Nav noslēpums, ka mūsdienās cilvēces izmantotie resursi ir ierobežoti, turklāt to tālāka ieguve un izmantošana var novest ne tikai pie enerģijas, bet arī pie vides katastrofas. Cilvēces tradicionāli izmantotie resursi - ogles, gāze un nafta - beigsies pēc dažām desmitgadēm, un pasākumi ir jāveic tagad, mūsu laikā. Protams, varam cerēt, ka atkal atradīsim kādu bagātu atradni, gluži kā tas bija pagājušā gadsimta pirmajā pusē, taču zinātnieki ir pārliecināti, ka tik lielas atradnes vairs nepastāv. Bet jebkurā gadījumā pat jaunu atradņu atklāšana tikai aizkavēs neizbēgamo, ir jāatrod veidi, kā ražot alternatīvo enerģiju un pāriet uz atjaunojamiem resursiem, piemēram, vēju, sauli, ģeotermālo enerģiju, ūdens plūsmas enerģiju un citiem, kā arī tādēļ ir jāturpina attīstīt enerģijas taupīšanas tehnoloģijas.
Šajā rakstā mēs aplūkosim dažas no daudzsološākajām, pēc mūsdienu zinātnieku domām, idejām, uz kurām tiks balstīta nākotnes enerģija.
Saules stacijas
Cilvēki jau sen domā, vai ir iespējams izmantot enerģijusaule uz zemes. Ūdens tika uzkarsēts zem saules, drēbes un keramika tika žāvēti pirms nosūtīšanas uz krāsni, taču šīs metodes nevar nosaukt par efektīvām. Pirmie tehniskie līdzekļi, kas pārvērš saules enerģiju, parādījās 18. gadsimtā. Franču zinātnieks Dž. Bufons parādīja eksperimentu, kurā viņam skaidrā laikā ar liela ieliekta spoguļa palīdzību izdevies aizdedzināt nok altušu koku no aptuveni 70 metru attāluma. Viņa tautietis slavenais zinātnieks A. Lavuazjē izmantoja lēcas, lai koncentrētu saules enerģiju, un Anglijā radīja abpusēji izliektu stiklu, kas, fokusējot saules starus, tikai dažu minūšu laikā izkausēja čugunu.
Dabas zinātnieki veica daudzus eksperimentus, kas pierādīja, ka saules enerģijas izmantošana uz Zemes ir iespējama. Tomēr saules baterija, kas pārvērstu saules enerģiju mehāniskajā enerģijā, parādījās salīdzinoši nesen, 1953. gadā. To izveidojuši ASV Nacionālās aviācijas aģentūras zinātnieki. Jau 1959. gadā saules baterija pirmo reizi tika izmantota, lai aprīkotu kosmosa satelītu.
Varbūt jau toreiz, saprotot, ka šādas baterijas kosmosā ir daudz efektīvākas, zinātnieki nāca klajā ar ideju izveidot kosmiskās saules stacijas, jo stundas laikā saule ģenerē tikpat daudz enerģijas kā visa cilvēce nepatērē gada laikā, kāpēc gan neizmantot šo? Kāda būs saules enerģija nākotnē?
No vienas puses, šķiet, ka saules enerģijas izmantošana ir ideāls risinājums. Tomēr milzīgas kosmosa saules enerģijas stacijas izmaksas ir ļoti augstas, turklāt tās darbība būs dārga. Tātadlaiks, kad tiks ieviestas jaunas tehnoloģijas preču nogādāšanai kosmosā, kā arī jauni materiāli, šāda projekta īstenošana kļūs iespējama, taču pagaidām uz planētas virsmas varam izmantot tikai salīdzinoši nelielas baterijas. Daudzi teiks, ka arī tas ir labi. Jā, tas ir iespējams privātmājas apstākļos, bet lielo pilsētu energoapgādei attiecīgi vai nu ir nepieciešams daudz saules paneļu, vai arī tehnoloģija, kas padarīs tos efektīvākus.
Šeit ir aktuāla arī problēmas ekonomiskā puse: jebkurš budžets ļoti cietīs, ja tam uzticēs visu pilsētu (vai visu valsti) pārveidot par saules paneļiem. Šķiet, ka var uzlikt par pienākumu pilsētu iedzīvotājiem maksāt kaut kādas summas par pārkārtojumu, taču šajā gadījumā viņi būs neapmierināti, jo, ja cilvēki būtu gatavi veikt šādus izdevumus, viņi to jau sen būtu izdarījuši paši: ikvienam ir iespēja iegādāties saules bateriju.
Saistībā ar saules enerģiju ir vēl viens paradokss: ražošanas izmaksas. Saules enerģijas tieša pārvēršana elektroenerģijā nav visefektīvākā lieta. Līdz šim nav atrasts labāks veids, kā izmantot saules starus ūdens sildīšanai, kas, pārvēršoties tvaikā, savukārt rotē dinamo. Šajā gadījumā enerģijas zudumi ir minimāli. Cilvēce vēlas izmantot "zaļos" saules paneļus un saules stacijas, lai taupītu zemes resursus, taču šādam projektam būtu nepieciešams milzīgs daudzums tādu pašu resursu un "nezaļās" enerģijas. Piemēram, Francijā nesen tika uzcelta saules elektrostacija, kuras platība ir aptuveni divi kvadrātkilometri. Būvniecības izmaksas bija aptuveni 110 miljoni eiro, neskaitot ekspluatācijas izmaksas. Ņemot to visu vērā, jāpatur prātā, ka šādu mehānismu kalpošanas laiks ir aptuveni 25 gadi.
Vējš
Vēja enerģiju cilvēki ir izmantojuši arī kopš senatnes, vienkāršākais piemērs ir burāšana un vējdzirnavas. Vējdzirnavas joprojām tiek izmantotas arī mūsdienās, īpaši apgabalos ar pastāvīgu vēju, piemēram, piekrastē. Zinātnieki nemitīgi izvirza idejas, kā modernizēt esošās vēja enerģijas pārveidošanas iekārtas, viena no tām ir vēja turbīnas planējošo turbīnu veidā. Nemitīgās rotācijas dēļ tie varētu "karāties" gaisā vairāku simtu metru attālumā no zemes, kur vējš ir stiprs un pastāvīgs. Tas palīdzētu elektrificēt lauku apvidus, kur nav iespējams izmantot standarta vējdzirnavas. Turklāt šādas planējošās turbīnas varētu aprīkot ar interneta moduļiem, kas nodrošinātu cilvēkiem piekļuvi globālajam tīmeklim.
Paisumi un viļņi
Saules un vēja enerģijas uzplaukums pamazām izzūd, un pētnieku interesi ir piesaistījusi cita dabas enerģija. Daudzsološāka ir bēguma un bēguma izmantošana. Jau tagad ar šo problēmu nodarbojas aptuveni simts uzņēmumu visā pasaulē, un ir vairāki projekti, kas ir pierādījuši šīs ieguves metodes efektivitāti.elektrība. Priekšrocība salīdzinājumā ar saules enerģiju ir tāda, ka zudumi vienas enerģijas pārneses laikā uz otru ir minimāli: paisuma vilnis griež milzīgu turbīnu, kas ģenerē elektrību.
Project Oyster ir ideja par šarnīra vārsta uzstādīšanu okeāna dibenā, kas nogādās krastā ūdeni, tādējādi pagriežot vienkāršu hidroelektrostacijas turbīnu. Tikai viena šāda iekārta varētu nodrošināt elektrību nelielam mikrorajonam.
Paisuma viļņus jau veiksmīgi izmanto Austrālijā: Pērtas pilsētā ir uzstādītas atsāļošanas iekārtas, kas darbojas ar šāda veida enerģiju. Viņu darbs ļauj ar svaigu ūdeni nodrošināt aptuveni pusmiljonu cilvēku. Šajā enerģijas ražošanas nozarē var apvienot arī dabisko enerģiju un rūpniecību.
Paisuma un bēguma enerģijas izmantošana nedaudz atšķiras no tehnoloģijām, kuras esam pieraduši redzēt upju hidroelektrostacijās. Bieži vien hidroelektrostacijas nodara kaitējumu videi: applūst blakus esošās teritorijas, tiek iznīcināta ekosistēma, bet stacijas, kas darbojas uz paisuma viļņiem, šajā ziņā ir daudz drošākas.
Cilvēka enerģija
Vienu no fantastiskākajiem projektiem mūsu sarakstā var saukt par dzīvo cilvēku enerģijas izmantošanu. Tas izklausās satriecoši un pat nedaudz biedējoši, taču ne viss ir tik biedējoši. Zinātnieki lolo ideju, kā izmantot kustības mehānisko enerģiju. Šie projekti ir par mikroelektroniku un nanotehnoloģijām ar zemu enerģijas patēriņu. Lai gan tas izklausās pēc utopijas, reālas attīstības nav, bet ideja ir ļotiinteresanti un neatstāj zinātnieku prātus. Piekrītu, ļoti ērtas būs ierīces, kuras, tāpat kā pulksteņi ar automātisko tinumu, tiks uzlādētas no tā, ka sensors tiek pavilkts ar pirkstu, vai no tā, ka planšetdators vai tālrunis ejot vienkārši karājas somā. Nemaz nerunājot par drēbēm, kas, pildītas ar dažādām mikroierīcēm, varētu pārvērst cilvēka kustības enerģiju elektrībā.
Piemēram, Bērklijā, Lorensa laboratorijā, zinātnieki mēģināja realizēt ideju izmantot vīrusus, lai spiediena enerģiju pārvērstu elektrībā. Ir arī nelieli mehānismi, ko darbina kustība, taču līdz šim šāda tehnoloģija nav bijusi straumē. Jā, ar globālo enerģētikas krīzi tā nevar tikt galā: cik cilvēkiem būs "jāparādās", lai visa ražotne darbotos? Bet kā viens no kopā izmantotajiem pasākumiem teorija ir diezgan dzīvotspējīga.
Īpaši šādas tehnoloģijas būs efektīvas grūti sasniedzamās vietās, polārajās stacijās, kalnos un taigā, ceļotāju un tūristu vidū, kuriem ne vienmēr ir iespēja uzlādēt savus sīkrīkus, bet sazināties ir svarīgi, it īpaši, ja grupa nokļuva kritiskā situācijā. Cik daudz varētu novērst, ja cilvēkiem vienmēr būtu uzticama sakaru ierīce, kas nebūtu atkarīga no "spraudņa".
Ūdeņraža degvielas šūnas
Iespējams, katram auto īpašniekam, skatoties uz benzīna daudzuma indikatoru, kas tuvojas nullei, bijadoma par to, cik lieliski būtu, ja mašīna brauktu pa ūdeni. Taču tagad tās atomi ir nonākuši zinātnieku uzmanības lokā kā īsti enerģijas objekti. Fakts ir tāds, ka ūdeņraža daļiņas - visizplatītākā gāze Visumā - satur milzīgu enerģijas daudzumu. Turklāt dzinējs sadedzina šo gāzi praktiski bez blakusproduktiem, kas nozīmē, ka mēs iegūstam videi ļoti draudzīgu degvielu.
Ūdeņradi darbina daži ISS moduļi un atspoles, taču uz Zemes tas galvenokārt pastāv savienojumu veidā, piemēram, ūdens. Astoņdesmitajos gados Krievijā tika izstrādātas lidmašīnas, kurās kā degvielu izmantoja ūdeņradi, šīs tehnoloģijas pat tika ieviestas praksē, un eksperimentālie modeļi pierādīja savu efektivitāti. Kad ūdeņradis tiek atdalīts, tas pārvietojas uz īpašu kurināmā elementu, pēc kura var tieši ražot elektrību. Tā nav nākotnes enerģija, tā jau ir realitāte. Līdzīgas automašīnas jau tiek ražotas un diezgan lielās partijās. Honda, lai uzsvērtu enerģijas avota un automašīnas daudzpusību kopumā, veica eksperimentu, kura rezultātā auto tika pieslēgts mājas elektrotīklam, bet ne tādēļ, lai uzlādētos. Automašīna var darbināt privātmāju vairākas dienas vai nobraukt gandrīz piecsimt kilometru bez degvielas uzpildes.
Vienīgais šāda enerģijas avota trūkums šobrīd ir šādu videi draudzīgu automašīnu salīdzinoši augstās izmaksas un, protams, diezgan neliels ūdeņraža staciju skaits, taču daudzas valstis jau plāno tās būvēt. Piemēram, iekšāVācija jau plāno līdz 2017. gadam uzstādīt 100 degvielas uzpildes stacijas.
Zemes siltums
Siltumenerģijas pārvēršana elektroenerģijā ir ģeotermālās enerģijas būtība. Dažās valstīs, kur ir grūti izmantot citas nozares, to izmanto diezgan plaši. Piemēram, Filipīnās 27% no visas elektroenerģijas nāk no ģeotermālajām stacijām, bet Islandē šis rādītājs ir aptuveni 30%. Šīs enerģijas ražošanas metodes būtība ir diezgan vienkārša, mehānisms ir līdzīgs vienkāršam tvaika dzinējam. Pirms it kā magmas "ezera" ir nepieciešams urbt aku, caur kuru tiek piegādāts ūdens. Saskaroties ar karstu magmu, ūdens uzreiz pārvēršas tvaikos. Tas paceļas vietā, kur griež mehānisko turbīnu, tādējādi radot elektrību.
Ģeotermālās enerģijas nākotne ir atrast lielus magmas "veikalus". Piemēram, jau minētajā Islandē viņiem tas izdevās: sekundes daļā karstā magma visu sūknēto ūdeni pārvērta tvaikos aptuveni 450 grādu pēc Celsija temperatūrā, kas ir absolūts rekords. Šāds augstspiediena tvaiks var vairākas reizes palielināt ģeotermālās stacijas efektivitāti, tas var kļūt par stimulu ģeotermālās enerģijas attīstībai visā pasaulē, īpaši apgabalos, kas piesātināti ar vulkāniem un termālajiem avotiem.
Kodolatkritumu izmantošana
Kodolenerģija savulaik radīja slampātību. Tā tas bija līdz brīdim, kad cilvēki saprata šīs nozares bīstamībuenerģiju. Nelaimes gadījumi ir iespējami, neviens nav pasargāts no šādiem gadījumiem, taču tie ir ļoti reti, taču radioaktīvie atkritumi parādās stabili un vēl nesen zinātnieki nevarēja atrisināt šo problēmu. Fakts ir tāds, ka urāna stieņus - tradicionālo atomelektrostaciju "degvielu" var izmantot tikai 5%. Pēc šīs mazās daļas izstrādes viss stienis tiek nosūtīts uz "poligonu".
Iepriekš tika izmantota tehnoloģija, kurā stieņus iegremdēja ūdenī, kas palēnina neitronu darbību, saglabājot vienmērīgu reakciju. Tagad ūdens vietā ir izmantots šķidrais nātrijs. Šī nomaiņa ļauj ne tikai izmantot visu urāna apjomu, bet arī apstrādāt desmitiem tūkstošu tonnu radioaktīvo atkritumu.
Ir svarīgi atbrīvot planētu no kodolatkritumiem, taču pašā tehnoloģijā ir viens "bet". Urāns ir resurss, un tā rezerves uz Zemes ir ierobežotas. Ja visa planēta tiks pārslēgta tikai uz enerģiju, kas tiek saņemta no atomelektrostacijām (piemēram, ASV atomelektrostacijas saražo tikai 20% no visas patērētās elektroenerģijas), urāna rezerves izsīks diezgan ātri, un tas atkal novedīs cilvēci. līdz enerģētikas krīzes slieksnim, tāpēc kodolenerģija, kaut arī modernizēta, tikai pagaidu pasākums.
Dārzeņu degviela
Pat Henrijs Fords, izveidojot savu "modeli T", gaidīja, ka tas jau darbosies ar biodegvielu. Taču tajā laikā tika atklāti jauni naftas ieguves lauki, un nepieciešamība pēc alternatīviem enerģijas avotiem izzuda uz vairākiem gadu desmitiem, bet tagadatpakaļ.
Pēdējo piecpadsmit gadu laikā augu izcelsmes degvielu, piemēram, etanola un biodīzeļdegvielas, izmantošana ir vairākkārt palielinājusies. Tos izmanto kā neatkarīgus enerģijas avotus un kā piedevas benzīnam. Pirms kāda laika cerības tika liktas uz īpašu prosas kultūru, ko sauca par "rapsi". Tas ir pilnīgi nepiemērots cilvēku vai mājlopu barībai, taču tajā ir augsts eļļas saturs. No šīs eļļas viņi sāka ražot "biodīzeli". Taču šī kultūra aizņems pārāk daudz vietas, ja mēģināsit no tās izaudzēt pietiekami daudz, lai vismaz daļu planētas apkurinātu.
Tagad zinātnieki runā par aļģu izmantošanu. To eļļas saturs ir aptuveni 50%, kas ļaus tikpat viegli iegūt eļļu, un atkritumus var pārvērst par mēslojumu, uz kura bāzes tiks audzētas jaunas aļģes. Ideja tiek uzskatīta par interesantu, taču tās dzīvotspēja vēl nav pierādīta: veiksmīgu eksperimentu publikācija šajā jomā vēl nav publicēta.
Fusion
Pasaules nākotnes enerģija, pēc mūsdienu zinātnieku domām, nav iespējama bez kodolsintēzes tehnoloģijām. Šī šobrīd ir visdaudzsološākā attīstība, kurā jau tiek ieguldīti miljardi dolāru.
Atomelektrostacijas izmanto skaldīšanas enerģiju. Tas ir bīstami, jo pastāv nekontrolētas reakcijas draudi, kas iznīcinās reaktoru un izraisīs milzīgu radioaktīvo vielu daudzumu: iespējams, visi atceras avāriju Černobiļas atomelektrostacijā.
Kodolsintēzes reakcijās, kasKā norāda nosaukums, tiek izmantota enerģija, kas izdalās atomu saplūšanas laikā. Tā rezultātā, atšķirībā no atomu skaldīšanas, netiek radīti radioaktīvie atkritumi.
Galvenā problēma ir tā, ka saplūšanas rezultātā veidojas viela, kuras temperatūra ir tik augsta, ka tā var iznīcināt visu reaktoru.
Šī nākotnes enerģija ir realitāte. Un fantāzijas šeit ir nevietā, šobrīd Francijā jau ir sākta reaktora būvniecība. Vairāki miljardi dolāru ieguldīti pilotprojektā, ko finansē daudzas valstis, kurās bez ES ir arī Ķīna un Japāna, ASV, Krievija un citas. Sākotnēji pirmos eksperimentus bija plānots uzsākt jau 2016. gadā, taču aprēķini liecināja, ka budžets ir pārāk mazs (5 miljardu vietā vajadzēja 19), un palaišana tika atlikta vēl uz 9 gadiem. Iespējams, pēc dažiem gadiem mēs redzēsim, uz ko spēj kodolsintēzes enerģija.
Tagadnes izaicinājumi un nākotnes iespējas
Ne tikai zinātnieki, bet arī zinātniskās fantastikas rakstnieki sniedz daudz ideju nākotnes tehnoloģiju ieviešanai enerģētikā, taču visi ir vienisprātis, ka pagaidām neviens no piedāvātajiem variantiem nevar pilnībā apmierināt visas mūsu civilizācijas vajadzības. Piemēram, ja visas automašīnas ASV darbotos ar biodegvielu, rapšu laukiem būtu jāietver puse no visas valsts, neskatoties uz to, ka štatos nav tik daudz lauksaimniecībai piemērotas zemes. Turklāt līdz šim visas ražošanas metodes alternatīvā enerģija - ceļi. Iespējams, katrs parasts pilsētnieks piekrīt, ka ir svarīgi izmantot videi draudzīgus, atjaunojamos resursus, bet ne tad, kad viņam šobrīd stāsta, cik maksā šāda pāreja. Zinātniekiem šajā jomā vēl ir daudz darāmā. Jauni atklājumi, jauni materiāli, jaunas idejas – tas viss palīdzēs cilvēcei veiksmīgi tikt galā ar draudošo resursu krīzi. Planētas enerģētikas problēmu var atrisināt tikai ar visaptverošiem pasākumiem. Dažās jomās ērtāk ir izmantot vēja enerģijas ražošanu, kaut kur - saules paneļus utt. Taču, iespējams, galvenais faktors būs enerģijas patēriņa samazināšana kopumā un energotaupīgu tehnoloģiju radīšana. Katram cilvēkam ir jāsaprot, ka viņš ir atbildīgs par planētu, un katram jāuzdod sev jautājums: "Kādu enerģiju es izvēlos nākotnei?" Pirms pāriet uz citiem resursiem, ikvienam vajadzētu saprast, ka tas tiešām ir nepieciešams. Tikai ar integrētu pieeju būs iespējams atrisināt enerģijas patēriņa problēmu.
