Det är ingen hemlighet att resurserna som används av mänskligheten idag är ändliga, dessutom kan deras ytterligare utvinning och användning leda inte bara till energi utan också till miljökatastrofer. De resurser som traditionellt används av mänskligheten - kol, gas och olja - kommer att ta slut om några decennier, och åtgärder måste vidtas nu, i vår tid. Naturligtvis kan vi hoppas att vi återigen hittar någon rik fyndighet, precis som det var under första hälften av förra seklet, men forskarna är säkra på att så stora fyndigheter inte längre finns. Men i alla fall kommer även upptäckten av nya fyndigheter bara att försena det oundvikliga, det är nödvändigt att hitta sätt att producera alternativ energi och gå över till förnybara resurser som vind, sol, geotermisk energi, vattenflödesenergi och andra, och tillsammans med detta är det nödvändigt att fortsätta utveckla energibesparande teknik.
I den här artikeln kommer vi att överväga några av de mest lovande, enligt moderna forskare, idéer som framtidens energi kommer att byggas på.
Solstationer
Folk har länge undrat om det är möjligt att använda energisolen på jorden. Vatten värmdes upp under solen, kläder och keramik torkades innan de skickades till ugnen, men dessa metoder kan inte kallas effektiva. Det första tekniska sättet att omvandla solenergi dök upp på 1700-talet. Den franske vetenskapsmannen J. Buffon visade ett experiment där han lyckades antända ett torrt träd med hjälp av en stor konkav spegel i klart väder på cirka 70 meters avstånd. Hans landsman, den berömde vetenskapsmannen A. Lavoisier, använde linser för att koncentrera solens energi, och i England skapade de bikonvext glas, som genom att fokusera solens strålar smälte gjutjärn på bara några minuter.
Naturvetare genomförde många experiment som visade att användningen av solenergi på jorden är möjlig. Men ett solbatteri som skulle omvandla solenergi till mekanisk energi dök upp relativt nyligen, 1953. Den skapades av forskare från US National Aerospace Agency. Redan 1959 användes ett solbatteri först för att utrusta en rymdsatellit.
Kanske redan då, när de insåg att sådana batterier är mycket effektivare i rymden, kom forskare på idén att skapa rymdsolstationer, eftersom solen på en timme genererar lika mycket energi som hela mänskligheten förbrukar inte på ett år, så varför inte använda detta? Vad blir framtidens solenergi?
Å ena sidan verkar det som att användningen av solenergi är ett idealiskt alternativ. Men kostnaden för en enorm rymdsolstation är mycket hög, och dessutom kommer den att bli dyr att driva. Såtid, när ny teknik för leverans av varor till rymden, såväl som nya material, kommer att introduceras, kommer genomförandet av ett sådant projekt att bli möjligt, men för närvarande kan vi bara använda relativt små batterier på planetens yta. Många kommer att säga att detta också är bra. Ja, det är möjligt under förhållandena i ett privat hus, men för energiförsörjningen i stora städer behövs därför antingen många solpaneler eller en teknik som gör dem mer effektiva.
Den ekonomiska sidan av frågan finns också här: varje budget kommer att lida mycket om den anförtros uppdraget att omvandla en hel stad (eller ett helt land) till solpaneler. Det verkar som om det är möjligt att tvinga invånarna i städerna att betala vissa belopp för återutrustning, men i det här fallet kommer de att vara olyckliga, för om människor var redo att göra sådana utgifter, skulle de ha gjort det själva för länge sedan: alla har möjlighet att köpa ett solbatteri.
Det finns en annan paradox när det gäller solenergi: produktionskostnader. Att direkt omvandla solenergi till el är inte det mest effektiva. Hittills har man inte hittat något bättre sätt än att använda solens strålar för att värma vatten, som i sin tur förvandlas till ånga roterar en dynamo. I detta fall är energiförlusten minimal. Mänskligheten vill använda "gröna" solpaneler och solcellsstationer för att bevara resurserna på jorden, men ett sådant projekt skulle kräva en enorm mängd av samma resurser och "icke-grön" energi. Till exempel i Frankrike byggdes nyligen ett solkraftverk som täcker en yta på cirka två kvadratkilometer. Byggkostnaden var cirka 110 miljoner euro, exklusive driftskostnader. Med allt detta bör man komma ihåg att livslängden för sådana mekanismer är cirka 25 år.
Vind
Vindenergi har också använts av människor sedan antiken, det enklaste exemplet är segling och väderkvarnar. Väderkvarnar är fortfarande i bruk idag, särskilt i områden med konstant vind, som vid kusten. Forskare lägger ständigt fram idéer om hur man kan modernisera befintliga enheter för att konvertera vindenergi, en av dem är vindkraftverk i form av skyhöga turbiner. På grund av den konstanta rotationen kunde de "hänga" i luften på ett avstånd av flera hundra meter från marken, där vinden är stark och konstant. Detta skulle bidra till elektrifieringen av landsbygdsområden där det inte är möjligt att använda vanliga väderkvarnar. Dessutom skulle sådana skyhöga turbiner kunna utrustas med Internetmoduler, som skulle ge människor tillgång till World Wide Web.
Tidvatten och vågor
Högen inom sol- och vindenergi avtar gradvis, och annan naturlig energi har väckt forskarnas intresse. Mer lovande är användningen av ebb och flod. Redan ett hundratal företag runt om i världen hanterar denna fråga, och det finns flera projekt som har bevisat effektiviteten av denna gruvmetod.elektricitet. Fördelen gentemot solenergi är att förlusterna under överföringen av en energi till en annan är minimala: flodvågen roterar en enorm turbin, som genererar elektricitet.
Project Oyster är idén om att installera en gångjärnsförsedd ventil på botten av havet som kommer att föra vatten till stranden och därmed förvandla en enkel vattenkraftsturbin. Bara en sådan installation skulle kunna ge el till ett litet mikrodistrikt.
Redan används flodvågor framgångsrikt i Australien: i staden Perth har avs altningsanläggningar som drivs med denna typ av energi installerats. Deras arbete gör det möjligt att förse cirka en halv miljon människor med färskvatten. Naturlig energi och industri kan också kombineras i denna energiproduktionsindustri.
Användningen av tidvattenenergi skiljer sig något från den teknik som vi är vana vid att se i flodvattenkraftverk. Vattenkraftverk skadar ofta miljön: närliggande territorier översvämmas, ekosystemet förstörs, men stationer som arbetar på flodvågor är mycket säkrare i detta avseende.
Human Energy
Ett av de mest fantastiska projekten på vår lista kan kallas användningen av levande människors energi. Det låter fantastiskt och till och med något skrämmande, men allt är inte så skrämmande. Forskare värnar om idén om hur man använder den mekaniska rörelseenergin. Dessa projekt handlar om mikroelektronik och nanoteknik med låg strömförbrukning. Även om det låter som en utopi, finns det ingen verklig utveckling, men idén är mycketintressant och lämnar inte forskarnas sinnen. Håller med, mycket bekväma kommer att vara enheter som, som klockor med automatisk lindning, kommer att laddas från det faktum att sensorn svepas med ett finger, eller från det faktum att en surfplatta eller telefon helt enkelt dinglar i en väska när man går. För att inte tala om kläder som, fyllda med olika mikroenheter, kunde omvandla energin från mänsklig rörelse till elektricitet.
I Berkeley, i Lawrences laboratorium, till exempel, försökte forskare förverkliga idén om att använda virus för att omvandla tryckenergi till elektricitet. Det finns också små mekanismer som drivs av rörelse, men hittills har sådan teknik inte satts i drift. Ja, den globala energikrisen kan inte hanteras på detta sätt: hur många människor kommer att behöva "trampa" för att få hela anläggningen att fungera? Men som ett av måtten som används i kombination är teorin ganska genomförbar.
Särskilt sådan teknik kommer att vara effektiv på svåråtkomliga platser, vid polarstationer, i bergen och taiga, bland resenärer och turister som inte alltid har möjlighet att ladda sina prylar, men att hålla kontakten är viktigt, särskilt om gruppen hamnat i en kritisk situation. Hur mycket skulle kunna förhindras om människor alltid hade en pålitlig kommunikationsenhet som inte var beroende av "pluggen".
vätebränsleceller
Kanske varje bilägare, som tittar på indikatorn för mängden bensin som närmar sig noll, hadetanken på hur fantastiskt det skulle vara om bilen körde på vatten. Men nu har dess atomer kommit till vetenskapsmäns uppmärksamhet som verkliga energiobjekt. Faktum är att partiklarna av väte - den vanligaste gasen i universum - innehåller en enorm mängd energi. Dessutom förbränner motorn denna gas med praktiskt taget inga biprodukter, vilket innebär att vi får ett mycket miljövänligt bränsle.
Väte drivs av vissa ISS-moduler och skyttlar, men på jorden finns det huvudsakligen i form av föreningar som vatten. På åttiotalet i Ryssland utvecklades flygplan som använde väte som bränsle, dessa tekniker sattes till och med i praktiken och experimentella modeller visade sin effektivitet. När vätgas separeras flyttas det till en speciell bränslecell, varefter el kan genereras direkt. Detta är inte framtidens energi, detta är redan verklighet. Liknande bilar tillverkas redan och i ganska stora partier. Honda, för att betona mångsidigheten hos energikällan och bilen som helhet, genomförde ett experiment som ett resultat av vilket bilen var ansluten till det elektriska hemnätverket, men inte för att laddas. En bil kan driva ett privat hem i flera dagar, eller köra nästan femhundra kilometer utan att tanka.
Den enda nackdelen med en sådan energikälla för tillfället är den relativt höga kostnaden för sådana miljövänliga bilar, och, naturligtvis, ett ganska litet antal vätgasstationer, men många länder planerar redan att bygga dem. Till exempel iTyskland har redan en plan att installera 100 bensinstationer till 2017.
Jordens värme
Att omvandla termisk energi till elektricitet är kärnan i geotermisk energi. I vissa länder där det är svårt att använda andra industrier används det ganska brett. Till exempel i Filippinerna kommer 27 % av all el från geotermiska anläggningar, medan denna siffra på Island är cirka 30 %. Kärnan i denna metod för energiproduktion är ganska enkel, mekanismen liknar en enkel ångmaskin. Innan den påstådda "sjön" av magma är det nödvändigt att borra en brunn genom vilken vatten tillförs. Vid kontakt med het magma förvandlas vatten omedelbart till ånga. Den reser sig där den snurrar en mekanisk turbin och genererar därigenom elektricitet.
Framtiden för geotermisk energi är att hitta stora "lager" av magma. Till exempel på det tidigare nämnda Island lyckades de: på en bråkdel av en sekund förvandlade varm magma allt pumpat vatten till ånga vid en temperatur på cirka 450 grader Celsius, vilket är ett absolut rekord. Sådan högtrycksånga kan öka effektiviteten hos en geotermisk anläggning med flera gånger, den kan bli en drivkraft för utvecklingen av geotermisk energi runt om i världen, särskilt i områden som är mättade med vulkaner och termiska källor.
Användning av kärnavfall
Kärnenergi, en gång, gjorde ett stänk. Så var det tills folk insåg faran med den här branschenenergi. Olyckor är möjliga, ingen är immun mot sådana fall, men de är mycket sällsynta, men radioaktivt avfall dyker upp stadigt och tills nyligen kunde forskare inte lösa detta problem. Faktum är att uranstavar - det traditionella "bränslet" i kärnkraftverk, bara kan användas av 5%. Efter att ha arbetat ut denna lilla del skickas hela spöet till "deponiet".
Tidigare användes en teknik där stavarna sänktes ned i vatten, vilket saktar ner neutroner och bibehåller en jämn reaktion. Nu har flytande natrium använts istället för vatten. Denna ersättning gör det inte bara möjligt att använda hela volymen uran, utan också att behandla tiotusentals ton radioaktivt avfall.
Det är viktigt att befria planeten från kärnavfall, men det finns ett "men" i själva tekniken. Uran är en resurs och dess reserver på jorden är ändliga. Om hela planeten växlas uteslutande till energi som tas emot från kärnkraftverk (till exempel i USA producerar kärnkraftverk bara 20% av all elektricitet som förbrukas), kommer uranreserverna att utarmas ganska snabbt, och detta kommer återigen leda mänskligheten till tröskeln till en energikris, så kärnenergi, om än moderniserad, bara en tillfällig åtgärd.
vegetabiliskt bränsle
Även Henry Ford, efter att ha skapat sin "Model T", förväntade sig att den redan skulle köras på biobränslen. Men vid den tiden upptäcktes nya oljefält, och behovet av alternativa energikällor försvann under flera decennier, men nutillbaka igen.
Under de senaste femton åren har användningen av vegetabiliska bränslen som etanol och biodiesel ökat flera gånger om. De används som oberoende energikällor och som tillsatser till bensin. För en tid sedan sattes förhoppningar till en speciell hirskultur, kallad "canola". Den är helt olämplig som föda för människor eller boskap, men den har en hög oljeh alt. Av denna olja började man tillverka "biodiesel". Men den här grödan kommer att ta upp för mycket utrymme om du försöker odla tillräckligt med den för att ge bränsle åt åtminstone en del av planeten.
Nu talar forskare om användningen av alger. Deras oljeh alt är cirka 50 %, vilket gör det lika enkelt att utvinna oljan, och avfallet kan omvandlas till gödningsmedel, på basis av vilka nya alger kommer att odlas. Idén anses intressant, men dess genomförbarhet har ännu inte bevisats: publiceringen av framgångsrika experiment på detta område har ännu inte publicerats.
Fusion
Världens framtida energi, enligt moderna forskare, är omöjlig utan termonukleär fusionsteknik. Detta är för närvarande den mest lovande utvecklingen där miljarder dollar redan investeras.
Kärnkraftverk använder fissionsenergi. Det är farligt eftersom det finns ett hot om en okontrollerad reaktion som kommer att förstöra reaktorn och leda till utsläpp av en enorm mängd radioaktiva ämnen: alla kanske minns olyckan vid kärnkraftverket i Tjernobyl.
I fusion reaktioner somSom namnet antyder används den energi som frigörs under sammansmältningen av atomer. Som ett resultat, till skillnad från atomär fission, produceras inget radioaktivt avfall.
Huvudproblemet är att det som ett resultat av fusion bildas ett ämne som har så hög temperatur att det kan förstöra hela reaktorn.
Denna framtidsenergi är verklighet. Och fantasier är olämpliga här, just nu har konstruktionen av reaktorn redan börjat i Frankrike. Flera miljarder dollar har investerats i ett pilotprojekt finansierat av många länder, som förutom EU inkluderar Kina och Japan, USA, Ryssland med flera. Inledningsvis var de första experimenten planerade att sätta igång redan 2016, men beräkningar visade att budgeten var för liten (istället för 5 miljarder tog det 19), och lanseringen sköts upp med ytterligare 9 år. Om några år kommer vi kanske att se vad fusionskraft kan göra.
Nuets utmaningar och möjligheter för framtiden
Inte bara vetenskapsmän, utan även science fiction-författare ger många idéer för implementering av framtida teknologi inom energi, men alla är överens om att hittills kan inget av de föreslagna alternativen till fullo tillgodose alla behov i vår civilisation. Till exempel, om alla bilar i USA körs på biobränsle, skulle rapsfälten behöva täcka en yta som motsvarar hälften av hela landet, oavsett att det inte finns så mycket mark som lämpar sig för jordbruk i staterna. Dessutom, hittills alla metoder för produktion alternativ energi - vägar. Kanske är varje vanlig stadsbor överens om att det är viktigt att använda miljövänliga, förnybara resurser, men inte när de får veta vad en sådan omställning kostar för tillfället. Forskare har fortfarande mycket att göra på detta område. Nya upptäckter, nya material, nya idéer - allt detta kommer att hjälpa mänskligheten att framgångsrikt klara av den hotande resurskrisen. Jordens energiproblem kan endast lösas genom omfattande åtgärder. I vissa områden är det bekvämare att använda vindkraftsproduktion, någonstans - solpaneler och så vidare. Men kanske den viktigaste faktorn kommer att vara minskningen av energiförbrukningen i allmänhet och skapandet av energibesparande tekniker. Varje person måste förstå att han är ansvarig för planeten, och var och en måste ställa sig frågan: "Vilken typ av energi väljer jag för framtiden?" Innan man går vidare till andra resurser bör alla inse att detta verkligen är nödvändigt. Endast med ett integrerat tillvägagångssätt kommer det att vara möjligt att lösa problemet med energiförbrukning.
