Енергетика майбутнього: реальність і фантазії. Альтернативні джерела енергії

Ні для кого не секрет, що використовуються сьогоднілюдством ресурси кінцеві, більш того, їх подальша видобуток і використання може призвести не тільки до енергетичної, а й до екологічної катастрофи. Традиційно використовувані людством ресурси - вугілля, газ і нафту - закінчаться вже через кілька десятиліть, і заходи потрібно приймати вже зараз, в наш час. Звичайно, можна сподіватися, що ми знову знайдемо якесь багате родовище, так само як було в першій половині минулого століття, проте вчені впевнені, що таких великих покладів вже немає. Але в будь-якому випадку навіть відкриття нових родовищ тільки відстрочить неминуче, необхідно знайти способи виробництва альтернативної енергії, і переходити на поновлювані ресурси, такі як вітер, сонце, геотермальна енергія, енергія водних потоків і інші, а поряд з цим потрібно продовжувати розробки енергозберігаючих технологій.

У цій статті ми розглянемо кілька найперспективніших, на погляд сучасних вчених, ідей, на яких буде будуватися енергетика майбутнього.

сонячні станції

Люди здавна замислювалися над тим, чи можливовикористання енергії сонця на землі. Під сонячними променями нагрівали воду, сушили одяг і глиняний посуд перед її відправкою в піч, проте ці способи не можна назвати ефективними. Перші технічні засоби, що перетворюють сонячну енергію, з'явилися ще в 18 столітті. Французький вчений Ж. Бюффон показав досвід, в якому йому вдалося за допомогою великого увігнутого дзеркала в ясну погоду запалити сухе дерево з відстані близько 70 метрів. Його співвітчизник, відомий вчений А. Лавуазьє, застосовував лінзи, щоб концентрувати енергію сонця, а в Англії створили двоопукле скло, яке, фокусуючи сонячне проміння, розплавляють чавун всього за кілька хвилин.

Натуралісти проводили безліч дослідів,які доводили, що використання енергії сонця на землі можливо. Однак сонячна батарея, яка перетворювала б сонячну енергію в механічну, з'явилася порівняно недавно, в 1953 році. Її створили вчені з Національного аерокосмічного агентства США. Уже в 1959 році сонячну батарею вперше застосували для оснащення космічного супутника.

Можливо вже тоді, усвідомивши, що в космосі такібатареї набагато ефективніше, вченим прийшла ідея про створення космічних сонячних станцій, адже за годину сонце виробляти стільки енергії, скільки все людство не споживає і за рік, так чому ж не використовувати це? Якою буде сонячна енергетика майбутнього?

З одного боку здається, що використаннясонячної енергії ідеальний варіант. Однак собівартість величезної космічної сонячної станції дуже висока, та й до того ж вона буде дорога в експлуатації. Згодом, коли будуть введені нові технології по доставці вантажів в космос, а також нові матеріали, реалізація подібного проекту стане можливою, але поки ми можемо користуватися тільки відносно невеликими батареями на поверхні планети. Багато хто скаже, що це теж непогано. Так, можливо в умовах приватного будинку, але для енергозабезпечення великих міст, відповідно, необхідно або безліч сонячних батарей, або технологія, яка зробить їх ефективніше.

Економічна сторона питання тут тежприсутній: будь-який бюджет сильно постраждає, якщо на нього буде покладено завдання перевести ціле місто (або всю країну) на сонячні батареї. Здавалося б, можна зобов'язати жителів міст виплачувати деякі суми на переоснащення, але в такому випадку незадоволені будуть вони, адже якби люди готові були б піти на такі витрати, вони вже давно зробили б це самі: можливість купити сонячну батарею є у кожного.

Відносно сонячної енергії є і ще одинпарадокс: витрати на виробництво. Переклад енергії сонця в електрику безпосередньо - не найефективніша річ. До сих пір ще не знайдено способу краще, ніж використовувати сонячні промені для нагрівання води, яка, перетворюючись на пару, в свою чергу обертає динамо-машину. В такому випадку втрати енергії мінімальна. Людство хоче використовувати "екологічні" сонячні панелі і сонячні станції, щоб зберегти ресурси на землі, проте для подібного проекту буде потрібно величезна кількість тих же ресурсів, і "неекологічної" енергії. Наприклад, у Франції недавно була побудована сонячна електростанція, площею близько двох квадратних кілометрів. Вартість споруди склала близько 110 мільйонів євро, не рахуючи витрат на експлуатацію. При цьому слід враховувати, що термін служби подібних механізмів становить близько 25 років.

вітер

Енергія вітру - також використовувалася людьми ще здавнини, найпростішим прикладом можна назвати ходіння під вітрилом і вітряні млини. Вітряки використовуються і зараз, особливо вони ефективні в областях з постійними вітрами, наприклад на узбережжі. Вчені постійно висувають ідеї, як модернізувати вже наявні пристосування для перетворення вітряної енергії, одна з них - вітряки в вигляді ширяють турбін. За рахунок постійного обертання вони могли б "висіти" в повітрі на відстані декількох сотень метрів від землі, де вітер сильний і постійний. Це допомогло б в електрифікації сільської місцевості, де неможливо використання стандартних вітряків. До того ж такі ширяють турбіни могли б бути оснащені інтернет-модулями, за допомогою яких здійснювалося б забезпечення людей доступом в світову павутину.

Припливи і хвилі

Бум на сонячну і вітряну енергетику поступовопроходить, і інтерес дослідників привернула інша природна енергія. Більш перспективною вважається використання припливів і відливів. Вже зараз цим питанням займається близько ста компаній по всьому світу, існує і кілька проектів, які довели ефективність даного способу видобутку електрики. Перевага перед сонячною енергетикою в тому, що втрати при перекладі однієї енергії в іншу мінімальні: приливна хвиля обертає величезну турбіну, яка і виробляє електрику.

Проект "Устриця" - це ідея встановити на дніокеану шарнірний клапан, який буде подавати воду на берег, тим самим обертаючи просту гідроелектричну турбіну. Всього одна така установка могла б забезпечити електрикою невелике мікрорайон.

Уже зараз в Австралії успішно застосовуютьприливні хвилі: в місті Перт встановлені опріснювачі, що працюють на цьому типі енергії. Їх робота дозволяє забезпечити прісною водою близько півмільйона людей. Природна енергетика і промисловість також можуть поєднуватися в цій галузі виробництва енергії.

Використання енергії припливів і відливівдещо відрізняється від технологій, які ми звикли бачити в річкових гідроелектростанціях. Часто ГЕС завдають шкоди навколишньому середовищу: затоплюються прилеглі території, руйнується екосистема, а ось станції, що працюють на приливних хвилях, в цьому плані набагато безпечніше.

енергія людини

Одним з найбільш фантастичних проектів в нашомусписку можна назвати використання енергії живих людей. Звучить приголомшливо і навіть кілька жахливо, але не все так страшно. Вчені плекають думку про те, як використовувати механічну енергію руху. Мова в цих проектах йде про мікроелектроніку і нанотехнологіях з низьким енергоспоживанням. Поки звучить як утопія, реальних розробок немає, але ідея дуже цікава і не залишає уми вчених. Погодьтеся, дуже зручні будуть пристрої, які подібно до годинника з автоматичною подзаводкой, будуть заряджатися від того, що по сенсора проводять пальцем, або від того, що планшет або телефон просто бовтається в сумці при ходьбі. Не кажучи вже про одяг, яка, наповнена різними мікропристроях, могла б перетворювати в електрику енергію руху людини.

У Берклі, в лабораторії Лоуренса, наприклад,вчені спробували втілити в життя ідею про те, щоб використовувати віруси для перетворення енергії тиску в електрику. Невеликі механізми, що працюють від руху, так само є, однак поки що на потік подібна технологія не поставлена. Так, з глобальною енергетичною кризою подібним чином не впоратися: скільком же людям доведеться "крутити педалі", щоб змусити працювати цілий завод? Але як один із заходів, що застосовуються в комплексі, теорія цілком життєздатна.

Особливо подібні технології будуть ефективні вважкодоступних місцях, на полярних станціях, в горах і тайзі, серед мандрівників і туристів, у яких не завжди є можливість зарядити свій гаджет, а ось залишатися на зв'язку важливо, особливо якщо група потрапила в критичну ситуацію. Як багато всього можна було б запобігти, якби у людей завжди було надійне пристрій зв'язку, яке не залежить "від розетки".

Паливні комірки водню

Мабуть, у кожного власника авто, дивиться наіндикатор кількості бензину, що наближається до нуля, виникала думка про те, як добре було б, якби машина працювала на воді. Але зараз її атоми потрапили в поле зору вчених як справжні об'єкти енергетики. Справа в тому, що в частинках водню - найпоширенішого газу у всесвіті - міститься величезна кількість енергії. Більш того, двигун спалює цей газ практично без побічних продуктів, тобто, ми отримуємо дуже екологічне паливо.

Воднем заправляють деякі модулі МКС ішатли, але на Землі він існує в основному у вигляді сполук, таких як вода. У вісімдесятих роках у Росії були розробки літаків, що використовують як паливо водень, ці технології навіть застосовували на практиці, і експериментальні моделі довели свою ефективність. Коли водень відділяється, він переміщається в спеціальну паливну комірку, після чого можлива генерація електрики безпосередньо. Це не енергетика майбутнього, це вже реальність. Подібні автомобілі вже виробляються і досить великими партіями. Компанія Honda, щоб підкреслити універсальність джерела енергії та авто в цілому, провела експеримент в результаті якого машина була підключена до електричної домашньої мережі, однак не для того, щоб отримати підзарядку. Автомобіль може забезпечувати енергією приватний будинок протягом декількох днів, або проїхати без дозаправки майже п'ятсот кілометрів.

Єдиний недолік подібного джерелаенергії на даний момент - це відносно висока вартість таких екологічних машин, і, звичайно, досить невелика кількість водневих заправок, однак у багатьох країнах вже планується їх споруда. Наприклад, в Німеччині вже стоїть план про встановлення ста заправних станцій до 2017 року.

тепло землі

Перетворення теплової енергії в електрику -це і є сутність геотермальної енергетики. У деяких країнах, де ускладнено використання інших галузей, вона використовується досить широко. Наприклад, на Філіппінах 27% всієї електрики припадає саме на геотермальні станції, а в Ісландії цей показник становить близько 30%. Сутність цього способу видобутку енергії досить проста, механізм схожий з простою паровою машиною. До передбачуваного "озера" магми необхідно пробурити свердловину, через яку подається вода. При контакті з розпеченої магмою вода миттєво перетворюється в пар. Він піднімається, де крутить механічну турбіну, тим самим виробляючи електрику.

Майбутнє геотермальної енергетики полягає в тому,щоб знайти великі "сховища" магми. Наприклад, у вищезгаданій Ісландії це вдалося: розпечена магма за частку секунди перетворила всю закачаний воду в пару температурою близько 450 градусів за Цельсієм, що є абсолютним рекордом. Подібний пар високого тиску здатний підвищити ефективність геотермальної станції в кілька разів, це може стати поштовхом до розвитку геотермальної енергетики в усьому світі, особливо в областях, насичених вулканами і термальними джерелами.

Використання ядерних відходів

Атомна енергетика, свого часу, справиласправжній фурор. Так було до тих пір, поки люди не усвідомили всю небезпеку цієї галузі енергетики. Аварії можливі, від подібних випадків ніхто не застрахований, але вони дуже рідкісні, а ось радіоактивні відходи з'являються стабільно і до недавнього часу вчені не могли вирішити цю проблему. Справа в тому, що стрижні урану - традиційне "паливо" АЕС, може бути використано тільки на 5%. Після вироблення цієї невеликої частини, весь стрижень відправляється на "смітник".

Раніше застосовувалася технологія, при якій стрижнізанурювалися в воду, яка уповільнює нейтрони, підтримуючи стійку реакцію. Зараз замість води стали використовувати рідкий натрій. Ця заміна дозволяє не тільки використовувати весь обсяг урану, а й переробити десятки тисяч тонн радіоактивних відходів.

Позбавити планету від відходів атомної енергетикиважливо, але в самій технології є одне "але". Уран відноситься до ресурсів, і його запаси на Землі кінцеві. У разі якщо всю планету перевести виключно на енергію, одержувану від АЕС (наприклад, в США АЕС виробляють лише 20% всього споживаного електрики), запаси урану будуть виснажені досить швидко, і це знову призведе людство на поріг енергетичної кризи, так що атомна енергетика , нехай і модернізована, тільки тимчасовий захід.

рослинна паливо

Ще Генрі Форд, створивши свою "Модель Т",розраховував, що вона вже буде працювати на біопаливі. Однак в той час були відкриті нові нафтові родовища, і нужда в альтернативних джерелах енергії відпала ще на кілька десятків років, але тепер знову повертається.

За останні п'ятнадцять років використаннярослинних видів палива, таких як етанол і біодизель, зросла в кілька разів. Їх використовують як самостійні джерела енергії, так і в якості добавок до бензину. Деякий час назад надії покладалися на особливу просяну культуру, що отримала назву "канола". Вона абсолютно непридатна в їжу ні для людей, ні для худоби, однак має високі показники олійності. З цього масла і зробили "біодизель". Але ця культура займе дуже багато місця, якщо спробувати виростити її стільки, щоб забезпечити паливом хоча б частину планети.

Тепер вчені заговорили про використанняводоростей. Їх масличность близько 50%, що дозволить так само легко витягувати масло, а відходи можна перетворювати в добрива, на основі яких будуть вирощуватися нові водорості. Ідея вважається цікавою, але свою життєздатність поки що ні довела: публікація про успішні експерименти в цій області поки не опубліковано.

термоядерний синтез

Майбутня енергетика світу, на думку сучаснихвчених, неможлива без технологій термоядерного синтезу. Це, на даний момент, найперспективніша розробка, в яку вже вкладають мільярди доларів.

В атомних електростанціях використовується енергіяділення. Вона небезпечна тим, що є загроза виникнення некерованої реакції, яка знищить реактор, і призведе до викиду величезної кількості радіоактивних речовин: мабуть, всі пам'ятають аварію на Чорнобильській АЕС.

У реакціях термоядерного синтезу, що випливає зназви, використовується енергія, що виділяється при злитті атомів. В результаті, на відміну від атомного ділення, не утворюється ніяких радіоактивних відходів.

Головною проблемою є те, що в результаті термоядерного синтезу утворюється речовина, що має настільки високу температуру, що може знищити весь реактор.

Ця енергетика майбутнього - реальність. І фантазії тут недоречні, на даний момент на території Франції вже почалася споруда реактора. Кілька мільярдів доларів вкладено в експериментальний проект, який профінансований багатьма країнами, в число яких, крім ЄС, входять Китай і Японія, США, Росія та інші. Спочатку перші експерименти планувалося запустити вже в 2016 році, проте розрахунки показали, що бюджет занадто малий (замість 5 мільярдів знадобилося 19), і запуск перенесли ще на 9 років. Можливо, через кілька років ми побачимо, на що здатна термоядерна енергетика.

Проблеми сьогодення та можливості майбутнього

Не тільки вчені, а й письменники-фантасти, даютьбезліч ідей для втілення технології майбутнього в енергетиці, проте всі сходяться на тому, що поки що жоден із запропонованих варіантів не може зробити повне забезпечення всіх потреб нашої цивілізації. Наприклад, якщо всі автомобілі в США будуть їздити на біопаливі, полями каноли доведеться засадити територію, рівну половині всієї країни, без урахування того, що земель, придатних для землеробства в Штатах не так вже й багато.
Більш того, поки що всі способи виробництваальтернативної енергії - дороги. Мабуть, кожен з простих городян, згоден, що важливо використовувати екологічно чисті, поновлювані ресурси, проте не у випадку, коли їм озвучують вартість такого переходу на даний момент. Ученим належить ще багато працювати в цій сфері. Нові відкриття, нові матеріали, нові ідеї - все це допоможе людству успішно впоратися з назріваючим ресурсним кризою.

Вирішити енергетичну проблему планети можнатільки комплексними заходами. У деяких областях зручніше застосовувати видобуток енергії за допомогою вітру, десь - сонячні батареї, і так далі. Але, можливо, головним чинником стане зниження енергоспоживання в цілому та впровадження енергозберігаючих технологій. Кожна людина повинна розуміти, що несе відповідальність за планету, і кожен повинен задати собі питання: "Яку енергетику я вибираю для майбутнього?"
Перш ніж перейти на інші ресурси, кожен повинен усвідомити, що це дійсно необхідно. Тільки при комплексному підході вдасться вирішити проблему енергоспоживання.</ Span </ p>