Не е тайна, че ресурсите, използвани от човечеството днес, са ограничени, освен това по-нататъшното им добиване и използване може да доведе не само до енергия, но и до екологична катастрофа. Ресурсите, традиционно използвани от човечеството – въглища, газ и нефт – ще се изчерпят след няколко десетилетия и трябва да се вземат мерки сега, в наше време. Разбира се, можем да се надяваме, че отново ще открием някое богато находище, точно както беше през първата половина на миналия век, но учените са сигурни, че такива големи находища вече не съществуват. Но във всеки случай, дори откриването на нови находища само ще забави неизбежното, необходимо е да се намерят начини за производство на алтернативна енергия и да се премине към възобновяеми ресурси като вятър, слънце, геотермална енергия, енергия на водния поток и други, и наред с това е необходимо да продължим да развиваме енергоспестяващи технологии.
В тази статия ще разгледаме някои от най-обещаващите, според съвременните учени, идеи, върху които ще се гради енергията на бъдещето.
Слънчеви станции
Хората отдавна се чудят дали е възможно да се използва енергияслънце на земята. Водата се нагряваше под слънцето, дрехите и керамиката бяха изсушени, преди да бъдат изпратени във фурната, но тези методи не могат да се нарекат ефективни. Първите технически средства, които преобразуват слънчевата енергия, се появяват през 18 век. Френският учен Ж. Бюфон показа експеримент, при който успява да запали сухо дърво с помощта на голямо вдлъбнато огледало при ясно време от разстояние около 70 метра. Неговият сънародник, известният учен А. Лавоазие, използва лещи за концентриране на енергията на слънцето, а в Англия създават двойно изпъкнало стъкло, което, фокусирайки слънчевите лъчи, разтопява чугуна само за няколко минути.
Природонаучните проведоха много експерименти, които доказаха, че използването на слънчева енергия на земята е възможно. Въпреки това, слънчева батерия, която ще преобразува слънчевата енергия в механична енергия, се появи сравнително наскоро, през 1953 г. Създаден е от учени от Националната аерокосмическа агенция на САЩ. Още през 1959 г. за първи път е използвана слънчева батерия за оборудване на космически сателит.
Може би дори тогава, осъзнавайки, че такива батерии са много по-ефективни в космоса, учените са стигнали до идеята за създаване на космически слънчеви станции, защото за един час слънцето генерира толкова енергия, колкото цялото човечество не консумира за една година, така че защо да не използвате This? Каква ще бъде слънчевата енергия на бъдещето?
От една страна изглежда, че използването на слънчева енергия е идеален вариант. Въпреки това, цената на огромна космическа слънчева станция е много висока, а освен това ще бъде скъпа за експлоатация. Такавреме, когато ще бъдат въведени нови технологии за доставка на стоки в космоса, както и нови материали, реализацията на подобен проект ще стане възможна, но засега можем да използваме само относително малки батерии на повърхността на планетата. Мнозина ще кажат, че това също е добре. Да, възможно е в условията на частна къща, но за енергийното захранване на големите градове съответно са необходими или много слънчеви панели, или технология, която ще ги направи по-ефективни.
Икономическата страна на въпроса също присъства тук: всеки бюджет ще пострада много, ако му бъде поверена задачата да превърне цял град (или цяла държава) в слънчеви панели. Изглежда, че е възможно да се задължат жителите на градовете да плащат някои суми за преоборудване, но в този случай те ще бъдат недоволни, защото ако хората бяха готови да направят такива разходи, те отдавна биха го направили сами: всеки има възможност да закупи соларна батерия.
Има още един парадокс по отношение на слънчевата енергия: производствените разходи. Директното преобразуване на слънчевата енергия в електричество не е най-ефективното нещо. Досега не е намерен по-добър начин от използването на слънчевите лъчи за нагряване на вода, която, превръщайки се в пара, от своя страна върти динамо. В този случай загубата на енергия е минимална. Човечеството иска да използва "зелени" слънчеви панели и слънчеви станции за запазване на ресурси на земята, но такъв проект ще изисква огромно количество от същите ресурси и "незелена" енергия. Например във Франция наскоро беше построена слънчева електроцентрала, която обхваща площ от около два квадратни километра. Стойността на строителството беше около 110 милиона евро, без да се включват оперативните разходи. С всичко това трябва да се има предвид, че експлоатационният живот на такива механизми е около 25 години.
Вятър
Вятърната енергия също се използва от хората от древността, като най-простият пример са ветроходството и вятърните мелници. Вятърните мелници все още се използват днес, особено в райони с постоянни ветрове, като например по крайбрежието. Учените непрекъснато излагат идеи как да модернизират съществуващите устройства за преобразуване на вятърна енергия, една от тях са вятърните турбини под формата на реещи се турбини. Поради постоянното въртене те биха могли да "виснат" във въздуха на разстояние няколкостотин метра от земята, където вятърът е силен и постоянен. Това би помогнало при електрификацията на селските райони, където използването на стандартни вятърни мелници не е възможно. В допълнение, такива извисяващи се турбини биха могли да бъдат оборудвани с интернет модули, които ще осигурят на хората достъп до световната мрежа.
Приливи и вълни
Бумът на слънчевата и вятърната енергия постепенно затихва, а друга природна енергия привлече интереса на изследователите. По-обещаващо е използването на приливи и отливи. Вече около сто компании по света се занимават с този проблем и има няколко проекта, които са доказали ефективността на този метод за копаене.електричество. Предимството пред слънчевата енергия е, че загубите при прехвърлянето на една енергия към друга са минимални: приливната вълна върти огромна турбина, която генерира електричество.
Project Oyster е идеята за инсталиране на шарнирен клапан на дъното на океана, който ще донесе вода до брега, като по този начин ще завърти обикновена водноелектрическа турбина. Само една такава инсталация може да осигури електричество на малък микрорайон.
Приливните вълни вече се използват успешно в Австралия: в град Пърт са инсталирани инсталации за обезсоляване, работещи с този вид енергия. Тяхната работа позволява да осигурят около половин милион души с прясна вода. Естествената енергия и промишлеността също могат да бъдат комбинирани в тази индустрия за производство на енергия.
Използването на приливна енергия е малко по-различно от технологиите, които сме свикнали да виждаме в речните водноелектрически централи. Често водноелектрическите централи вредят на околната среда: прилежащите територии са наводнени, екосистемата е разрушена, но станциите, работещи на приливни вълни, са много по-безопасни в това отношение.
Човешка енергия
Един от най-фантастичните проекти в нашия списък може да се нарече използването на енергията на живите хора. Звучи зашеметяващо и дори донякъде ужасяващо, но не всичко е толкова страшно. Учените ценят идеята как да се използва механичната енергия на движението. Тези проекти са свързани с микроелектрониката и нанотехнологиите с ниска консумация на енергия. Макар да звучи като утопия, няма реално развитие, но идеята е многоинтересен и не напуска умовете на учените. Съгласете се, много удобни ще бъдат устройства, които, като часовници с автоматично навиване, ще се зареждат от факта, че сензорът се прекарва с пръст или от факта, че таблет или телефон просто виси в чанта при ходене. Да не говорим за дрехи, които, пълни с различни микроустройства, биха могли да преобразуват енергията на човешкото движение в електричество.
В Бъркли, в лабораторията на Лорънс, например, учените се опитаха да реализират идеята за използване на вируси за преобразуване на енергията под налягане в електричество. Има и малки механизми, задвижвани от движение, но досега подобна технология не е пусната в движение. Да, глобалната енергийна криза не може да бъде преодоляна по този начин: колко хора ще трябва да „търгуват“, за да заработи цялата централа? Но като една от мерките, използвани в комбинация, теорията е доста жизнеспособна.
Особено такива технологии ще бъдат ефективни на труднодостъпни места, на полярните станции, в планините и тайгата, сред пътници и туристи, които не винаги имат възможност да зареждат своите джаджи, но поддържането на връзка е важно, особено ако групата изпадне в критична ситуация. Колко може да се предотврати, ако хората винаги разполагаха с надеждно комуникационно устройство, което не зависеше от "щепсела".
Водородни горивни клетки
Може би всеки собственик на автомобил, гледайки индикатора за количеството бензин, приближаващ се до нула, е ималмисълта колко страхотно би било, ако колата работи на вода. Но сега неговите атоми са дошли на вниманието на учените като реални енергийни обекти. Факт е, че частиците на водорода - най-разпространеният газ във Вселената - съдържат огромно количество енергия. Освен това двигателят изгаря този газ почти без странични продукти, което означава, че получаваме много екологично гориво.
Водородът се захранва от някои модули и совалки на МКС, но на Земята съществува главно под формата на съединения като водата. През осемдесетте години в Русия имаше разработки на самолети, използващи водород като гориво, тези технологии дори бяха приложени на практика, а експерименталните модели доказаха своята ефективност. Когато водородът се отдели, той се придвижва към специална горивна клетка, след което може да се генерира директно електричество. Това не е енергията на бъдещето, това вече е реалност. Подобни автомобили вече се произвеждат и то в доста големи партиди. Honda, за да подчертае гъвкавостта на енергийния източник и автомобила като цяло, проведе експеримент, в резултат на който автомобилът беше свързан към електрическата домашна мрежа, но не за да се презарежда. Една кола може да захранва частен дом в продължение на няколко дни или да кара почти петстотин километра без зареждане.
Единственият недостатък на такъв енергиен източник в момента е относително високата цена на такива екологично чисти автомобили и, разбира се, доста малък брой водородни станции, но много страни вече планират да ги построят. Например, вГермания вече има план за инсталиране на 100 бензиностанции до 2017 г.
Топлината на земята
Превръщането на топлинната енергия в електричество е същността на геотермалната енергия. В някои страни, където е трудно да се използват други индустрии, се използва доста широко. Например във Филипините 27% от цялата електроенергия идва от геотермални централи, докато в Исландия тази цифра е около 30%. Същността на този метод за производство на енергия е доста проста, механизмът е подобен на обикновена парен двигател. Преди предполагаемото "езеро" от магма е необходимо да се пробие кладенец, през който се доставя вода. При контакт с гореща магма водата моментално се превръща в пара. Издига се там, където върти механична турбина, като по този начин генерира електричество.
Бъдещето на геотермалната енергия е намирането на големи "складове" на магма. Например в гореспоменатата Исландия те успяха: за част от секундата горещата магма превърна цялата изпомпана вода в пара с температура от около 450 градуса по Целзий, което е абсолютен рекорд. Такава пара под високо налягане може да повиши ефективността на геотермална централа няколко пъти, може да се превърне в тласък за развитието на геотермална енергия по целия свят, особено в райони, наситени с вулкани и термални извори.
Използване на ядрени отпадъци
Ядрената енергия по едно време нашумя. Така беше, докато хората не осъзнаха опасността от тази индустрияенергия. Възможни са аварии, никой не е имунизиран от такива случаи, но те са много редки, но радиоактивните отпадъци се появяват постоянно и доскоро учените не можеха да решат този проблем. Факт е, че урановите пръти - традиционното "гориво" на атомните електроцентрали, могат да се използват само с 5%. След изработване на тази малка част, целият прът се изпраща на "сметището".
Преди това беше използвана технология, при която пръчките бяха потопени във вода, която забавя неутроните, поддържайки постоянна реакция. Сега вместо вода се използва течен натрий. Тази подмяна позволява не само да се използва целия обем уран, но и да се обработват десетки хиляди тонове радиоактивни отпадъци.
Важно е да се освободи планетата от ядрени отпадъци, но има едно "но" в самата технология. Уранът е ресурс и запасите му на Земята са ограничени. Ако цялата планета се превключи изключително на енергия, получена от атомни електроцентрали (например в Съединените щати атомните електроцентрали произвеждат само 20% от цялата консумирана електроенергия), запасите от уран ще бъдат изчерпани доста бързо и това отново ще доведе човечеството до прага на енергийна криза, така че ядрената енергия, макар и модернизирана, е само временна мярка.
Растително гориво
Дори Хенри Форд, след като създаде своя "Модел Т", очакваше, че той вече ще работи на биогорива. По това време обаче бяха открити нови нефтени находища и необходимостта от алтернативни източници на енергия изчезна за няколко десетилетия, но сегаобратно.
През последните петнадесет години използването на растителни горива като етанол и биодизел се е увеличило няколко пъти. Използват се като независими източници на енергия и като добавки към бензина. Преди време надеждите се възлагаха на специална култура на просо, наречена "рапица". Той е напълно неподходящ за храна на хора или животни, но има високо съдържание на масло. От това масло започнаха да произвеждат "биодизел". Но тази култура ще заеме твърде много място, ако се опитате да отглеждате достатъчно от нея, за да захранвате поне част от планетата.
Сега учените говорят за използването на водорасли. Масленото им съдържание е около 50%, което ще направи също толкова лесно извличането на маслото, а отпадъците могат да се превърнат в торове, на базата на които ще се отглеждат нови водорасли. Идеята се смята за интересна, но нейната жизнеспособност все още не е доказана: публикацията на успешни експерименти в тази област все още не е публикувана.
Fusion
Бъдещата енергия на света, според съвременните учени, е невъзможна без технологии за термоядрен синтез. Това в момента е най-обещаващата разработка, в която вече се инвестират милиарди долари.
Атомните електроцентрали използват енергия на делене. Опасно е, защото съществува заплаха от неконтролирана реакция, която ще унищожи реактора и ще доведе до отделяне на огромно количество радиоактивни вещества: може би всички си спомнят аварията в атомната електроцентрала в Чернобил.
В реакциите на синтез, чеКакто подсказва името, се използва енергията, освободена по време на сливането на атомите. В резултат на това, за разлика от атомното делене, не се произвеждат радиоактивни отпадъци.
Основният проблем е, че в резултат на сливането се образува вещество, което има толкова висока температура, че може да унищожи целия реактор.
Тази енергия на бъдещето е реалност. И тук фантазиите са неуместни, в момента строителството на реактора вече е започнало във Франция. Няколко милиарда долара са инвестирани в пилотен проект, финансиран от много страни, които освен ЕС включват Китай и Япония, САЩ, Русия и др. Първоначално се планираше първите експерименти да започнат още през 2016 г., но изчисленията показаха, че бюджетът е твърде малък (вместо 5 милиарда, бяха необходими 19), а стартът беше отложен за още 9 години. Може би след няколко години ще видим на какво е способна термоядрената мощност.
Предизвикателства на настоящето и възможности за бъдещето
Не само учените, но и писателите на научна фантастика дават много идеи за внедряване на бъдещи технологии в енергетиката, но всички са съгласни, че досега нито един от предложените варианти не може да отговори напълно на всички нужди на нашата цивилизация. Например, ако всички автомобили в Съединените щати работят на биогорива, полетата от рапица ще трябва да покриват площ, равна на половината от цялата страна, независимо от факта, че в Щатите няма толкова много земя, подходяща за земеделие. Освен това, досега всички методи на производствоалтернативна енергия - пътища. Може би всеки обикновен градски жител е съгласен, че е важно да се използват екологично чисти, възобновяеми ресурси, но не и когато им се каже цената на такъв преход в момента. Учените имат още много работа в тази област. Нови открития, нови материали, нови идеи - всичко това ще помогне на човечеството да се справи успешно с задаващата се криза на ресурсите. Енергийният проблем на планетата може да бъде решен само с комплексни мерки. В някои области е по-удобно да се използва вятърна енергия, някъде - слънчеви панели и т.н. Но може би основният фактор ще бъде намаляването на потреблението на енергия като цяло и създаването на енергоспестяващи технологии. Всеки човек трябва да разбере, че е отговорен за планетата и всеки трябва да си зададе въпроса: „Какъв вид енергия да избера за бъдещето?“Преди да преминете към други ресурси, всеки трябва да осъзнае, че това наистина е необходимо. Само с интегриран подход ще бъде възможно да се реши проблемът с консумацията на енергия.
