalno koristi – ugalj, plin i nafta – nestaće za nekoliko decenija, a mjere se moraju poduzeti sada, u naše vrijeme. Naravno, možemo se nadati da ćemo ponovo pronaći neko bogato ležište, kao što je to bilo u prvoj polovini prošlog veka, ali naučnici su sigurni da tako velika ležišta više ne postoje. Ali u svakom slučaju, čak i otkrivanje novih nalazišta samo će odgoditi neizbježno, potrebno je pronaći načine za proizvodnju alternativne energije i preći na obnovljive izvore kao što su vjetar, sunce, geotermalna energija, energija protoka vode i drugi, a uz to ovo, neophodno je nastaviti razvoj tehnologija za uštedu energije.
U ovom članku ćemo razmotriti neke od najperspektivnijih, po mišljenju savremenih naučnika, ideja na kojima će se graditi energija budućnosti.
Solarne stanice
Ljudi su se dugo pitali da li je moguće koristiti energijusunce na zemlji. Voda se zagrijavala pod suncem, odjeća i keramika su sušeni prije nego što su poslani u pećnicu, ali ove metode se ne mogu nazvati efikasnim. Prva tehnička sredstva koja pretvaraju sunčevu energiju pojavila su se u 18. veku. Francuski naučnik J. Buffon pokazao je eksperiment u kojem je uspio da zapali suvo drvo uz pomoć velikog konkavnog ogledala po vedrom vremenu sa udaljenosti od oko 70 metara. Njegov sunarodnik, poznati naučnik A. Lavoisier, koristio je sočiva da koncentriše energiju sunca, a u Engleskoj su stvorili bikonveksno staklo, koje je fokusiranjem sunčevih zraka topilo liveno gvožđe za samo nekoliko minuta.
Prirodnjaci su sproveli mnoge eksperimente koji su dokazali da je korištenje sunčeve energije na Zemlji moguće. Međutim, solarna baterija koja bi pretvarala sunčevu energiju u mehaničku pojavila se relativno nedavno, 1953. godine. Napravili su ga naučnici 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 mnogo efikasnije u svemiru, naučnici došli na ideju da stvore svemirske solarne stanice, jer za sat vremena Sunce generiše onoliko energije koliko i cijelo čovječanstvo ne potroši za godinu dana, pa zašto ne koristiti ovo? Šta će biti solarna energija budućnosti?
S jedne strane, čini se da je korištenje solarne energije idealna opcija. Međutim, cijena ogromne svemirske solarne stanice je vrlo visoka, a osim toga, bit će skupa za rad. Daklevrijeme, kada se budu uvodile nove tehnologije za isporuku robe u svemir, kao i novi materijali, realizacija ovakvog projekta će postati moguća, ali za sada možemo koristiti samo relativno male baterije na površini planete. Mnogi će reći da je i ovo dobro. Da, moguće je u uslovima privatne kuće, ali za snabdevanje energijom velikih gradova, shodno tome, potrebno je ili puno solarnih panela, ili tehnologija koja će ih učiniti efikasnijim.
Ovdje je prisutna i ekonomska strana problema: svaki budžet će jako patiti ako mu se povjeri zadatak pretvaranja cijelog grada (ili cijele zemlje) u solarne panele. Čini se da je moguće prisiliti stanovnike gradova da plate neke iznose za preopremanje, ali u ovom slučaju će biti nezadovoljni, jer da su ljudi spremni na takve troškove, odavno bi to sami učinili: svako ima priliku da kupi solarnu bateriju.
Postoji još jedan paradoks u vezi sa solarnom energijom: troškovi proizvodnje. Direktno pretvaranje solarne energije u električnu nije najefikasnija 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 da koristi "zelene" solarne panele i solarne stanice za očuvanje resursa na Zemlji, ali takav projekat bi zahtijevao ogromnu količinu istih resursa, i "ne-zelene" energije. Na primjer, u Francuskoj je nedavno izgrađena solarna elektrana, koja pokriva površinu od oko dva kvadratna kilometra. Cijena izgradnje iznosila je oko 110 miliona eura, ne uključujući operativne troškove. Uz sve ovo, treba imati na umu da je vijek trajanja ovakvih mehanizama oko 25 godina.
Vjetar
Energiju vjetra ljudi su također koristili od antike, a najjednostavniji primjer su jedrenje i vjetrenjače. Vjetrenjače su i danas u upotrebi, posebno u područjima sa stalnim vjetrovima, kao što je na obali. Naučnici 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 su da "vise" u vazduhu na udaljenosti od nekoliko stotina metara od tla, gde je vetar jak i konstantan. To bi pomoglo u elektrifikaciji ruralnih područja gdje nije moguća upotreba standardnih vjetrenjača. Osim toga, takve turbine bi mogle biti opremljene internet modulima, koji bi ljudima omogućili pristup World Wide Webu.
Plima i talasi
Bum solarne energije i energije vjetra postepeno jenjava, a druga prirodna energija je privukla interesovanje istraživača. Više obećavajuće je korištenje oseka i oseka. Već oko stotinu kompanija širom svijeta bavi se ovom problematikom, a postoji nekoliko projekata koji su dokazali efikasnost ove metode rudarenja.struja. Prednost u odnosu na solarnu energiju je u tome što su gubici tokom prijenosa jedne energije na drugu minimalni: plimni talas rotira ogromnu turbinu, koja proizvodi električnu energiju.
Projekt Oyster je ideja da se na dnu okeana ugradi ventil sa šarkama koji će dovesti vodu na obalu, čime se okreće jednostavna hidroelektrična turbina. Samo jedna takva instalacija mogla bi obezbijediti struju za mali mikrookrug.
Već se plimni talasi uspešno koriste u Australiji: u gradu Pertu su instalirana postrojenja za desalinizaciju koja rade na ovu vrstu energije. Njihov rad omogućava da se oko pola miliona ljudi snabde svežom vodom. Prirodna energija i industrija se takođe mogu kombinovati u ovoj industriji proizvodnje energije.
Upotreba energije plime i oseke donekle se razlikuje od tehnologija koje smo navikli viđati u riječnim hidroelektranama. Hidroelektrane često štete životnoj sredini: susedne teritorije su poplavljene, ekosistem je uništen, ali stanice koje rade na plimnim talasima su mnogo 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. Naučnici njeguju ideju kako koristiti mehaničku energiju kretanja. Ovi projekti se odnose na mikroelektroniku i nanotehnologije sa malom potrošnjom energije. Iako zvuči kao utopija, nema pravog razvoja, ali ideja je vrlozanimljivo i ne napušta umove naučnika. Slažem se, vrlo zgodni će biti uređaji koji će se, poput satova s automatskim namotavanjem, puniti iz činjenice da se senzor prevlači prstom ili zbog činjenice da tablet ili telefon jednostavno visi u torbi prilikom hodanja. Da ne spominjemo odjeću koja bi, ispunjena raznim mikrouređajima, mogla pretvoriti energiju ljudskog kretanja u električnu energiju.
U Berkeleyju, u Lawrenceovoj laboratoriji, na primjer, naučnici 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 se ne može nositi na ovaj način: koliko će ljudi morati da „trguje“da bi cijela fabrika radila? Ali kao jedna od mjera korištenih u kombinaciji, teorija je prilično održiva.
Posebno će takve tehnologije biti efikasne na teško dostupnim mjestima, na polarnim stanicama, u planinama i tajgi, među putnicima i turistima koji nemaju uvijek priliku da napune svoje uređaje, ali ostati u kontaktu je važno, posebno ako je grupa došla u kritičnu situaciju. Koliko bi se moglo spriječiti da ljudi uvijek imaju pouzdan komunikacioni uređaj koji ne zavisi od "utikača".
Vodikove gorive ćelije
Možda je svaki vlasnik automobila, gledajući indikator količine benzina koja se približava nuli, imaopomisao na to kako bi bilo sjajno da auto radi na vodi. Ali sada su njegovi atomi došli u fokus naučnika kao stvarni energetski objekti. Činjenica je da čestice vodika - najčešćeg plina u svemiru - sadrže ogromnu količinu energije. Štaviše, motor sagorijeva ovaj plin gotovo bez nusproizvoda, što znači da dobijamo vrlo ekološki prihvatljivo gorivo.
Vodonik se napaja nekim ISS modulima i šatlovima, ali na Zemlji postoji uglavnom u obliku jedinjenja kao što je voda. Osamdesetih godina u Rusiji je došlo do razvoja aviona koji su koristili vodonik kao gorivo, te su tehnologije čak stavljene u praksu, a eksperimentalni modeli su dokazali svoju efikasnost. Kada se vodonik odvoji, prelazi u specijalnu gorivnu ćeliju, nakon čega se može direktno proizvoditi električna energija. Ovo nije energija budućnosti, ovo je već realnost. 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. Auto može napajati privatnu kuću nekoliko dana ili voziti skoro 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 hidrogenskih stanica, ali mnoge zemlje već planiraju da ih grade. Na primjer, uNjemačka već ima plan za instaliranje 100 benzinskih stanica do 2017.
toplina zemlje
Pretvaranje toplotne energije u električnu je suština geotermalne energije. U nekim zemljama gdje je teško koristiti druge industrije, koristi se prilično široko. Na primjer, na Filipinima 27% električne energije dolazi iz geotermalnih postrojenja, dok je na Islandu ta brojka oko 30%. Suština 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. U kontaktu sa vrelom magmom, voda se trenutno pretvara u paru. Izdiže se tamo gdje vrti mehaničku turbinu, čime se proizvodi električna energija.
Budućnost geotermalne energije je pronalaženje velikih "skladišta" magme. Na primjer, na spomenutom Islandu su uspjeli: vruća magma je u djeliću sekunde svu ispumpanu vodu pretvorila u paru na temperaturi od oko 450 stepeni Celzijusa, što je apsolutni rekord. Ovakva para visokog pritiska može povećati efikasnost geotermalne elektrane za nekoliko puta, može postati poticaj za razvoj geotermalne energije širom svijeta, posebno u područjima zasićenim vulkanima i termalnim izvorima.
Upotreba nuklearnog otpada
Nuklearna energija je u jednom trenutku napravila prskanje. Tako je bilo sve dok ljudi nisu shvatili opasnost od ove industrijeenergije. Nesreće su moguće, niko nije imun od takvih slučajeva, ali su vrlo rijetki, ali radioaktivni otpad se stalno pojavljuje i donedavno naučnici nisu mogli riješiti ovaj problem. Činjenica je da uranijumske šipke - tradicionalno "gorivo" nuklearnih elektrana, može koristiti samo 5%. Nakon obrade ovog malog dijela, cijeli štap se šalje na "deponiju".
Ranije je korištena tehnologija u kojoj su štapovi bili uronjeni u vodu, koja usporava neutrone, održavajući stabilnu reakciju. Sada se umjesto vode koristi tečni natrijum. Ova zamjena omogućava ne samo korištenje cjelokupne količine uranijuma, već i preradu desetina hiljada tona radioaktivnog otpada.
Važno je osloboditi planetu nuklearnog otpada, ali postoji jedno "ali" u samoj tehnologiji. Uranijum je resurs, a njegove rezerve na Zemlji su ograničene. Ako se cijela planeta prebaci isključivo na energiju dobivenu iz nuklearnih elektrana (na primjer, u Sjedinjenim Državama nuklearne elektrane proizvode samo 20% sve potrošene električne energije), rezerve uranijuma 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, koji je stvorio svoj "Model T", očekivao da će on već raditi na biogoriva. Međutim, tada su otkrivena nova naftna polja, a potreba za alternativnim izvorima energije nestala je nekoliko decenija, ali sadaponovo nazad.
U proteklih petnaest godina, upotreba biljnih goriva kao što su etanol i biodizel se nekoliko puta povećala. Koriste se kao samostalni izvori energije, te kao aditivi za benzin. Prije nekog vremena nade su se polagale u posebnu kulturu prosa, nazvanu "kanola". Potpuno je neprikladan za ishranu ljudi i stoke, ali ima visok sadržaj ulja. Od ovog ulja počeli su proizvoditi "biodizel". Ali ovaj usev će zauzeti previše prostora ako pokušate da ga uzgajate dovoljno da napaja barem dio planete.
Sada naučnici govore o upotrebi algi. Njihov sadržaj ulja je oko 50%, što će olakšati vađenje ulja, a otpad se može pretvoriti u gnojiva, na osnovu kojih će se uzgajati nove alge. Ideja se smatra zanimljivom, ali njena održivost još nije dokazana: objavljivanje uspješnih eksperimenata u ovoj oblasti još nije objavljeno.
Fusion
Buduća energija svijeta, prema modernim naučnicima, 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 supstanci: možda se svi sjećaju nesreće u nuklearnoj elektrani Černobil.
U reakcijama fuzije kojeKao što naziv govori, koristi se energija oslobođena tokom fuzije atoma. Kao rezultat toga, za razliku od atomske fisije, ne nastaje radioaktivni otpad.
Glavni problem je što se kao rezultat fuzije formira supstanca koja ima tako visoku temperaturu da može uništiti cijeli reaktor.
Ova energija budućnosti je realnost. A fantazije su ovdje neprikladne, trenutno je u Francuskoj već počela izgradnja reaktora. Nekoliko milijardi dolara uloženo je u pilot projekat koji finansiraju mnoge zemlje, među kojima su, pored EU, Kina i Japan, SAD, Rusija i druge. Prvobitno je planirano da prvi eksperimenti budu pokrenuti već 2016. godine, ali su proračuni pokazali da je budžet premali (umjesto 5 milijardi, trebalo je 19), a lansiranje je odgođeno za još 9 godina. Možda ćemo za nekoliko godina vidjeti za šta je fuzijska snaga sposobna.
Izazovi sadašnjosti i prilike za budućnost
Ne samo naučnici, već i pisci naučne fantastike daju mnogo ideja za implementaciju budućih tehnologija u energetici, ali se svi slažu da do sada nijedna od predloženih opcija ne može u potpunosti zadovoljiti sve potrebe naše civilizacije. Na primjer, ako svi automobili u Sjedinjenim Državama rade na biogorivo, polja uljane repice bi morala pokrivati površinu koja je jednaka polovini cijele zemlje, bez obzira na to što u Sjedinjenim Državama nema toliko zemljišta pogodnog za poljoprivredu. Štaviše, do sada sve metode proizvodnje alternativna energija - putevi. Možda se svaki obični stanovnik grada slaže da je važno koristiti ekološki prihvatljive, obnovljive resurse, ali ne kada im se kaže kolika je cijena takve tranzicije u ovom trenutku. Pred naučnicima je još mnogo posla u ovoj oblasti. Nova otkrića, novi materijali, nove ideje - sve će to pomoći čovječanstvu da se uspješno nosi s nadolazećom krizom resursa. Energetski problem planete može se riješiti samo sveobuhvatnim mjerama. U nekim je područjima prikladnije koristiti proizvodnju energije vjetra, negdje - solarne ploče i tako dalje. Ali možda će glavni faktor biti smanjenje potrošnje energije općenito i stvaranje tehnologija za uštedu energije. Svaka osoba mora shvatiti da je odgovorna za planetu, i svako mora sebi postaviti pitanje: "Koju vrstu energije biram za budućnost?" Prije nego što pređemo na druge resurse, svi bi trebali shvatiti da je to zaista neophodno. Samo integrisanim pristupom biće moguće rešiti problem potrošnje energije.
